Підручники з мереж, Internet, Web-дизайну

10.1.2. Розрахунок за моделлю 2

Друга модель, що використовується для оцінки конфігурації Ethernet, заснована на точному розрахунку часових характеристик вибраної конфігурації мережі. Вона іноді дозволяє вийти за межі жорстких обмежень моделі 1. Застосування моделі 2 необхідно в тому випадку, коли розмір проектованої мережі близький до максимально допустимого.

У моделі 2 використовуються дві системи розрахунків:

перша система передбачає обчислення подвійного (кругового) часу проходження сигналу по мережі та порівняння його з максимально допустимою величиною;
друга система перевіряє допустимість величини міжкадрового тимчасового інтервалу, міжпакетної щілини (IPG - InterPacket Gap) в мережі.

При цьому обчислення в обох системах розрахунків ведуться для найгіршого випадку, для шляху максимальної довжини, тобто для такого шляху пакету, що передається по мережі, який вимагає для свого проходження максимального часу. За першої системи розрахунків виділяються три типи сегментів:

початковий сегмент - це сегмент, що відповідає початку шляху максимальної довжини;
кінцевий сегмент - це сегмент, розташований наприкінці шляху максимальної довжини;
проміжний сегмент - це сегмент, що входить у шлях максимальної довжини, але не є початковим, ні кінцевим.

Табл. 10.1. Величини затримок до розрахунку подвійного часу проходження сигналу (затримки дані у бітових інтервалах)

Тип сегменту Ethernet

Затримка на метр довжини

Проміжних сегментів у вибраному шляху може бути декілька, а початковий та кінцевий сегменти при різних розрахунках можуть змінюватися місцями один з одним. Виділення трьох типів сегментів дозволяє автоматично враховувати затримки сигналу на всіхконцентраторах, що входять у шлях максимальної довжини, а також у приймально-передавальних вузлах адаптерів.

Для розрахунків використовуються величини затримок, подані у таблиці 10.1. Методика розрахунку зводиться до такого.

1. У мережі виділяється шлях максимальної довжини. Усі подальші розрахунки ведуться йому. Якщо цей шлях не є очевидним, то розрахунки ведуться для всіх можливих шляхів, і на підставі цих розрахунків вибирається шлях максимальної довжини.

2. Якщо довжина сегмента, що входить до обраного шляху, не максимальна, то розраховується подвійний (круговий) час проходження в кожному сегменті виділеного шляху за формулою: ts = LtL + to, де L - довжина сегмента в метрах (при цьому треба враховувати тип сегменту : початковий, проміжний або кінцевий).

3. Якщо довжина сегмента дорівнює максимально допустимій, то з таблиці для нього береться величина максимальної затримки t.

4. Сумарна величина затримок всіх сегментів виділеного шляху має перевищувати граничної величини 512 бітових інтервалів (51,2 мкс).

5. Виконуються самі дії для зворотного напряму обраного шляху (тобто кінцевий сегмент вважається початковим, і навпаки). Через різні затримки передавальних і приймаючих вузлів концентраторів величини затримок у різних напрямках можуть відрізнятися (щоправда, не надто сильно).

6. Якщо затримки в обох випадках не перевищують величини 512 бітових інтервалів, мережа вважається працездатною.

Наприклад, конфігурації, показаної на рис. 10.1 шлях найбільшої довжини - це шлях між двома нижніми по малюнку комп'ютерами. У разі це досить очевидно. Цей шлях включає п'ять сегментів (зліва направо): 10BASE2,10BASE5,10BASE-FL (два сегменти) і 10BASE-T.

Зробимо розрахунок, вважаючи початковим сегментом 10BASE2,а кінцевим -10BASE-T.

1. Початковий сегмент 10BASE2 має максимально допустиму довжину (185 м), отже, йому беремо з таблиці величину затримки 30,8.

2. Проміжний сегмент OBASE5 також має максимально допустиму довжину (500 м), тому для нього беремо з таблиці величину затримки 89,8.

3. Обидва проміжні сегменти 10BASE-FL мають довжину 500 м, отже, затримка кожного з них обчислюватиметься за формулою:

500 - 0,100 + 33,5 = 83,5.

1. Кінцевий сегмент 10BASE-T має максимально допустиму довжину (100 м), тому з таблиці беремо йому величину затримки 176,3.

