Повторители и концентраторылокальных сетей реализуют базовыетехнологии, разработанные дляразделяемых сред передачи данных.Классическим представителем такойтехнологии является технологияEthernet на коаксиальном кабеле. Втакой сети все компьютерыразделяют во времени единственныйканал связи, образованныйсегментом коаксиального кабеля(рисунок 2.1).
Рис. 2.1. Разделяемый каналпередачи данных в сети Ethernet
При передаче каким-нибудькомпьютером кадра данных всеостальные компьютеры принимают егопо общему коаксиальному кабелю,находясь с передатчиком впостоянном побитном синхронизме.На время передачи этого кадраникакие другие обмены информации всети не разрешаются. Способ доступак общему кабелю управляетсянесложным распределенныммеханизмом арбитража - каждыйкомпьютер имеет право начатьпередачу кадра, если на кабелеотсутствуют информационныесигналы, а при одновременнойпередаче кадров несколькимикомпьютерами схемы приемниковумеют распознавать и обрабатыватьэту ситуацию, называемую коллизией.Обработка коллизии также несложна -все передающие узлы прекращаютвыставлять биты своих кадров накабель и повторяют попыткупередачи кадра через случайныйпромежуток времени.
Работа всех узлов сети Ethernet врежиме большой распределеннойэлектронной схемы с общим тактовымгенератором приводит к несколькимограничениям, накладываемым насеть. Основными ограничениямиявляются:
Рис. 2.2. Максимальныйдиаметр сети Ethernet на витой паре
Существуют также и другиепричины, кроме наличия указанных встандартах ограничений, по которымчисло узлов в сети Ethernet обычно непревосходит нескольких десятков.Эти причины лежат в самом принциперазделения во времени одногоканала передачи данных между всемиузлами сети. При подключении ктакому каналу каждый узелпользуется его пропускнойспособностью - 10 Мб/с - в течениетолько некоторой доли общеговремени работы сети.Соответственно, на узел приходитсяэта же доля пропускной способностиканала. Даже если упрощенносчитать, что все узлы получаютравные доли времени работы канала инепроизводительные потери времениотсутствуют, то при наличии в сети Nузлов на один узел приходитсятолько 10/N Мб/с пропускнойспособности. Очевидно, что прибольших значениях N пропускнаяспособность, выделяемая каждомуузлу, оказывается настолько малойвеличиной, что нормальная работаприложений и пользователейстановится невозможной - задержкидоступа к сетевым ресурсампревышают тайм-ауты приложений, апользователи просто отказываютсятак долго ждать отклика сети.
Случайный характер алгоритмадоступа к среде передачи данных,принятый в технологии Ethernet,усугубляет ситуацию. Если запросына доступ к среде генерируютсяузлами в случайные моменты времени,то при большой их интенсивностивероятность возникновенияколлизий также возрастает иприводит к неэффективномуиспользованию канала: времяобнаружения коллизии и время ееобработки составляютнепроизводительные затраты. Долявремени, в течение которого каналпредоставляется в распоряжениеконкретному узлу, становится ещеменьше.
На рисунке 2.3 показаназависимость задержек доступа ксреде передачи данных в сети Ethernetот количества узлов сети.Экспоненциальный рост задержек приувеличении числа узлов оченьхарактерен как для технологии Ethernet,так и для других технологийлокальных сетей, основанных наразделении каналов во времени - TokenRing, FDDI, 100VG-AnyLAN.
Рис. 2.3. Зависимостьзадержек доступа к среде передачиданных
сети Ethernet от числа узлов сети
До недавнего времени в локальныхсетях редко использовалисьмультимедийные приложения,перекачивающие большие файлыданных, нередко состоящие изнескольких десятков мегабайт.Приложения же, работающие салфавитно-цифровой информацией, несоздавали значительного трафика.Поэтому долгое время для сегментовEthernet было действительнымэмпирическое правило - вразделяемом сегменте не должнобыть больше 30 узлов. Теперьситуация изменилась и нередко 3-4компьютера полностью загружаютсегмент Ethernet с его максимальнойпропускной способностью в 10 Мб/сили же 14880 кадров в секунду.
