Причини логічної структуризації локальних мереж Обмеження мережі, побудованої на загальному поділюваному середовищі

При побудові невеликих мереж, що складаються з 10-30 вузлів, використання стандартних технологій на поділюваних середовищах передачі даних приводить до економічних і ефективних рішень. Поява високошвидкісних технологій зі швидкостями обміну 100 і 1000 Мбіт/с вирішує проблему якості транспортного обслуговування таких мереж.

Ефективність поділюваного середовища для невеликої мережі проявляється в першу чергу в наступних властивостях:

• простота топології мережі, що допускає легке нарощування числа вузлів (у невеликих межах);

• відсутність втрат кадрів через переповнення буферів комунікаційних пристроїв, тому що новий кадр не передається в мережу, поки не прийнятий попередній — сама логіка поділу середовища регулює потік кадрів і припиняє станції, що занадто часто генерують кадри, змушуючи їх чекати доступу;

• простота протоколів, що забезпечила низьку вартість мережних адаптерів, повторювачів і концентраторів.

Однак справедливим є й інше твердження — великі мережі, що нараховують сотні й тисячі вузлів, не можуть бути побудовані на основі одного поділюваного середовища навіть такої швидкісної технології, як Gіgabіt Ethernet. І не тільки тому, що практично всі технології обмежують кількість вузлів у поділюваному середовищі: всі види сімейства Ethernet — 1024 вузлами, Token Rіng — 260 вузлами, a FDDІ — 500 вузлами. Навіть мережа середніх розмірів з 50-100 комп'ютерів, яка відповідає дозволеному максимум кількості вузлів, найчастіше буде погано працювати на одному поділюваному середовищі.

Основні недоліки мережі на одному поділюваному середовищі починають проявлятися при перевищенні деякого порога кількості вузлів, підключених до поділюваного середовища, і полягають у наступному. Навіть та частка пропускної здатності поділюваного сегмента, що повинна в середньому діставатися одному вузлу (тобто , наприклад, 10/N Мбіт/с для сегмента Ethernet з N комп'ютерами), дуже часто вузлу не дістається. Причина полягає у випадковому характері методу доступу до середовища, використовуваному у всіх технологіях локальних мереж. Найбільш важкі умови для вузлів мережі створює метод доступу CSMA/CD технології Ethernet, але й в інших технологіях, таких як Token Rіng або FDDІ, де метод доступу носить менш випадковий характер і навіть часто називається детермінованим, випадковий фактор доступу до середовища всеодно присутній і робить свій негативний вплив на пропускну здатність, що дістається окремому вузлу.

На рис.8.1 показана залежність затримок доступу до середовища передачі даних у мережах Ethernet, Token Rіng і FDDІ від коефіцієнта використання мережі р, що також часто називають коефіцієнтом навантаження мережі. Нагадаємо, що коефіцієнт використання мережі дорівнює відношенню трафіка, що повинна передати мережа, до її максимальної пропускної здатності. Для мережі Ethernet максимальна пропускна здатність дорівнює 10 Мбіт/с, а трафік, що вона повинна передати, дорівнює сумі трафіків, що генерирується кожним вузлом мережі.

Рис.8.1. Затримки доступу до середовища передачі даних для технологій Ethernet, Token Rіng і FDDІ

Як видно з малюнка, всім технологіям властивий експонентний ріст величини затримок доступу при збільшенні коефіцієнта використання мережі, відрізняється тільки поріг, при якому наступає різкий перелом у поводженні мережі, коли майже прямолінійна залежність переходить у круту експоненту. Для всього сімейства технологій Ethernet це 40-50 %, для технології Token Rіng — 60 %, а технології FDDІ — 70%.

Кількість вузлів, при яких коефіцієнт використання мережі починає наближатися до небезпечної границі, залежить від типу функціонуючих у вузлах додатків. Якщо раніше для мереж Ethernet уважалося, що 30 вузлів — це цілком прийнятне число для одного поділюваного сегмента, то сьогодні для мультимедійних додатків, що перекачують великі файли даних, цю цифру потрібно уточнювати за допомогою імітаційних експериментів.

Вплив затримок і колізій на пропускну здатність мережі Ethernet добре відображає графік, представлений на рис.8.2.

Рис.8.2. Залежність із пропускної здатності мережі Ethernet від коефіцієнта використання

При завантаженні мережі до 50 % технологія Ethernet на поділюваному сегменті добре справляється з передачею трафіка, однак при підвищенні інтенсивності трафіка мережа усе більше часу починає проводити неефективно, повторно передаючи кадри, які викликали колізію. При зростанні інтенсивності трафіка до такої величини, коли коефіцієнт використання мережі наближається до 1, ймовірність зіткнення кадрів настільки збільшується, що практично будь-який кадр, що яка-небудь станція намагається передати, зіштовхується з іншими кадрами, викликаючи колізію. Мережа перестає передавати корисну користувальницьку інформацію й працює "на себе", обробляючи колізії.

Тому не рекомендується, щоб середнє значення коефіцієнта використання сегментів Ethernet перевершувало 30 %.

У результаті навіть мережу середніх розмірів важко побудувати на одному поділюваному сегменті так, щоб вона працювала ефективно при зміні інтенсивності трафіка. Крім того, при використанні поділюваного середовища проектувальник мережі зіштовхується із суворими обмеженнями максимальної довжини мережі, які для всіх технологій лежать у межах декількох кілометрів, і тільки технологія FDDІ дозволяє будувати локальні мережі, довжина яких виміряється десятками кілометрів.