BC/NW 2007, №2, (11) :5.1
АНАЛИЗ СЕТЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОТОКОЛА CSMA/CD
Л. И. Абросимов А.Н.
Мухин
(Москва, Московский
энергетический институт (ТУ), Россия)
В сетях передачи данных корпоративных вычислительных сетей (КВС) России
широкое распространение получил протокол CSMA/CD,
который обладает хорошими оценками по критерию стои-мость/быстродействие. В
связи с тем, что пользователи в своей практической работе используют аудио- и
видеотрафик, повышаются требования к качеству каналов передачи данных. Поэтому
возникает необходимость в количественной оценке фактической пропускной
способности каналов, использующих протокол CSMA/CD.
К
паспортным характеристикам канала относится скорость передачи данных,
измеряемая в битах/секунду, которая определяется конструктивными параметрами.
Однако, протокол CSMA/CD вносит свои существенные коррективы из-за
необходимости повторной передачи кадров при коллизии кадров, которая
количественно оценивается вероятностью столкновений и зависит от большого
количества параметров, определяющих функционирующую КВС.
Задача исследования может быть сформулирована следующим образом.
Требуется определить зависимость вероятности столкновений кадров от
интенсивности поступления кадров и от их длины.
Решение поставленной задачи осуществляется экспериментально и
предусматривает выполнение следующих этапов:
1) Создание экспериментального стенда, оснащенного необходимыми
аппаратными и программными средствами, позволяющими фиксировать базовые
параметры.
2) Разработка средства преобразования базовых параметров в иследуемые
характеристики.
3) Разработка плана эксперимента.
4) Обработка экспериментальных данных и анализ результатов.
Экспериментальный стенд, представленный на рис.1, состоит из 4 PC-совместимых машин : PC1 (PentiumI, MMX
200 MHz. ОЗУ 160 Мбайт; сетевая карта Intel 21041; CDROM; OC - Windows 2003
Server, SUSE Linux 10.0); PC2 (Pentium II, 233 MHz, ОЗУ 288 Мбайт, сетевая
карта Intel 21041, CDROM, ОС Windows 2000); PC3 (Pentium II, 233 MHz, ОЗУ 288
Мбайт, сетевая карта Realtek 8139, CDROM, ОС LinuxRedHat 8.0); Измерителя
(Pentium IV, 1,8 GHz, ОЗУ 788 Мбайт,сетевая карта Realtek 8139, CDROM, ОС -
Windows 2003 Server, LinuxRedHat 8.0), а также концентраторов: SURECOM
EtherPerfect 508T(HUB1) и PrimeDual. Логическая топология стенда – общая шина
со скоростью С передачи 10 Мб/с.
Комплекс программных средств включает в себя:
настраиваемый генератор трафика (tg); измеритель коллизий (локальный на
отдельном хосте 8139too и локальный на концентраторе HUB2 - stat6); программу
обработки статистики(ethereal).
Рисунок 1 –
Структурная схема эспериментального стенда
Для того, чтобы численно определить зависимость вероятности
возникновения коллизий от интенсивности поступления кадров и от их длины
необходимо вначале получить базовые параметры: длину L поля данных
кадра (Length); количество N
кадров; количество Nq
коллизий; время T передачи N кадров; Np –
количество абонентов.
Из них: длина L поля данных кадра и количество N
кадров являются задаваемыми величинами, количество Nq коллизий и время T передачи N кадров являются измеряемыми
величинами.
Вероятность P успешной
передачи N кадров от каждого абонента вычисляется по формуле: P=1
– Nq/(N*Np+Nq);
(1)
Эксперимент проводится поэтапно.
1) Станции PC1, PC2, PC3 с
запущенными на них программными генераторами сетевого трафика заполняют
среду передачи данных кадрами согласно определенной дисциплине подачи кадров в
сеть.
2) Станция-Измеритель
является слушателем среды и накапливает статистику по всем транзакциям, переданным
по сегменту.
3) Дисциплина подачи
кадров в сеть определяется серией эксперимента.
В серии 1
исследуется зависимость частоты
возникновения коллизий от длины поля данных кадра при дисциплине подачи кадров
в сеть, представленной на рисунке 2.
Рисунок 2 – Режим
подачи кадров в сеть для серии экспериментов 1
Период Т передачи кадра вычисляется по формуле:Т=t1+t2; (2)
где t1 – время передачи
кадра t1=(Length*8)/C ; t2 – время межкадрового интервала ( t2=9,6 мкс );
В серии 2 выявляется зависимость частоты возникновения коллизий от
интенсивности поступления заявок при постепенном насыщении сегмента по
дисциплине подачи кадров, представленной на рисунке 3.
Рисунок 3 – Режим
подачи кадров в сеть для серии экспериментов 2
Для режима 2 время Т может варьироваться при
неизменных значениях параметров t1 и t2. Величина интенсивности поступления
заявок λ =1/T.
В серии 3 исследуется зависимость частоты возникновения коллизий от длины
поля данных при постепенном насыщении сегмента. Дисциплина подачи кадров в сеть
аналогична представленной на рисунке 3.
Результаты
проведенной серии 1 экспериментов представлены в таблице 1. При таком режиме
подачи кадров величина загрузки сегмента будет близка к 1 в случае одной
станции – генератора сетевого трафика и больше 1, если генераторов несколько.
Таблица 1 –
Результаты серии 1 экспериментов
Результаты проведенной серии 2 экспериментов
представлены в таб-лице 2 для длины поля кадра равной 144 байтам. Изменение Т позволило
изменять интенсивность поступления кадров в сеть. Следует отметить, что в
данном эксперименте количество поступивших для передачи кадров не равно
количеству обслуженных, так как когда интенсивность входного трафика превышает
пропускную способность канала, неотправленные кадры хранятся в буфере.
В серии 3 экспериментов исследовалась зависимость
частоты возникновения коллизий от длины L поля
данных при постепенном насыщении сегмента. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 2 -
Результаты серии экспериментов 2. Длина поля данных равна 144 байт.
Таблица 3 –
Результаты серии 3 экспериментов.
Время передачи одного
кадра Т=1259мкс
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Предложенная методика позволила определить вероятности столкновений для канала
со скоростью передачи 10 Мб/с.
2.
Целесообразно исследовать влияние длины канала и количества пользователей на
вероятность столкновений.
3.
Перспективным может быть использование предложенного продхода при исследовании
характеристик беспроводных локальных сетей, построенные на основе протокола CSMA/CA.
Литература
1.
Мухин А.Н., Абросимов Л.И. Измерение характеристик протокола CSMA/CD.//
13-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»:тезисы
докладов. 1-2 марта 2007г. Т. 1. – М.:
Издательство МЭИ, 2007. С. 414 – 415.
2.
Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями.- М.:Мир.1979.
3.
Танненбаум Э. Компьютерные сети.- СПб.:Питер, 2002.