3.4 Аналіз обсягів службової інформації стеку протоколів ір систем

Для розрахунку обсягів технологічної інформації, яку формують об’єктиi-х рівнів (підрівнів) протокольної моделі OSI розглянемо формати заголовків пакетів, кадрів, комірок, контейнерів тощо зазначених вище сучасних транспортних технологій та протоколів.

Не залежно від швидкості передачі технології LAN Ethernet використовують практично однакові типи МАС (Media Access Control) та LLC (Logical Link Control) кадрів. Кадр підрівня МАС стандарту ІЕЕЕ 802.3 утримує 5 полів: адреса призначення DA (Destination Address) та адреса джерела SA (Source Address) по 6 байт; тип протоколу чи довжина даних T/L (2 байта); дані обсягом від 0 до =1500 байт; послідовність контролю кадруFCS (Frame Check Sequence) обсягом 4 байта. Якщо обсяг даних менше 46 байт, то за допомогою поля Padding обсяг поля даних доповнюється довільними бітами до 46 байт. За формулой (3.3) визначимо обсяг технологічної інформації МАС кадру Ethernet: де байт, абайт.

Для півдуплексного режиму в мережі GbE з максимальним діаметром 200 м обсяг мінімального МАС кадру = 64 байта доповнюється до 512 байт за рахунок заборонених символів коду 8В/10В у полі розширення (Extention). В цьому випадку обсяг керуючої та технологічної інформації МАС кадру даних технології GbE складатиметься з обсягів: де байт. ТехнологіяGbE підтримує монопольний пакетний режим (Burst Mode), який дозволяє агрегатну передачу МАС кадрів разом з заголовком фізичного рівня до межі 8192 байт. У режимі Burst Mode для коротких кадрів поле Extention може не застосовуватись.

На фізичному рівні LAN Ethernet формуються два поля заголовка: обмежувач початку кадру SFD (Start of Frame Delimiter) 1 байт та преамбула (Preamble) 7 байт. Між кадрами Ethernet при їх послідовній передачі дотримується певна технологічна часова пауза IPG (Inter Packet Gap), протяжність якої еквівалентна передачі 12 байт інформації. Обсяг заголовка фізичного рівня технології Ethernet разом з паузою IPG складає =20 байт. При інкапсуляції кадруEthernet в контейнер SDH заголовок фізичного рівня відкидається.

Кадр даних РРР розпочинається та закінчується обмежувальним прапором обсягом 1 байт. У межах кадру утримуються такі поля: адреса (1 байт), керування (1 байт), інформаційне поле (дані) змінного обсягу, послідовність контролю кадру FCS (2 або 4 байта). Поля прапорів, адреси та керування при передачі можуть опускатись, якщо є такадомовленість при конфігуруванні логічного каналу. Інформаційне поле в свою чергу розбивається на такі поля: ідентифікатор протоколу вищого рівня (1 або 2 байта), інформаційні дані та доповнення змінного обсягу. За замовчуванням = 1500 байт. Загальний обсяг технологічної інформації протоколу РРР:де байта,,байт, .

Датаграма протоколу UDP утримує 5 полів : ідентифікатори портів джерела SP (Source Port) та призначення DP (Destination Port) по 2 байта, поле довжини (Length) датаграми 2 байта, контрольної суми (Checksum) 2 байта, яка розраховується для псевдозаголовка та поле даних обсягом ,де– значення MTU протоколу мережного рівня. Обсяг заголовка UDP складатиме байт.

Сегмент протоколу ТСР та пакет протоколу ІРv.4 утримують поля: основного заголовка загальним обсягом 20 байт, розширеного заголовка до 40 байт, вирівнювання розширеного заголовка та дані змінного обсягу . Для протоколу ТСР, а для протоколу ІРv.4 байт. Практично обсяг даних протоколу ІРv.4 обмежується значенням MTU протоколу канального рівня, тобто . Заголовок протоколу ТСР чи ІРv.4 складатиметься з таких обсягів керуючої й технологічної інформації:де байт, байт,.

Пакет протоколу ІРv.6 утримує поля: основного заголовка загальним обсягом 40 байт, додаткові заголовки змінних чи фіксованих обсягів, наприклад фрагментації (64 біт), аутентифікації (variable, біт) тощо та дані змінного обсягу. Обсяг заголовка ІРv.6 складатиме , де байт, .

