10.1.2. Расчет по модели 2

Вторая модель, применяемая для оценки конфигурации Ethernet, основана на точном расчете временных характеристик выбранной конфигурации сети. Она иногда позволяет выйти за пределы жестких ограничений модели 1. Применение модели 2 совершенно необходимо в том случае, когда размер проектируемой сети близок к максимально допустимому.

В модели 2 используются две системы расчетов:

• первая система предполагает вычисление двойного (кругового) времени прохождения сигнала по сети и сравнение его с максимально допустимой величиной;
• вторая система проверяет допустимость величины получаемого межкадрового временного интервала, межпакетной щели (IPG - InterPacket Gap) в сети.

При этом вычисления в обеих системах расчетов ведутся для наихудшего случая, для пути максимальной длины, то есть для такого пути передаваемого по сети пакета, который требует для своего прохождения максимального времени. При первой системе расчетов выделяются три типа сегментов:

• начальный сегмент — это сегмент, соответствующий началу пути максимальной длины;
• конечный сегмент — это сегмент, расположенный в конце пути максимальной длины;
• промежуточный сегмент - это сегмент, входящий в путь максимальной длины, но не являющийся ни начальным, ни конечным.

Табл. 10.1. Величины задержек для расчета двойного времени прохождения сигнала (задержки даны в битовых интервалах)

Промежуточных сегментов в выбранном пути может быть несколько, а начальный и конечный сегменты при разных расчетах могут меняться местами друг с другом. Выделение трех типов сегментов позволяет автоматически учитывать задержки сигнала на всех концентраторах, входящих в путь максимальной длины, а также в приемопередающих узлах адаптеров.

Для расчетов используются величины задержек, представленные в таблице 10.1. Методика расчета сводится к следующему.

1. В сети выделяется путь максимальной длины. Все дальнейшие расчеты ведутся для него. Если этот путь не очевиден, то расчеты ведутся для всех возможных путей, и на основании этих расчетов выбирается путь максимальной длины.

2. Если длина сегмента, входящего в выбранный путь, не максимальна, то рассчитывается двойное (круговое) время прохождения в каждом сегменте выделенного пути по формуле: ts = LtL + to, где L — длина сегмента в метрах (при этом надо учитывать тип сегмента: начальный, промежуточный или конечный).

3. Если длина сегмента равна максимально допустимой, то из таблицы для него берется величина максимальной задержт ки t .

4. Суммарная величина задержек всех сегментов выделенного пути не должна превышать предельной величины 512 битовых интервалов (51,2 мкс).

5. Выполняются те же действия для обратного направления выбранного пути (то есть конечный сегмент считается начальным, и наоборот). Из-за разных задержек передающих и принимающих узлов концентраторов величины задержек в разных направлениях могут отличаться (правда, не слишком сильно).

6. Если задержки в обоих случаях не превышают величины 512 битовых интервалов, то сеть считается работоспособной.

Например, для конфигурации, показанной на рис. 10.1, путь наибольшей длины - это путь между двумя нижними по рисунку компьютерами. В данном случае это довольно очевидно. Этот путь включает в себя пять сегментов (слева направо): 10BASE2,10BASE5,10BASE-FL (два сегмента) и 10BASE-T.

Произведем расчет, считая начальным сегментом 10BASE2, а конечным -10BASE-T.

1. Начальный сегмент 10BASE2 имеет максимально допустимую длину (185 м), следовательно, для него берем из таблицы величину задержки 30,8.

2. Промежуточный сегмент 1 OBASE5 также имеет максимально допустимую длину (500 м), поэтому для него берем из таблицы величину задержки 89,8.

3. Оба промежуточных сегмента 10BASE-FL имеют длину 500 м, следовательно, задержка каждого из них будет вычисляться по формуле:

500 • 0,100 + 33,5 = 83,5.

1. Конечный сегмент 10BASE-T имеет максимально допустимую длину (100 м), поэтому из таблицы берем для него величину задержки 176,3.

2. В путь наибольшей длины входят также шесть АШ-кабе-лей: два из них (в сегменте 10BASE5) показаны на рисунке, а четыре (в двух сегментах 10BASE-FL) не показаны, но в реальности вполне могут присутствовать. Будем считать, что суммарная длина всех этих кабелей равна 200 м, то есть четырем максимальным длинам. Тогда задержка на всех АШ-кабелях будет равна

4 • 5,1 = 20,4.