2. У шлях найбільшої довжини входять також шість АШ-кабелей: два з них (у сегменті 10BASE5) показані на малюнку, а чотири (у двох сегментах 10BASE-FL) не показані, але в реальності цілком можуть бути присутніми. Вважатимемо, що сумарна довжина всіх цих кабелів дорівнює 200 м, тобто чотирьом максимальним довжинам. Тоді затримка на всіх АШ-кабелях дорівнюватиме

1. В результаті сумарна затримка для всіх п'яти сегментів становитиме:

30,8 + 89,8 + 83,5 + 83,5 + 176,3 + 20,4 = 484,3,

що менше, ніж гранично допустима величина 512, тобто мережа працездатна.

зробимо тепер розрахунок сумарної затримки для того ж шляху, але в) братному напрямку. При цьому початковим сегментом буде 10BASE-T, і кінцевим – 10BASE2. У кінцевій сумі зміняться лише два доданки (проміжні сегменти залишаються проміжними). Для початкового сегмента 10BASE-T максимальної довжини затримка складе 26,6 бітових інтервалів, а для кінцевого сегмента 10BASE2 максимальної (ліни затримка складе 188,5 бітових інтервалів. Сумарна затримка буде дорівнювати

26,6 + 83,5 + 83,5 + 89,8 + 188,5 + 20,4 = 492,3, то знову ж таки менше 512.

Працездатність мережі підтверджено.

Однак розрахунку подвійного часу проходження, відповідно до стандарту, ще недостатньо, щоб зробити остаточний висновок про працездатність мережі.

Другий розрахунок, який застосовується в моделі 2, перевіряє відповідність стандарту величини міжкадрового інтервалу (IPG). Ця величина спочатку не повинна бути меншою, ніж 96 бітових інтервалів (9,6 ікс), тобто через 9,6 мкс після звільнення мережі абоненти можуть почати свою передачу. Однак при проходженні пакетів (кадрів) через репітери та концентратори міжкадровий інтервал може скорочуватися, внаслідок чого два пакети можуть зрештою сприйматися абонентами як один. Допустиме скорочення IPG визначено стандартом 49 бітових інтервалів (4,9 мкс).

Табл. 10.2. Величини скорочення міжкадрового інтервалу (IPG) для різних сегментів Ethernet

Для обчислень тут як і, як і попередньому випадку, використовуються поняття початкового сегмента і проміжного сегмента. Кінцевий сегмент не робить вкладу в скорочення міжкадрового інтервалу, так як пакет доходить по ньому до приймаючого комп'ютера без проходження репітерів і концентраторів.

Обчислення тут дуже прості. Їх використовують дані табл. 10.2.

Для отримання повної величини скорочення IPG треба підсумувати величини таблиці для сегментів, що входять в шлях максимальної довжини, і порівняти суму з граничною величиною 49 бітових інтервалів. Якщо сума менша за 49, ми можемо зробити висновок про працездатність мережі. Для гарантії розрахунок провадиться в обох напрямках обраного шляху.

Наприклад звернемося до тієї ж конфігурації, показаної на рис. 10.1. Максимальний шлях тут між двома нижніми за малюнком комп'ютерами. Беремо як початковий сегмент 10BASE2.Для нього скорочення міжкадрового інтервалу дорівнює 16. Далі йдуть проміжні сегменти: 10BASE5 (величина скорочення становитиме 11) і два сегменти 10BASE-FL (кожен з них зробить свій внесок по 8 бітових інтервалів). В результаті сумарне скорочення міжкадрового інтервалу становитиме:

що менше граничної величини 49. Отже, дана конфігурація і за цим показником буде працездатною.

Обчислення для зворотного напрямку цим же шляхом дадуть у разі той самий результат, оскільки початковий сегмент 10BASE-T дасть таку ж величину, як і початковий сегмент 10BASE2 (16 бітових інтервалів), проте проміжні сегменти знову ж таки залишаться проміжними.

Спробуємо тепер за допомогою другої моделі розрахунків оцінити, яким може бути максимальний розмір мережі Ethernet. Теоретично можливий розмір мережі становить 6,5 км - у припущенні, що мережа виконана одному сегменті. Однак насправді це неможливо, адже гранична довжина сегмента не перевищує 2 км (для 10BASE-FL). Тому присутність репітерів або концентраторів у мережі максимального розміру обов'язково, а вони зроблять свій внесок у затримку проходження сигналу по мережі.

Візьмемо найпростішу конфігурацію мережі із двох сегментів 10BASE-FL, з'єднаних концентратором (рис. 10.2).

