Internet Protocol или ip (англ. Internet protocol — межсетевой протокол) — маршрутизируемый сетевой протокол, протокол сетевого уровня семейства («стека») tcp/ip.

Протокол IP (RFC 791) используется для негарантированной доставки данных, разделяемых на так называемые пакеты от одного узла сети к другому. Это означает, что на уровне этого протокола (третий уровень сетевой модели OSI) не даётся гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (когда приходят две копии одного пакета; в реальности это бывает крайне редко), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прибыть вовсе. Гарантии безошибочной доставки пакетов дают протоколы более высокого (транспортного уровня) сетевой модели OSI — например, TCP — которые IP используют в качестве транспорта.

Протокол IP, входящий в группу протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), является одним из ключевых элементов, обеспечивающих передачу данных между узлами Всемирной Паутины. Протокол IP определяет адресацию сетевых узлов в Интернете и способы фрагментации передаваемых по каналам связи пакетов данных.

В современной сети Интернет используется IP четвёртой версии, также известный как IPv4. В протоколе IP этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта). При этом компьютеры в подсетях объединяются общими начальными битами адреса. Количество этих бит, общее для данной подсети, называется маской подсети (ранее использовалось деление пространства адресов по классам — A, B, C; класс сети определялся диапазоном значений старшего октета и определял число адресуемых узлов в данной сети, сейчас используется бесклассовая адресация).

В настоящее время вводится в эксплуатацию шестая версия протокола — IPv6, которая позволяет адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Эта версия отличается повышенной разрядностью адреса, встроенной возможностью шифрования и некоторыми другими особенностями. Переход с IPv4 на IPv6 связан с трудоёмкой работой операторов связи и производителей программного обеспечения и не может быть выполнен одномоментно. На начало 2007 года в Интернете присутствовало около 760 сетей, работающих по протоколу IPv6. Для сравнения, на то же время в адресном пространстве IPv4 присутствовало более 203 тысяч сетей, но в IPv6 сети гораздо более крупные, нежели в IPv4.

IP-пакет — форматированный блок информации, передаваемый по вычислительной сети. Соединения вычислительных сетей, которые не поддерживают пакеты, такие как традиционные соединения типа «точка-точка» в телекоммуникациях, просто передают данные в виде последовательности байтов, символов или битов. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

Рисунок 3 – Архитектура и совокупность протоколов TCP/IP узла связи Internet.

Каждое сетевое приложение формирует свой поток данных, который необходимо передать по сети. К основным сетевым приложениям относятся:

• Internet – приложения (FTP, HTTP, E-mail)

• CAD/CAM

• Telnet

• Сетевые базы данных

• Файловый обмен

При поступлении пакета от приложения протокол TCP/IP на транспортном уровне оценивает его размер и делит его на пакеты (если размер его слишком велик), которые передаются межсетевому уровню (т.е. протоколу IP). Последний формирует свои IP-пакеты. Затем происходит их «упаковка» в кадры (frame), приемлемые для данной физической среды передачи информации. При этом каждый пакет снабжается заголовком данного протокола. Размер заголовка протокола TCP насчитывает 12 байт. Размер заголовка протокола IP также занимает 12 байт. При прохождении пакета через протоколы IP и ТСP их размер увеличивается на величину, равную размеру служебной информации. Также происходит и на канальном уровне, где пакеты еще снабжаются заголовками протоколов данного уровня. Величину, характеризующую данное явление обозначим как k_m, где m обозначает уровень семиуровневой модели OSI.

Для протокола IP: K_IP=1,0156.

В настоящее время доминирующим протоколом для доступа к WAN, на периферии сети и в ее ядре является IP. Концепция управляемой IP-инфраструктуры для передачи голоса и данных преобразила технологии. Возможность получить расширенный сервис, который может быть предоставлен за более низкую цену, стала достаточно сильной мотивацией для разработки новых приложений.

