Часть I
Задержка при коммутации каналов
Проведем грубую оценку задержки при передаче данных в сетях с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов на простейшем примере. Пусть тестовое сообщение, которое нужно передать в обоих видах сетей, имеет объем R=200 000 байт. Отправитель находится от получателя на расстоянии L=5000 км. Пропускная способность линий связи составляет B=2 Мбит/c. Скорость распространения сигнала примем равной 2/3 скорости света, т.е. 20000км/с.
R,байт |
200 000 |
L,км |
5000 |
B,Мбит/c |
2 |
Vc,км/с |
20000 |
Время передачи данных по сети с коммутацией каналов складывается из времени распространения сигнала и времени передачи сообщения.
1.1.Время распространения сигнала:
Tр =L/Vc=5000/20000=0,025=25мс (1)
1.2.Время передачи сообщения:
Время передачи сообщения равно R/B, где R — объем сообщения в битах, а B — пропускная способность канала в байтах в секунду.
Tп
= R/B=
= 800 мс
(2)
При расчете корректное значение К (210), равное 1024, округлялось до 1000. Аналогично значение М (220), равное 1 048 576, округлялось до 1 000 000. Таким образом, передача данных оценивается в 800мс.
Часть II
Задержка при коммутации пакетов
Ясно, что при передаче этого сообщения по сети с коммутацией пакетов, обладающей такой же суммарной длиной и пропускной способностью каналов, пролегающих от отправителя к получателю, время распространения сигнала и время передачи данных будут такими же — 800 мс. Однако из-за задержек в промежуточных узлах общее время передачи данных увеличится.
2.1 Давайте оценим, на сколько возрастет это время.
Будем считать, что путь от отправителя до получателя пролегает через 10 коммутаторов (kк=10). Пусть исходное сообщение разбивается на пакеты в p=1 Кбайт, всего:
kп=200[кбайт]/1[кбайт]=200 пакетов (3)
kк,штук |
10 |
P,кбайт |
1 |
kп,пакетов |
200 |
А)
Вначале
оценим задержку, которая возникает в
исходном узле. Предположим, что доля
служебной информации, размещенной в
заголовках пакетов, по отношению к
общему объему сообщения составляет
10%.
Следовательно, дополнительная задержка,
связанная с передачей заголовков
пакетов, составляет 10% от времени передачи
целого сообщения, то есть:
Тдоп.з= Tп *800*0,1=80 мс (4)
Б)
Если принять интервал между отправкой пакетов равным Tинт=1 мс, То дополнительные потери за счет интервалов составят:
Тдоп.инт= kп * Tинт =200*1=200 мс (5)
В)
Таким образом, в исходном узле из-за пакетирования сообщения при передаче возникла дополнительная задержка :
Тдоп= Тдоп.з+ Тдоп.инт= 80+200=280мс
2.2.
Каждый из 10 коммутаторов вносит задержку коммутации, которая может составлять от долей до тысяч миллисекунд. В данном примере будем считать, что на коммутацию в среднем тратится Tком = 20 мс. Кроме того, при прохождении сообщений через коммутатор возникает задержка буферизации пакета(Tбуф). Эта задержка при величине пакета p =1 Кбайт и пропускной способности линии B= 2 Мбит/c равна:
Tбуф=
p/B=
=
4 мс (6)
Таким образом, общая задержка, вносимая 10 коммутаторами, составляет:
Tк.сум= kк*( Tком+ Tбуф)=10*(20+4)=240 мс
В результате дополнительная задержка, созданная сетью с коммутацией пакетов, составила:
Tдоп.итог= Тдоп+ Tк.сум= 280+240= 520 мс
P.S.Учитывая, что вся передача данных в сети с коммутацией каналов заняла 800 мс, эту дополнительную задержку можно считать существенной.