Мал. 10.2. Мережа Ethernet максимально можливої довжини

З таблиці 10.1 видно, що при виборі максимальної довжини обох сегментів по 2000 метрів (один з них буде початковим, а інший кінцевим) сумарна подвійна затримка поширення складе:

212,3 + 356,5 = 568,8,

сто значно більше допустимої величини 512. Тобто реальна довжина: ці буде навіть менше, ніж 4 км. Елементарний розрахунок показує, що три двох однакових сегментах 10BASE-FL довжина кожного зних не дол-

жна перевищувати 1716 м. Подвійна затримка поширення при цьому обчислюватиметься так (табл. 10.1):

12,3 + 1716 • 0,1 + 156,5 + 1716 • 0,1 = 512.

І загальна довжина мережі при цьому становитиме 3432 м, що значно менше теоретично можливої довжини 6500 м. Зазначимо, що сегменти конфігурації на рис. 10.2 можуть бути і різної довжини, але їх загальна довжина не повинна перевищувати тих же 3432 м. При цьому варто ще враховувати, що ми не включали до розрахунку затримки трансіверних кабелів. Якщо використовуються зовнішні трансівери, необхідно ще зменшити довжину оптоволоконних кабелів.

Спробуємо тепер оцінити максимально можливий розмір мережі при використанні тільки електричного кабелю, наприклад, найпопулярнішої крученої пари.

Припустимо, маємо конфігурацію з п'яти сегментів 10BASE-T гранично допустимої довжини (100 м), з'єднаних між собою чотирма концентраторами. Затримка початкового сегмента становитиме (з табл. 10.1) 26,6 бітових інтервалів. Затримка кінцевого сегмента дорівнюватиме 176,3 бітових інтервалів. Затримка трьох проміжних сегментів буде 53,3 бітових інтервалів на кожен сегмент. Разом сумарна затримка дорівнює:

26,6 + 176,3 + 3 • 53,3 = 362,8, що менше граничної величини 512.

Ми можемо додати ще два проміжні 100-метрові сегменти, які дадуть ще 106,6, збільшивши кількість сегментів до 7, а кількість концентраторів до 6. І ще залишиться запас у 42,6 бітових інтервалів. Усього отримуємо, що сегментів може бути навіть 8 при семи концентраторах, а загальна довжина всіх кабелів може досягати 705,3 м. Це значно перевищує обмеження моделі 1.

Але підрахуємо, яка величина скорочення міжкадрового інтервалу виходить за такої конфігурації. Один початковий сегмент дасть16 бітових інтервалів (див. табл. 10.2). Шість проміжних сегментів дадуть 77 бітових інтервалів. У сумі вийде 93 бітові інтервали, що значно перевищує дозволені 49 бітових інтервалів. Тому в цьому випадку гранична довжина мережі буде обмежена п'ятьма сегментами, які скоротять міжкадровий інтервал на величину 16+11 3 = 49 бітових інтервалів.

В результаті мережа максимального розміру на кручений парі складатиметься з п'яти сегментів по 100 м (рис. 10.3), що збігається з вимогами моделі 1. Повна довжина мережі становитиме 500 м.

Мал. 10.3. Мережа Ethernet максимального розміру на кручений парі

Цікаво, що шляхи максимальної довжини для розрахунку кругової затримки та розрахунку IPG можуть бути різними. Цілком можлива ситуація, коли максимальну затримку проходження дає один шлях у мережі, а максимальне скорочення IPG дає інший шлях. Наприклад, якщо один шлях складається з п'яти коротких сегментів (електричних і оптоволоконних) і чотирьох концентраторів, а інший шлях має всього два оптоволоконні сегменти, але з сумарною довжиною, близькою до максимально можливої, то перший дасть максимальне скорочення IPG, а другий — максимальну затримки проходження сигналу.

Отже, в ідеалі необхідно розраховувати як кругову затримку, і скорочення IPG кожному з можливих шляхів у цій топології мережі. А умова працездатності мережі полягатиме в тому, що всі затримки всіх шляхів повинні бути меншими за 512 бітових інтервалів, а всі величини скорочення IPG для всіх шляхів повинні бути меншими за 49 бітових інтервалів. Правда, неоднозначність шляху максимальної довжини треба враховувати тільки в тому випадку, коли в мережі присутні більше чотирьох концентраторів, тому що чотири концентратори (п'ять сегментів) в принципі не можутьзменшити APG більше, ніж 49 бітових інтервалів під час виборів будь-яких можливих сегментів (див. табл. 10.2).

Таким чином, для оцінки працездатності тієї чи іншої конфігурації можна використовувати обидві моделі (модель 1 і модель 2), хоча для складних топологій і гранично довгих сегментів краще друга (числова) модель, що дозволяє кількісно оцінити часові характеристики мережі. У випадку простих топологій цілком достатньо перевірити виконання елементарних правил першої моделі, що не вимагає ніяких розрахунків.