1. В результате суммарная задержка для всех пяти сегментов составит:

30,8 + 89,8 + 83,5 + 83,5 + 176,3 + 20,4 = 484,3,

что меньше, чем предельно допустимая величина 512, то есть сеть работоспособна.

произведем теперь расчет суммарной задержки для того же пути, но в )братном направлении. При этом начальным сегментом будет 10BASE-T, i конечным - 10BASE2. В конечной сумме изменятся только два слагаемых (промежуточные сегменты остаются промежуточными). Для началь-гого сегмента 10BASE-T максимальной длины задержка составит 26,6 >итовых интервалов, а для конечного сегмента 10BASE2 максимальной (лины задержка составит 188,5 битовых интервалов. Суммарная задер-кка будет равняться

26,6 + 83,5 + 83,5 + 89,8 + 188,5 + 20,4 = 492,3, то опять же меньше 512.

Работоспособность сети подтверждена.

Однако расчета двойного времени прохождения, в соответствии со стандартом, еще не достаточно, чтобы сделать окончательный вывод о работоспособности сети.

Второй расчет, применяемый в модели 2, проверяет соответствие стандарту величины межкадрового интервала (IPG). Эта величина изначально не должна быть меньше, чем 96 битовых интервалов (9,6 икс), то есть только через 9,6 мкс после освобождения сети абоненты могут начать свою передачу. Однако при прохождении пакетов (кадров) через репитеры и концентраторы межкадровый интервал может сокращаться, вследствие чего два пакета могут в конце концов восприниматься абонентами как один. Допустимое сокращение IPG определено стандартом в 49 битовых интервалов (4,9 мкс).

Табл. 10.2. Величины сокращения межкадрового интервала (IPG) для разных сегментов Ethernet

Для вычислений здесь так же, как и в предыдущем случае, используются понятия начального сегмента и промежуточного сегмента. Конечный сегмент не вносит вклада в сокращение межкадрового интервала, так как пакет доходит по нему до принимающего компьютера без прохождения репитеров и концентраторов.

Вычисления здесь очень простые. Для них используются данные табл. 10.2.

Для получения полной величины сокращения IPG надо просуммировать величины из таблицы для сегментов, входящих в путь максимальной длины, и сравнить сумму с предельной величиной 49 битовых интервалов. Если сумма меньше 49, мы можем сделать вывод о работоспособности сети. Для гарантии расчет производится в обоих направлениях выбранного пути.

Для примера обратимся все к той же конфигурации, показанной на рис. 10.1. Максимальный путь здесь — между двумя нижними по рисунку компьютерами. Берем в качестве начального сегмента 10BASE2. Для него сокращение межкадрового интервала равно 16. Далее следуют промежуточные сегменты: 10BASE5 (величина сокращения составит 11) и два сегмента 10BASE-FL (каждый из них внесет свой вклад по 8 битовых интервалов). В результате суммарное сокращение межкадрового интервала составит:

16 + 11+8 + 8 = 43,

что меньше предельной величины 49. Следовательно, данная конфигурация и по этому показателю будет работоспособна.

Вычисления для обратного направления по этому же пути дадут в данном случае тот же результат, так как начальный сегмент 10BASE-T даст ту же величину, что и начальный сегмент 10BASE2 (16 битовых интервалов), а все промежуточные сегменты опять же останутся промежуточными.

Попробуем теперь с помощью второй модели расчетов оценить, каков может быть максимальный размер сети Ethernet. Теоретически возможный размер сети составляет 6,5 км - в предположении, что вся сеть выполнена на одном сегменте. Однако в реальности это невозможно, ведь предельная длина сегмента не превышает 2 км (для 10BASE-FL). Поэтому присутствие репитеров или концентраторов в сети максимального размера обязательно, а они внесут свой вклад в задержку прохождения сигнала по сети.

