Глава 3. Производительность протоколов канального уровня

Пропускная способность протокола.

Каждый протокол имеет свои особенности, предпочтительные области применения и настраиваемые параметры, что и дает возможность за счет выбора и настройки протокола влиять на производительность и надежность сети. Настройка протокола может включать в себя изменение таких параметров как:

• максимально допустимый размер кадра,
• величины тайм-аутов (в том числе время жизни пакета),
• для протоколов, работающих с установлением соединений - размер окна неподтвержденных пакетов, а также некоторых других.

Существуют номинальная и эффективная пропускные способности протокола.

Под номинальной пропускной способностью обычно понимается битовая скорость передачи данных, поддерживаемая на интервале передачи одного пакета.

Эффективная пропускная способность протокола - это средняя скорость передачи пользовательских данных, то есть данных, содержащихся в поле данных каждого пакета.

В общем случае эффективная пропускная способность протокола будет ниже номинальной из-за наличия в пакете служебной информации, а также из-за технологических пауз между передачей отдельных пакетов.

Отношение реальной пропускной способности сегмента, канала или устройства к его эффективной пропускной способности называется коэффициентом использования (utilization) сегмента, канала или устройства соответственно.

Эффективная пропускная способность существенно отличается от номинальной пропускной способности протокола, что говорит о необходимости ориентации именно на эффективную пропускную способность при выборе типа протокола для того или иного сегмента сети

Пропускная способность протокола часто измеряется и в количестве кадров, передаваемых в секунду. Понятно, что при измерении пропускной способности в кадрах в секунду, нет смысла разграничивать номинальную и эффективную пропускную способности.

Время доступа к среде

Важным показателем производительности является время доступа к среде. Оно определяется как логикой самого протокола, так и степенью загруженности сети. Время доступа к среде складывается из номинального времени доступа и времени ожидания доступа. Номинальное время доступа определяется как время доступа к незагруженной среде, когда узел не конкурирует с другими узлами. Номинальное время доступа всегда будет меньше в той среде, где отсутствует ожидание прихода маркер доступа.

Другая составляющая времени доступа к среде - время ожидания - зависит от задержек, возникающих из-за разделения передающей среды между несколькими одновременно работающими станциями. Время ожидания зависит как от алгоритма доступа, так и от степени загруженности среды, причем зависимость времени ожидания от степени загрузки (коэффициента использования) сети для большинства протоколов носит экспоненциальный характер.

а рисунке 2.3 помещены графики зависимости среднего времени ожидания доступа к среде для протоколов Ethernet и TokenRing от коэффициента использования сети. Графики показывают, что при близком общем характере зависимости резкое возрастание времени ожидания наступает в сетях Ethernet гораздо раньше, чем в сетях TokenRing.

Размеры кадра и пакета

Размер пакета может существенным образом повлиять на эффективную пропускную способность протокола, а значит и на производительность сети. Чем больше размер пакета, тем меньше размер передаваемой служебной информации, а значит выше скорость передачи данных.

Протоколы верхних уровней, начиная с сетевого, инкапсулируют свои пакеты в кадры протоколов канального уровня, поэтому ограничения, существующие на канальном уровне, являются общими ограничениями максимального размера пакета для протоколов всех уровней.

Необходимо отметить, что повышение размера кадра увеличивает пропускную способность сети только в том случае, когда данные в сети редко искажаются или теряются, то есть при устойчивой, надежной работе сети. В противном случае увеличение размера пакета может привести не к увеличению, а к снижению пропускной способности, так как сеть будет повторно передавать большие порции информации. Для каждого уровня искажений данных можно подобрать рациональный размер пакета, для которого пропускная способность сети будет максимальной.

Максимальный размер пакета только создает предпосылки для повышения пропускной способности, так как в конечном счете от приложений зависит, будет ли использована данная максимальная величина поля данных или нет. Если, например, приложение ведет работы с базой данных и пересылает на сервер SQL-запросы, получая в ответ по одной короткой записи, то максимальный размер поля данных в 4 или 16 Кбайт никак не поможет повысить пропускную способность сети. При обращении же приложения к файловому серверу для пересылки мультимедийного файла размером в несколько мегабайт наличие возможности пересылать файл частями по 16К безусловно повысит пропускную способность сети по сравнению с вариантом пересылки файла частями по 1500 байт.

Работа с пакетами больших размеров повышает производительность сети не только за счет уменьшения накладных расходов на служебную информацию заголовка. При использовании больших пакетов повышается производительность коммуникационного оборудования, работающего с кадрами и пакетами, то есть мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. Это происходит из за того, что при передаче одного и того же объема информации число используемых больших пакетов существенно меньше, чем число маленьких, а так как коммуникационное оборудование тратит определенное время на обработку каждого пакета, то и временные потери продвижения пакетов мостами, коммутаторами и маршрутизаторами при использовании больших пакетов будут меньше.