Фундамент современных мультисервисных сетей составляют три ключевых элемента. Это технология "голос поверх IP" (Voice over IP – VoIP), которая обеспечивает передачу голоса по сетям передачи данных, многоцелевые сети, построенные на основе новой функционально распределенной IP-базированной сетевой архитектуре, и открытые системы – набор международных протоколов и стандартов для взаимодействия.

Сравним AТM и IP сети:

• ATM — сеть коммутации ячеек, IP — сеть коммутации пакетов

Коммутация ячеек в ATM является более простым и более однородным процессом по сравнению с традиционной маршрутизацией, исполь­зуемой в сетях IP. Поскольку ячейки ATM всегда имеют одну и ту же длину, значительно меньшую длины кадра IP, они требуют меньшей буферизации. Кроме того, они предсказуемы, поскольку их заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В сетях IP маршрутизаторы должны использовать программное обеспечение для правильной обработки ряда изменений в потоке передачи, в частности, для измерения длины пакета, для фрагментирования пакета, для передачи пакетов в правильном порядке и пересборки пакетов. В результате коммутатор ATM автоматически обнаруживает заголовки ячеек, и их обработка происходит быстрее.

С другой стороны, поскольку длина пакета IP больше длины ячейки ATM, процент передаваемой полезной нагрузки в сети ATM оказывает­ся значительно меньше, чем в IP, что снижает эффективность работы сети.

• ATM — сеть с установлением соединения, IP- без установления соединения.

Сети с установлением соединения также могут гарантировать опре­деленное качество обслуживания, поэтому они могут использоваться для передачи различных видов трафика — звука, видео и данных — через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать пере­грузку сети, поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать те соеди­нения, которые они не способны поддерживать.

• Возможность передачи данных разных типов по одному соединению

В ATM все типы информации могут надежно передаваться через единое сетевое подключение. ATM использует концепцию категории обслуживания между конечными пользователями ATM и коммутаторами для того, чтобы получить надежную службу передачи данных.

В сети IP для обеспечения качественной передачи различных типов информации, а также для обеспечения различных категорий обслуживания необходимо использовать дополнительные механизмы на более высоких уровнях.

• Возможности масштабирования сети

Теоретически расширение IP-сети ограничено разрядностью IP- адреса. Максимальная скорость магистрали при использовании технологии Gigabit Ethernet составляет 10 Гбит/с. На практике обеспечение качества обслуживания в сети IP требует создания управляемой сети с определенной пропускной способностью и производительностью маршрутизаторов, что накладывает ограничения на масштабируемость.

Существующие стандарты ATM предусматривают скорости передачи до 2.4 Гбит/с. ATM поддерживает единый способ передачи данных, позволяющий связывать сети любых размеров и масштабировать их в будущем. Масштабируемость сетей ATM ограничивается производительностью коммутаторов и возможностью управления сетью.

• Распространенность сетей

Развертывание IP-сетей осуществляется, прежде всего, для переда­чи данных (а не мультисервисного трафика). Благодаря появлению сети Интернет технология IP в настоящее время — наиболее распространен­ная и быстроразвиваюшаяся технология сетей передачи данных. Это является основной причиной стремления разработчиков создать на базе IP-протокола МСС, используя для этого уже существующие сети.

Технология ATM специально создавалась для того, чтобы служить основой широкополосной МСС: ее распространение напрямую связано со стремлением создать подобные сети, сети на основе ATM распространены не столь широко.

• Стоимость сети

Цены на оборудование ATM существенно выше цен на оборудование IP. В то же время качество услуг, предоставляемых ATM-сетью, также существенно выше аналогичных показателей IP-сетей. Применение же на сети IP разнообразных средств повышения качества сервиса приводит к существенному удорожанию строительства и эксплуатации сети.