Варианты к выполнению работы:
Вариант № |
R,кбайт |
L,км |
B, Мбит/c |
Vc, часть от скорости света |
kк, штук |
P, кбайт |
|
Tком, мс |
1 |
300 |
7000 |
3 |
0.6 |
9 |
1 |
10 |
20 |
2 |
400 |
4657 |
4 |
0,6 |
11 |
1 |
10 |
20 |
3 |
800 |
7954 |
3 |
0,6 |
13 |
1 |
10 |
20 |
4 |
700 |
8467 |
7 |
0,66 |
16 |
1 |
6 |
20 |
5 |
600 |
4000 |
3 |
0,7 |
5 |
1 |
7 |
10 |
6 |
500 |
3000 |
6 |
0,7 |
4 |
1 |
8 |
10 |
7 |
900 |
7500 |
7 |
0,7 |
7 |
2 |
6 |
10 |
8 |
450 |
4300 |
8 |
0,7 |
6 |
2 |
8 |
10 |
9 |
350 |
5400 |
4 |
0,7 |
8 |
2 |
11 |
10 |
10 |
270 |
3120 |
2 |
0,8 |
12 |
2 |
13 |
10 |
11 |
640 |
8000 |
9 |
0,8 |
11 |
2 |
8 |
15 |
12 |
870 |
9430 |
10 |
0,8 |
13 |
2 |
2 |
15 |
13 |
920 |
5678 |
2,5 |
0,8 |
8 |
3 |
6 |
15 |
14 |
330 |
7934 |
3,5 |
0,8 |
5 |
3 |
2 |
25 |
15 |
710 |
8364 |
4 |
0,9 |
6 |
3 |
4 |
25 |
16 |
950 |
4668 |
9 |
0,9 |
7 |
3 |
6 |
25 |
17 |
380 |
9000 |
11 |
0,9 |
9 |
3 |
5 |
25 |
18 |
540 |
3432 |
14 |
0,9 |
7 |
3 |
3 |
11 |
19 |
630 |
4521 |
20 |
0,9 |
5 |
4 |
7 |
13 |
20 |
780 |
5623 |
20 |
0,9 |
8 |
4 |
10 |
15 |
ВОПРОСЫ
Объясните, что означает корректное значение К (210) и
М (220). Почему они равны 1024 и 1 048 576 соответственно? Зачем эти значения округляются до1000 и 1 000 000?
Как на эффективность работы сети влияют размеры пакетов, которые передает сеть? Какой верхний и нижний предел поля данных, выбирают разработчики протоколов для сетей с коммутацией пакетов?
Литература
1.Новиков Ю.В., Кондратенко С.В., Основы локальных сетей ,Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру, 2005
2. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, Основы сетей передачи данных , Интернет-университет информационных технологий, 2005.,176
ОТВЕТЫ:
1.
Кратные приставки для образования производных единиц для байта применяются не как обычно: уменьшительные приставки не используются совсем, а единицы измерения информации меньшие чем байт называются специальными словами (ниббл и бит); увеличительные приставки кратны 1024=210, то есть килобайт равен 1024 байтам, мегабайт — 1024 килобайтам или 1 048 576 байтам и т. д. для гига-, тера- и петабайтов. Эти значения в лабораторной работе округляются для упрощения подсчетов.
2.
На эффективность работы сети влияют размеры пакетов, которые передает сеть. Слишком большие размеры пакетов приближают сеть с коммутацией пакетов к сети с коммутацией каналов, поэтому эффективность сети падает. Кроме того, при большом размере пакетов увеличивается время буферизации на каждом коммутаторе. Слишком маленькие пакеты заметно увеличивают долю служебной информации, так как каждый пакет содержит заголовок фиксированной длины, а количество пакетов, на которые разбиваются сообщения, при уменьшении размера пакета будет резко расти. Существует некоторая "золотая середина", когда обеспечивается максимальная эффективность работы сети, однако это соотношение трудно определить точно, так как оно зависит от многих факторов, в том числе изменяющихся в процессе работы сети. Поэтому разработчики протоколов для сетей с коммутацией пакетов выбирают пределы, в которых может находиться размер пакета, а точнее его поле данных, так как заголовок, как правило, имеет фиксированную длину. Обычно нижний предел поля данных выбирается равным нулю, что дает возможность передавать служебные пакеты без пользовательских данных, а верхний предел не превышает 4 Кбайт. Приложения при передаче данных пытаются занять максимальный размер поля данных, чтобы быстрее выполнить обмен, а небольшие пакеты обычно используются для коротких служебных сообщений, содержащих, к примеру, подтверждение доставки пакета.