Продуктивність.

Кількість кадрів, що обробляються Ethernet у секунду часто вказується виробниками мостів/комутаторів і маршрутизаторів як основна характеристика продуктивності цих пристроїв. У свою чергу, цікаво знати чисту максимальну пропускну здатність сегмента Ethernet в кадрах в секунду в ідеальному випадку, коли в мережі немає колізій і немає додаткових затримок, які утворюються мостами і маршрутизаторами. Такий показник допомагає оцінити вимоги до продуктивності комунікаційних пристроїв, так як в кожен порт пристрою не може надходити більше кадрів в одиницю часу, ніж дозволяє це зробити відповідний протокол.

Для комунікаційного устаткування найбільш важким режимом є обробка кадрів мінімальної довжини. Це пояснюється тим, що на обробку кожного кадру міст, комутатор чи маршрутизатор витрачає приблизно однаковий час, що зв’язаний з переглядом таблиці просування пакета, формуванням нового кадру (для маршрутизатора) і т.д. А кількість кадрів мінімальної довжини, що надходять на пристрій в одиницю часу, природно більше, ніж кадрів будь-якої іншої довжини. Інша характеристика продуктивності комунікаційного устаткування – біт у секунду – використовується рідше, тому що вона не говорить про те, якого розміру кадри при цьому обробляв пристрій, а на кадрах максимального розміру досягти високої продуктивності, яка вимірюється в бітах у секунду набагато легше.

Використовуючи параметри, приведені в табл. 7.1, розрахуємо максимальну продуктивність сегмента Ethernet у таких одиницях, як число переданих кадрів (пакетів) мінімальної довжини в секунду.

Таблиця 7.1. Параметри рівня МАС Ethernet

ПРИМІТКА: При вказані пропускної здатності мереж терміни кадр і пакет використовуються як синоніми. Відповідно, аналогічними є і одиниці виміру продуктивності frames-per-second, fps і packets-per-second, pps.

Для розрахунку максимальної кількості кадрів мінімальної довжини, що проходять по сегменту Ethernet, відмітимо, що розмір кадру мінімальної довжини разом із преамбулою складає 72 чи байт 576 біт (рис. 7.1), тому на його передачу затрачається 57,5 мкс. Якщо добавити міжкадровий інтервал у 9,6 мкс, одержуємо, що період проходження кадрів мінімальної довжини складає 67,1 мкс. Звідси максимально можлива пропускна здатність сегмента Ethernet складає 14 880 кадр/с.

Рис. 7.1. Розрахунок пропускної здатності протоколу Ethernet

Природно, що наявність у сегменті декількох вузлів знижує цю величину за рахунок очікування доступу до середовища, а також за рахунок колізій, що приводять до необхідності повторної передачі кадрів.

Кадри максимальної довжини технології Ethernet мають поле довжиною 1500 байт, що разом із службовою інформацією – 1518 байт, а з преамбулою складає 1526 байт чи 12 208 біт. Максимально можлива пропускна здатність сегмента Ethernet для кадрів максимальної довжини складає 813 кадр/с. Очевидно, що при роботі з великими кадрами навантаження на мости, комутатори і маршрутизатори досить відчутно знижується.

Тепер розрахуємо, якою максимальною корисною пропускною здатністю біт у секунду володіють сегменти Ethernet при використанні кадрів різного розміру.

Під корисною пропускною здатністю протоколу розуміється швидкість передачі користувальницьких даних, які переносяться полем даних кадру. Ця пропускна здатність завжди менше номінальної бітової швидкості протоколу Ethernet за рахунок декількох факторів:

службової інформації кадру;

міжкадрових інтервалів (IPG);

очікування доступу до середовища.

Для кадрів мінімальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює:

Сп =14880 х 46 х 8=5,48 Мбіт/с.

Це набагато менше 10 Мбіт/с, але необхідно врахувати, що кадри мінімальної довжини використовуються в основному для передачі квитанцій, так що до передачі власне даних файлів ця швидкість відношення не має. Для кадрів максимальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює:

Сп = 813 х 1500 х 8 = 9,76 Мбіт/с,

що дуже близько до номінальної швидкості протоколу.

Ще раз підкреслимо, що такої швидкості можна досягти тільки в тому випадку, коли двом взаємодіючим вузлам у мережі Ethernet інші вузли не заважають, що буває вкрай рідко.

При використанні кадрів середнього розміру з полем даних у 512 байт пропускна здатність мережі складе 9,29 Мбіт/с, що теж досить близько до граничної пропускної здатності в 10 Мбіт/с.

ПРИМІТКА: Відношення поточної пропускної здатності мережі до її максимальної пропускної здатності називається коефіцієнтом використання мережі (network utilization). При цьому при визначенні поточної пропускної здатності приймається до уваги передача по мережі будь-якої інформації, як користувальницької, так і службової. Коефіцієнт є важливим показником для технологій поділюваних середовищ, тому що при випадковому характері методу доступу високе значення коефіцієнта використання часто говорить про низьку корисну пропускну здатність мережі (тобто швидкості передачі користувальницьких даних) – занадто багато часу вузли витрачають на процедуру одержання доступу і повторні передачі кадрів після колізій.

При відсутності колізій і очікування доступу коефіцієнт використання мережі залежить від розміру поля даних кадру і має максимальне значення 0,976 при передачі кадрів максимальної довжини. Очевидно, що в реальній мережі Ethernet середнє значення коефіцієнта використання мережі може значно відрізнятися від цієї величини.