Аналогичные рассуждения касаются и сложности протоколов и управления сетью. Протоколы маршрутизации ATM значительно сложнее, чем в IP, однако внедрение механизмов резервирования полосы пропускания. многоуровневой коммутации, дифференцированного обслуживания приводит к значительному усложнению стека протоколов IP-сети, и его простота перестает быть достоинством.

Отсюда следует сделать вывод, что у каждой технологии существует своя сфера применения, в которой ее качества используются наилучшим образом. Кроме того, возможно, что наилучший результат может дать совместное применение ATM и IP, сочетающее достоинства этих технологий.

Знание характеристик трафика, создаваемого пользователями (абонентами), является непременным условием для грамотного проектирования сетей электросвязи. Значение трафика непосредственно определяет как капитальные затраты на оборудование сети, так и возможные доходы за счет его эксплуатации.

Под мультимедийным трафиком понимается цифровой поток данных, который содержит различные виды сообщений, воспринимаемых органами чувств человека (обычно звуковая и/или видеоинформация). Мультимедийные потоки данных передаются по телекоммуникационным сетям с целью предоставления удаленных интерактивных услуг. Наиболее распространенными на сегодняшний день мультимедийными услугами, предоставляемыми пользователям сети, являются: видеотелефония, высокоскоростная передача мультимедийных данных, IP-телефония, цифровое телевизионное вещание, мобильная видеосвязь и цифровое видео по запросу.

Описание и анализ мультимедийного трафика в современных телекоммуникационных сетях является сложной и трудной задачей. Основными причинами этих трудностей являются:

• широкий диапазон скоростей передачи - от нескольких кбит/с, как в случае передачи телефонного трафика, до сотен Мбит/с, при пе­редаче видеопотоков;

• разнообразные статистические свойства передаваемых мультимедийных информационных потоков (трафик реального времени налагает жесткие требовании к ресурсам сети);

• большое разнообразие сетевых конфигураций, множество технологий и протоколов передачи (Gigabit Ethernet, ATM и др.);

• многоуровневая обработка передаваемых сообщений, вследствие чего качество обслуживания оказывается зависящим от нескольких уровней обработки.

Протокол IP является протоколом сетевого уровня, не ориентированным на соединения и предоставляющим данные для протоколов транспортного уровня TCP (ориентированный на соединения) и UDP (не ориентированный на соединения).

Протокол IP доставляет блоки данных (дейтаграммы) от одного IP-адреса к другому. IP-адрес является уникальным 32-битным идентификатором сетевого интерфейса компьютера. В функции протокола IP входит определение маршрута для каждой дейтаграммы, при необходи­мости сборка и разборка дейтаграммы на фрагменты, а также отправка источнику дейтаграммы сообщения об ошибке в случае невозможности доставки. Средства контроля корректности данных, подтверждения их доставки, обеспечения правильного порядка следования дейтаграмм, а также функции предварительного установления соединения между ком­пьютерами в IP-протоколе не предусмотрены.

При транспортировке IP-пакетов их порядок может нарушаться. Для обеспечения требуемого качества обслуживания графика реального времени необходимо сохранение порядка следования пакетов, а также минимизация задержки пакетов и колебаний длительности задержек. Для обеспечения приемлемого голосового потока время задержки должно составлять менее 300-600 мс.

Для реализации механизмов QoS в заголовке IP-пакета предусмот­рено поле типа сервиса размером 8 бит (Type of Service — ToS), которое задает характер обработки пакета в процессе его транспортировки.

IP-протокол не подразумевает использования каких-либо определенных протоколов уровня доступа к среде передачи и физическим средам передачи данных. Требования к канальному уровню ограничиваются наличием интерфейса с модулем IP и обеспечением преобразования IP- адреса узла сети, на который передается дейтаграмма, в МАС-адрес.