Более универсальным критериемзагруженности сегмента Ethernet посравнению с общим количествомузлов является суммарная нагрузкана сегмент, создаваемая его узлами.Если каждый узел генерирует всреднем mi кадров в секундудля передачи по сети, то средняясуммарная нагрузка на сеть будетсоставлять Si miкадров в секунду. Известно, чтопри отсутствии коллизий, то естьпри самом благоприятном разбросезапросов на передачу кадров вовремени, сегмент Ethernet можетпередать не больше 14880 кадров всекунду (для самых коротких постандарту кадров в 64 байта).Поэтому, если принять эту величинуза единицу, то отношение Simi/14880 будет характеризоватьстепень использования канала,называемый также коэффициентомзагрузки.
Зависимость времени ожиданиядоступа к сети от коэффициентазагрузки гораздо меньше зависит отинтенсивности трафика каждогоузла, поэтому эту величину удобноиспользовать для оценки пропускнойспособности сети, состоящей изпроизвольного числа узлов.Имитационное моделирование сетиEthernet и исследование ее работы спомощью анализаторов протоколовпоказали, что при коэффициентезагрузки в районе 0.3 - 0.5 начинаетсябыстрый рост числа коллизий исоответственно времени ожиданиядоступа. Поэтому во многих системахуправления сетями пороговаяграница для индикаторакоэффициента загрузки по умолчаниюустанавливается на величину 0.3.
Ограничения, связанные свозникающими коллизиями и большимвременем ожидания доступа призначительной загрузкеразделяемого сегмента, чаще всегооказываются более серьезными, чемограничение на максимальноеколичество узлов, определенное встандарте из соображенийустойчивой передачи электрическихсигналов в кабелях.
Технология Ethernet была выбрана вкачестве примера при демонстрацииограничений, присущих технологиямлокальных сетей, так как в этойтехнологии ограниченияпроявляются наиболее ярко, а ихпричины достаточно очевидны.Однако подобные ограниченияприсущи и всем остальнымтехнологиям локальных сетей, таккак они опираются на использованиесреды передачи данных как одногоразделяемого ресурса. Кольца Token Ringи FDDI также могут использоватьсяузлами сети только в режимеразделяемого ресурса. Отличие отканала Ethernet здесь состоит только втом, что маркерный метод доступаопределяет детерминированнуюочередность предоставлениядоступа к кольцу, но по-прежнему припредоставлении доступа одного узлак кольцу все остальные узлы немогут передавать свои кадры идолжны ждать, пока владеющий правомдоступа узел не завершит своюпередачу.
Как и в технологии Ethernet, втехнологиях Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и100VG-AnyLAN также определенымаксимальные длины отдельныхфизических сегментов кабеля иограничения на максимальныйдиаметр сети и максимальноеколичество в ней узлов. Этиограничения несколько менеестеснительны, чем у технологииEthernet, но также могут быть серьезнымпрепятствием при создании крупнойсети.
Особенно же быстро можетпроявиться ограничение, связанноес коэффициентом загрузки общейсреды передачи данных. Хотя методмаркерного доступа, используемый втехнологиях Token Ring и FDDI, или методприоритетных требованийтехнологии 100VG-AnyLAN позволяютработать с более загруженнымисредами, все равно отличия этитолько количественные - резкий роствремени ожидания начинается втаких сетях при большихкоэффициентах загрузки, где-то врайоне 60% - 70%. Качественный характернарастания времени ожиданиядоступа и в этих технологиях тот же,и он не может быть принципиальноиным, когда общая среда передачиданных разделяется во временимежду компьютерами сети.
Общее ограничение локальныхсетей, построенных только сиспользованием повторителей иконцентраторов, состоит в том, чтообщая производительность такойсети всегда фиксирована и равнамаксимальной производительностииспользуемого протокола. И этупроизводительность можно повыситьтолько перейдя к другой технологии,что связано с дорогостоящейзаменой всего оборудования.
Рассмотренные ограниченияявляются платой за преимущества,которые дает использованиеразделяемых каналов в локальныхсетях. Эти преимуществасущественны, недаром технологиитакого типа существуют уже около 20лет.
К преимуществам нужно отнести впервую очередь:
Однако начавшийся процессвытеснения повторителей иконцентраторов коммутаторамиговорит о том, что приоритетыизменились, и за повышение общейпропускной способности сетипользователи готовы пойти наиздержки, связанные сприобретением коммутаторов вместоконцентраторов.
Предыдущаяглава | Оглавление| Следующая глава