Результати аналізу обсягів технологічної (керуючої) інформації заголовків протоколів та значення обсягів даних для розглядуваних вище транспортних технологій зведено у табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Обсяги інформації протоколів транспортних технологій

№	Кадри, пакети, комірки технологій та протоколів	Рівні OSI	Обсяг заголовків , байт	Обсяг даних , байт	Примітки
1	Кадр MAC, Ethernet	1-2	38	0…1500	байт
2	Кадр PPP	2		var	, байт,
3	Пакет ІРv.4	3			байт,
4	Пакет ІРv.6	3
5	СегментTCP	4			байт,
6	Датаграма UDP	4	8

Важливим параметром системи OpS є її завантаженість технологічною інформацією. Завантаженість технологічною інформацією системи OpS пропорційна обсягу технологічної інформації в пакетах та продуктивності χ системи тобто

, (3.7)

Вважаючи, що продуктивність системи визначається за кількістю q пакетів переданих протягом проміжку часу τ (звичайно τ = 1 с), формула (3.7) матиме вигляд

(3.8)

Для порівняння стеків протоколів різних систем за інформаційною надлишковостю (ІН), введемо коефіцієнт відносного обсягу технологічної інформації стека протоколів k-ї системи OpS-k відносно j-ї системи OpS-j

, , (3.9)

де – кількість досліджуваних систем OpS.

Виконаємо дослідження обсягів технологічної інформації популярних технологічно-ієрархічних сполучень розглянутих вище комунікаційних протоколів систем.

За результатами розрахунку обсягів технологічної інформації виконаємо аналіз вкладу ІН i-го комунікаційного протоколу в пакет системи, а також порівняння ІН різних стеків комунікаційних протоколів відкритих систем OpS.

Виконаємо порівняльний аналіз стеків протоколів прикінцевих відкритих ІР систем за параметрами ІН. У прикінцевих ІР системах для надійної передачі даних мережні додатки застосовують протокол ТСР. Додатки, які не потребують сервісу надійної передачі даних використовують датаграмний протокол UDP. Результати розрахунків параметрів ,,для стеків протоколів прикінцевих ІР систем подано в табл. 3.2 та табл. 3.3. Параметр розраховано при продуктивності цих систем χ=пак/с.

Таблиця 3.2 – Параметри ІН протоколів прикінцевих систем з транспортним сервісом ТСР

Стек протоколів	, байт	, байт		,Мбіт/с	Примітки
ТСРoІРоFE	78/98	1460/1440	1,733/1,508	6,24/7,84
ТСРoІРоLLC2oFE	82/102	1456/1436	1,822/1,569	6,56/8,16
ТСРoІРоPPP	48/68	65495/65515	1,067/1,046	3,84/5,44
ТСРoІРоFR	46/66	4056/4036	1,022/1,015	3,68/5,28
ТСРoІРоATM	45/65	8/q2	1,0/1,0	3,60/5,20

Таблиця 3.3 – Параметри ІН протоколів прикінцевих систем з транспортним сервісом UDP

Стек протоколів	, байт	, байт		,Мбіт/с	Примітки
UDPoІРоFE	66/86	1472/1452	2,0/1,623	5,28/6,88
UDPoІРоLLC2oFE	70/90	1468/1448	2,121/1,698	5,60/7,20
UDPoІРоPPP	36/56	65507/65527	1,091/1,057	2,88/4,48
UDPoІРоFR	34/54	4068/4048	1,030/1,038	2,72/4,32
UDPoІРоATM	33/53	20/0	1,0/1,0	2,64/4,24

Із розглядуваних стеків протоколів прикінцевих систем найбільшу ІН мають стеки з протоколом ТСР та технологією LLC2 та FE, а найменшу – з протоколом UDP та технологією ATM.

Отримані результати моделювання процедур інкапсуляції даних та аналізу інформаційної надлишковості стеків розповсюджених протоколів систем дають можливість у подальшому при розробці та проектуванні мереж з комутацією пакетів приймати зважені рішення щодо: вибору та підвищення ефективності мережних канальних технологій і стеків протоколів систем, застосування при передачі оптимальних обсягів пакетів з даними тощо.