Сеть IP рассматривается как объединение автономных независимых локальных и глобальных сетей, в каждой из которых может использоваться теоретически любая технология канального уровня. Как и в любой сети, в сети IP можно выделить магистральную сеть и сеть доступа. «Границей» магистральной сети являются точки подключения локальных сетей к глобальным. Среди используемых в настоящее время техно­логий локальных сетей следует выделить следующие:

• Ethernet:

• Fast Ethernet:

• Gigabit Ethernet;

• Token Ring;

• FDDI CDDI.

Граничные маршрутизаторы должны поддерживать любое подмножество из перечисленных выше интерфейсов. Для соединения сетей используется один из протоколов маршрутизации OSPF иди BGP.

В настоящее время существуют два основных способа создания магистральных IP-сетей: с помощью IP-маршрутизаторов, соединенных каналами «точка-точка», либо на базе транспортной сети ATM, поверх которой работают IP-маршрутизаторы. В первом варианте в качестве транспорта для передачи IP-пакетов может использоваться один из протоколов канального уровня (SLIP или РРР). Во втором — ячейки ATM AAL5. В последнем случае необходимо использование дополнительных управляющих функций для контроля совместной работы IP и ATM.

IP-протокол изначально не предназначался для передачи голоса, однако его широкая распространенность, возможность наложения практически на любую транспортную сеть, а также высокая степень совместимости решений различных поставщиков привели к тому, что IP-сети стали использоваться как универсальная среда для передачи всех видов трафика. Основным недостатком сетей на основе протокола IP является отсутствие механизмов, которые бы обеспечивали передачу трафика реального времени. Обеспечение качества передачи чувствительного к задержке трафика достигается путем реализации соответствующих ме­ханизмов на канальном или транспортном уровне. Реализация услуг МСС на базе IP-технологии требует внедрения дополнительной поддержки качества обслуживания, повышения надежности и рационализации использования ресурсов.

Управление качеством обслуживания на уровне IP-протокола реализуется преимущественно в корпоративных сетях, где администратор может контролировать все устройства сети. К методам управления относятся:

• выделение отдельных каналов для передачи голоса;

• настройка маршрутизатора на первоочередное обслуживание па­кетов с определенным номером порта UDP;

• ограничение максимально допустимого размера пакета.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В ходе курсового проекта необходимо выполнить следующее задание: агрегировать трафик мультисервисной системы по схеме с тремя классами приоритета без преимущественного права на приоритет по модели M_R/M_R/1.

В курсовом проекте рассматривается три класса приоритета. Данные по каждому классу приоритета приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные к курсовому проекту.

Класс приоритета	Вид информации	Количество абонентов	Качество QoS
1	Речь	1000	0,15 сек
2	Данные	100	2 сек
3	Текст	200	1 мин

Рекомендация G.711 основана на алгоритме кодирования ИКМ – использующий ИКМ преобразование аналогового сигнала с точностью 8 бит, тактовой частотой 8 кГц и простейшей компрессией амплитуды сигнала. Скорость потока данных на выходе преобразователя составляет 64 Кбит/с. Для снижения шума квантования и улучшения преобразования сигналов с небольшой амплитудой, при кодировании используется нелинейное квантование по уровню, согласно специальному псевдологарифмическому закону.

Первые ИКМ кодеки с нелинейным квантованием появились уже в 60-х гг. Кодек G.711 широко распространён в системах традиционной телефонии с коммутацией каналов. Несмотря на то, что рекомендация G.711 в стандарте Н.323 является основной и первичной, в шлюзах IP-телефонии данный кодек применяется редко из-за высоких требований к полосе пропускания и задержкам в канале передачи. Использование G.711 в системах IP-телефонии обосновано лишь в тех случаях, когда требуется обеспечить максимальное качество кодирования речевой информации при небольшом числе одновременных разговоров.