Возьмем простейшую конфигурацию сети из двух сегментов 10BASE-FL, соединенных концентратором (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Сеть Ethernet максимально возможной длины

Из таблицы 10.1 видно, что при выборе максимальной длины обоих сегментов по 2000 метров (один из них будет начальным, а другой - конечным) суммарная двойная задержка распространения составит:

212,3 + 356,5 = 568,8,

сто значительно больше допустимой величины 512. То есть реальная длина :ети будет даже меньше, чем 4 км. Элементарный расчет показывает, что три двух одинаковых сегментах 10BASE-FL длина каждого из них не дол-

жна превышать 1716 м. Двойная задержка распространения при этом будет вычисляться так (табл. 10.1):

12,3 + 1716 • 0,1+ 156,5 + 1716 • 0,1 = 512.

И общая длина сети будет при этом составлять 3432 м, что значительно меньше теоретически возможной длины в 6500 м. Отметим, что сегменты в конфигурации на рис. 10.2 могут быть и разной длины, но их общая длина не должна превышать все тех же 3432 м. При этом стоит еще учитывать, что мы не включали в расчет задержки трансиверных кабелей. Если используются внешние трансиверы, то необходимо еще уменьшить длину оптоволоконных кабелей.

Попробуем теперь оценить максимально возможный размер сети при использовании только электрического кабеля, например, наиболее популярной сейчас витой пары.

Допустим, мы имеем конфигурацию из пяти сегментов 10BASE-T предельно допустимой длины (100 м), соединенных между собой четырьмя концентраторами. Задержка начального сегмента составит (из табл. 10.1) 26,6 битовых интервалов. Задержка конечного сегмента будет равна 176,3 битовых интервалов. Задержка трех промежуточных сегментов будет 53,3 битовых интервала на каждый сегмент. Итого суммарная задержка равняется:

26,6 + 176,3 + 3 • 53,3 = 362,8, что меньше предельной величины 512.

Мы можем добавить еще два промежуточных 100-метровых сегмента, которые дадут еще 106,6, увеличив количество сегментов до 7, а количество концентраторов до 6. И еще останется запас в 42,6 битовых интервалов. Всего получаем, что сегментов может быть даже 8 при семи концентраторах, а общая длина всех кабелей может достигать 705,3 м. Это значительно превышает ограничения модели 1.

Но подсчитаем, какая величина сокращения межкадрового интервала получается при такой конфигурации. Один начальный сегмент даст 16 битовых интервалов (см. табл. 10.2). Шесть промежуточных сегментов дадут 77 битовых интервалов. В сумме получится 93 битовых интервала, что значительно превышает разрешенные 49 битовых интервалов. Поэтому в данном случае предельная длина сети будет ограничена пятью сегментами, которые сократят межкадровый интервал на величину 16+11 • 3 = 49 битовых интервалов.

В результате сеть максимального размера на витой паре будет состоять из пяти сегментов по 100 м (рис. 10.3), что совпадает с требованиями модели 1. Полная длина сети составит 500 м.

Рис. 10.3. Сеть Ethernet максимального размера на витой паре

Интересно, что пути максимальной длины для расчета круговой задержки и для расчета IPG могут быть различными. Вполне возможна ситуация, когда максимальную задержку прохождения дает один путь в сети, а максимальное сокращение IPG дает другой путь. Например, если один путь состоит из пяти коротких сегментов (электрических и оптоволоконных) и четырех концентраторов, а другой путь имеет всего два оптоволоконных сегмента, но зато с суммарной длиной, близкой к максимально возможной, то первый даст максимальное сокращение IPG, а второй — максимальную задержку прохождения сигнала.

Значит, в идеале необходимо рассчитывать как круговую задержку, так и сокращение IPG для каждого из возможных путей в данной топологии сети. А условие работоспособности сети будет состоять в том, что все задержки всех путей должны быть меньше 512 битовых интервалов, а все величины сокращения IPG для всех путей должны быть меньше 49 битовых интервалов. Правда, неоднозначность пути максимальной длины надо учитывать только в том случае, когда в сети присутствует больше четырех концентраторов, так как четыре концентратора (пять сегментов) в принципе не могут уменьшить APG больше, чем на 49 битовых интервалов при выборе любых возможных сегментов (см. табл. 10.2).

Таким образом, для оценки работоспособности той или иной конфигурации можно использовать обе модели (модель 1 и модель 2), хотя для сложных топологий и предельно длинных сегментов предпочтительнее вторая (числовая) модель, позволяющая количественно оценить временные характеристики сети. В случае же более простых топологий вполне достаточно проверить выполнение элементарных правил первой модели, что не требует никаких расчетов.