Первичным критерием качества аудио- и видеоинформации является восприятие качества услуги пользователем. Определение качества услуг может базироваться как на субъективных, так и на объективных оценках. Наиболее широко используемая методика субъективной оценки качества описана в Рекомендации МСЭ Р.800 (первоначальная редакция относится к 1993 г.) и известна как методика MOS (Mean Opinion Score). В соответствии с ней качество речи, получаемое при прохождении сигнала от говорящего (источник) через систему связи к слушающему (приемник), оценивается как арифметическое среднее от всех оценок, выставляемых экспертами после прослушивания тестируемого тракта передачи.

Экспертные оценки определяются в соответствии со следующей пятибалльной шкалой: 5 — отлично, 4 — хорошо, 3 — приемлемо, 2 — плохо, 1 — неприемлемо. Оценки 3,5 балла и выше соответствуют стандартному и высокому телефонному качеству, 3,0 — 3,5 — приемлемому качеству, 2,5 — 3,0 — синтезированному звуку. Для передачи речи с хорошим качеством целесообразно ориентироваться на значения MOS не ниже 3,5 баллов.

Хотя методика MOS, основанная на субъективных оценках, является достаточно надежным инструментом в телефонных сетях, в ней отсутствует возможность количественно учесть влияющие на качество речи факторы. В частности, не учитываются:

• сквозная (end-to-end) задержка между говорящим по телефону и слушающим;

• влияние вариации задержки (джиттера);

• влияние потерь пакетов.

Для преодоления указанных недостатков в 1998 г. МСЭ принял Рекомендацию G.107, в которой был описан подход к объективной оценке качества услуг в телекоммуникациях. В его основу положена так называемая Е-модель, которая открыла новое направление в оценке качества услуг, связанное с измерением характеристик терминалов и сетей. После создания Е-модели было проведено большое число испытаний, в которых менялся уровень воздействия искажающих сетевых факторов. Данные этих тестов были использованы в Е-модели для вычисления объективных оценок. Результатом вычислений в соответствии с Е-моделью является число, называемое R-фактором ("коэффициентом рейтинга"). Значения R-фактора однозначно сопоставляются с оценками MOS.

В соответствии с E-моделью R-фактор определяется в диапазоне значений от 0 до 100, где 100 соответствует самому высокому уровню качества. При расчете R-фактора учитываются 20 параметров, в числе которых:

• однонаправленная задержка;

• коэффициент потери пакетов;

• потери данных из-за переполнения буфера джиттера;

• искажения, вносимые при преобразовании аналогового сигнала в цифровой и

последующем сжатии (обработка сигнала в кодеках);

• влияние эхо и др.

Таким образом, Е-модель и R-фактор могут быть использованы для объективной оценки качества передачи речи в технологии VoIP. Как только R-фактор получен, могут быть вычислены соответствующие оценки MOS. Вычисление R-фактора начинается для случая, когда искажения сигнала в канале не учитываются, а принимаются во внимание искажения, которые имеют место при преобразовании реальной речи в электрический сигнал (и обратно). Теоретическое значение R-фактора уменьшается от 100 до 93,2, что соответствует оценке MOS, равной 4,4. Таким образом, при использовании Е-модели оценка 4,4 в системе MOS является максимально возможной оценкой качества речи в сети без искажений. Величина R-фактора меняется от 0 до 93,2, что соответствует изменению оценок MOS от 1 до 4,4.

Кодек G.711, данный по заданию курсового проекта, соответствует оценке MOS, равной 4,4.

Документы гипермедиа написаны на языке HTML на языке разметки гипертекстов, являющийся усеченным из стандартного обобщенного языка разметки SGML DTD по ISO 8879k. Документы гипермедиа передаются с помощью протокола передачи гипертекста HTTP, который реализуется с использованием TCP/IP для однозначного определения файлов. В HTTP используются унифицированные локаторы ресурса URL, который является адресами ресурса WEB.

Используем IP-протокол, где длина слова с выхода пакетизатора составляет 592 байта, из которых 552 байта — информационные и 40 — служебные (так как протокол IP работает в связке с TCP, то приходится по 20 байт на каждый из протоколов). Разговорная нагрузка составляет A=0,2 Эрл, при этом среднее время разговора 12 мин (t_cp = 0,2 часа = 720 секунд). Активность абонента α=50%=0,5 (для упрощения вычислений), т. к. во время разговора абонент не только говорит, но и слушает, также не все время уходит только на передачу данных, но и на их прием (т.е. 50% - разговор, 50% - паузы).

Используя характеристики Vo-кодера, значения качества обслуживания по соглашению QoS, а так же заданную нагрузку, необходимо рассчитать среднее время доставки пакета для каждого вида информации, рассчитать структурные параметры (коэффициент загрузки, пропускную способность линии связи), построить топологию полносвязной сети (ПСС) с n=16 узлами в каждой сети, а так же провести сравнительный анализ параметров РШ и ПСС структур сети.

2. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

2.1 Расчет среднего времени доставки пакета для каждого вида информации

Всего передается 3 вида информации, информация передается по сети с приоритетом. Т.к. данные и текст менее чувствительны к задержке, у них приоритет соответственно 2 и 3, к передачи речи же предъявляются повышенные требования в качестве обслуживания:

• речь - 1 приоритет (0,15 сек);

• данные - 2 приоритет (2 сек);

• текст - 3 приоритет (1 мин).

Распределение потоков в сети производится равномерно, т.е. к каждому узлу сети по­ступает одинаковое количество абонентов каждого приоритета. В целом абоненты распределены следующим образом:

• число речевых абонентов - 1000;

• число абонентов, передающих данные - 100 абонентов;

• число абонентов, передающих текст - 200 абонентов.

Р исунок 4 – Обобщенная структура сети

Рисунок 5 – Структура опорной сети и сети доступа

Учитывая коэффициент активности, рассчитаем реальную скорость вокодера по формуле:

V'=V*α, (1)

где α - коэффициент активности;

V – скорость вокодера.

V'=64 кбит/с*0,5=32 кбит/с

Длина информационной части:

L'= t_cp *V' (2)

L'= 720c*32 кбит/с = 23040 кбит = 2880000 байт

Общее число пакетов определяется по формуле:

N_pp = L' / L_n , (3)

где L_n – длина информационной части IP-пакета, равная 552 байта.

N_pp = 2880000 байт / 552 байта = 5218 пакетов

Также необходимо рассчитать длину служебной информации (количество служебных байтов):

L"=N_pp*40 байт, (4)

где N_pp – общее число пакетов.

L"=5218 пакетов *40 байт = 208720 байт

Далее вычисляется количество информации, которую необходимо заключить в пакеты:

L=L'+L", (5)

где L' – длина информационной части;

L" – длина служебной информации.

L=2880000 байт +208720 байт = 3088720 байт = 24710 кбит

Рассчитываем выходную скорость с пакетизатора (производительность, пропускную способность):

с = L / t_cp , (6)

где L – количество информации, которую необходимо заключить в пакеты.

с = 24710 кбит /720 с = 34,319 кбит/с

Так как по заданию курсового проекта дано количество абонентов:

– для речи – 1000 абонентов;

– для данных –100 абонентов;

– для текста – 200 абонентов, то:

Количество пакетов от речевых абонентов (приоритет – 1) равно:

L₁= Npp*1000= 1000* 5218 пакетов = 5218000 пакетов

Количество пакетов от абонентов 2 приоритета – данные:

L₂= N_pp*100= 100* 5218 пакетов = 521800 пакетов

Количество пакетов от абонентов 3 приоритета – текст:

L₃= N_pp*200= 200* 5218 пакетов = 1043600 пакетов

По заданию курсового проекта даны следующие пропускные способности и загрузки для каждого приоритета:

1. приоритет: речь - 0,15с; q=0,l;

2. приоритет: данные - 2с; q=0,2;

3. приоритет: текст - 60с; q=0,3.

Интенсивность обслуживания выражается формулой:

µ = с / (H+L), (7)

где с - скорость на выходе кодера (пакетизатора),

с = 34,319 кбит/с;

(H+L) – длина пакета, (H+L) = (552+40)*8 = 4736 бит.

µ = 34319 бит/с / 4736 бит = 7,25 с^-1

Так как среднее время разговора равно 12 минуты и на входе у нас пуассоновский поток, то мы можем узнать коэффициент загрузки оборудования:

µ_код = λ = 1/h = 1/12*60 = 0,0014 с^-1 (8)

ρ=λ/µ=0,0014/7,25=0,000193

Данный коэффициент загрузки относится к интерфейсной плате телефона одного пользователя. Далее нам необходимо рассчитать частоту поступления пакетов трафика от 1000 речевых абонентов на входы коммутатора. Так как на входе этого коммутатора пуассоновский поток, следовательно :

λ₁=N*µ=1000*7,25=7250 c^-1

В данном случае мы узнали частоту поступления IP пакетов речевого трафика на коммутатор. Для того чтобы найти частоту поступления текстовой информации и данных нам необходимо применить метод перебора. Составим формулу коэффициента загрузки коммутатора:

В соответствии с рекомендацией ITU-T данная величина для пакетных данных не должна превышать уровень в 0,2. Метод перебора заключается в следующем: для начала мы подставляем значение . При этом скорости мы подбираем в соответствии с документацией. Далее мы подбираем значение и из расчета на то, что объемы передаваемых данных гораздо больше объемов передаваемого текста, и что бы данная сумма не превышала значение в 0,2.

В результате данного эвристического анализа мы получаем следующие значения:

Для сети IP Ethernet была подобрана скорость 1000 Мбит/с, что также является пропускной способностью сетевого узла С_i. Тогда в соответствии с формулой 7 мы получаем:

µ = 1 000 000 000 бит/с / 4736 бит = 211148,65 с^-1

λ₂+ λ₃=0,2*µ– λ₁=34979,73 c^-1

Данные имеют большие размеры по сравнению с текстом, и максимальная скорость набора на клавиатуре у человека составляет 120 символов в минуту. Следовательно, скорость передачи информации будет 2 символа/с * 8 бит = 16 бит/с. Это скорость поступления информации на вход пакетизатора IP, значит с пакетизатора будет выходить скорость равная:

ϑ=4736/(552*8/16)=17,159 бит/с

Значит частота поступления пакетов IP на коммутатор будет:

λ_IP=17,159/4736=0,00362 с^-1

λ₃=0,00362*200=0,724 с^-1

Исходя из этого мы можем разделить эту суммарную частоту поступления пакетов следующим образом:

λ₃=0,724 с^-1

λ₂=34979,006 с^-1

Рассмотрим случай с данными, так как у нас 100 абонентов отправляют данные, то на одного приходиться:

λ_данные= λ₂/100=3497,9 с^-1

Следовательно, на одного человека приходиться скорость передачи данных:

ϑ= λ_данные*4736=16566054 бит/с=16,57 Мбит/с

Рассчитаем коэффициент загрузки коммутатора для каждого вида трафика:

ρ₁=λ₁/µ=7250/211148,65=0,0343

ρ₂=λ₂/µ=34979,006 /211148,65=0,16566

ρ₃=λ₃/µ=0,724 /211148,65=0,0000034

ρ_общ=0,0343+0,16566+0,0000034=0,19996<0,2

Среднее время доставки пакета для речи:

Т_ср1=(0,19996/211148,65)/(1–0,0343)=9,8 мкс

Среднее время доставки пакета для данных:

Т_ср2=(0,19996/211148,65)/((1–0,19996)*(1–0,0343))=12,2 мкс

Среднее время доставки пакета для текста:

Т_ср3=(0,19996/211148,65)/((1–0,19996)*(1–0,19996))=1,47 мкс

Построим график зависимости среднего времени доставки от пропускной способности (рисунок 6).

Рисунок 6 – Зависимость среднего времени доставки от загрузки сети (от пропускной способности)

В соответствии с полученными расчетами при построении сети IP Ethernet со скоростью 1000Мбит/с можно использовать следующие виды оборудования:

– Маршрутизирующие коммутаторы ZXR10 серии 5900.В ZXR10 5900 использованы высокоскоростные микропроцессоры ASIC для пересылки пакетов на уровнях 2 и 3 на скорости канала. Предоставляется полная поддержка всего семейства протоколов Ethernet, эффективные механизмы приоритетов QOS и гибкие способы управления. Поддерживаются протоколы маршрутизации уровня 3. Благодаря высокой плотности портов GE, ZXR10 5900 предоставляет доступ и возможности агрегации GE-интерфейсов для городских IP-сетей и университетских сетей, поэтому оборудование идеально подходит для строительства уровня ядра университетских сетей и уровня агрегирования городских IP-сетей. Интеллектуальный гигабитный коммутатор Ethernet ZXR10 серии 5900 состоит из 4 типов оборудования: 5928, 5928- FI, 5952 и 5924. ZXR10 5928 обеспечивает 20 электрических интерфейсов Ethernet 1000 Мбит/с, 4 оптических/электрических адаптивных интерфейса и слота расширения 10G. ZXR10 5928-FI предоставляет 20 электрических интерфейсов GE, 4 оптических/электрических адаптивных интерфейса и 4 расширяемых слота 10G. ZXR10 5952 предоставляет 44 электрических интерфейса 1000 Мбит/с, 4 оптических/электрических адаптивных интерфейса и 4 расширяемых слота. ZXR10 5924 предоставляет 20 электрических интерфейсов 1000 Мбит/с, 4 оптических/электрических адаптивных интерфейса. Каждый слот расширения поддерживает 1 блок оптического интерфейса 10G, 1 блок электрического интерфейса 10G или наращиваемый блок коммутации.

– Коммутатор TL-SG1016 специально предназначен для сетей стандарта Ethernet (10 Мбит/с), Fast Ethernet (100 Мбит/с) and Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с) с использованием технологии Seamless Link (безразрывное соединение). Каждый порт поддерживает пропускную способность до 2000 Мбит/с в полнодуплексном режиме. Данная модель является отличным выбором для улучшения производительности сетей офисов и рабочих групп.

– Гигабитный сетевой адаптер TG-3468 для скоростей 10/100/1000Мбит/с на шине PCIe - это высоинтегрированный и недорогой 32-битный Гигабитный адаптер на шине PCIe для сетей Ethernet с полным соответствием требованиям стандартов IEEE 802.3, IEEE 802.3u и IEEE 802.3ab.

– Высокопроизводительная коммутация 10/100/1000 Мбит/с Коммутаторы 3Com Baseline Switch 2808, 2816 и 2824 обеспечивают коммутацию гигабитных потоков с максимально возможной скоростью среды передачи данных и поддерживают скорость коммутации до 48 Гбит/с, что позволяет достичь высочайшего уровня сетевой производительности, которая требуется большинству приложений с большими потоками данных.

– TEG-PCITXR - это 32-х разрядный гигабитный адаптер для проводных сетей 1000Base-T, имеющий функции автоопределения скорости 10/100/1000 Мбит/с, возможность работы в режимах полудуплекса/дуплекса, функции определения типа носителя Auto-MDIX и обеспечивающий высокую пропускную способность. TEG-PCITXR имеет функции маркировки виртуальной ЛВС, служащие для эффективного использования пропускной способности. Обладая пропускной способностью 2000 Мбит/с, устройство TEG-PCITXR идеально подходит для использования в мощных серверах, мультимедийных, видео и игровых рабочих станциях.