Jump to content

Ethernet-ის ალგორითმები


Recommended Posts

Ethernet/Fast Ethernet ქსელების ალგორითმები

როგორც უკვე აღინიშნა CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection – მრავაჯერადი წვდომა გადამტანის კონტროლით და კოლიზიების აღმოჩენით) მეთოდი მიეკუთვნება დეცენტრალიზებულ შემთხვევით მეთოდებს (უფრო სწორედ, კვაზი-შემთხვევით მეთოდებს). ის გამოიყენება, როგორც ჩვეულებრივ Ethernet ქსელში, ასევე მაღალსიჩქარიან ქსელებში (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

თვით მეთოდის სახელწოდებას აქვს შემდეგი ისტორია. ადრეულ ქსელში (Alohanet), რომელიც ფუნქციონირებდა 1970 წელს ჰავაის კუნძულებზე, გამოიყენებოდა რადიოარხი და მუშაობდა თანამგზავრზე რეტრანსლატორზე (აქედან წარმოიქმნა სიტყვა “გადამტანი” მის სახელწოდებაში). Gგარდა ამ მეთოდისა გამოიყენებოდა უფრო მარტივი მეთოდიც (კოლიზიების აღმოჩენის გარეშე). CSMA მეთოდი Ethernet და Fast Ethernet ქსელებში გადამტანის ფუნქციას ასრულებს სინქროსიგნალი, რომელიც ერევა გადასაცემ ინფორმაციას, რომელიც უზრუნველყოფს საიმედო სინქრონიზაციას მიმღების მხარეს, რომელიც ხორციელდება სიგნალის დამატებითი იძულებითი გადასვლების ხარჯზე ორ (როგორც მანჩესტერ – II-ის კოდში) ან სამ ელექტრულ დონეს შორის (როგორც Ethernet 100BaseT4-ის კოდის შემთხვევაში ოთხი არაეკრანირებული (UTP) ხვეული წყვილის ბაზაზე). Kკლასიკური ჩშMA მეთოდისგან განსხვავებით CSMA/ჩD მეთოდში დამატებულია გადაცემის მომენტში კოლიზიების აღმოჩენა, რაც ზრდის ინფორმაციის გადაცემის სიჩქარეს.

Ethernet და Fast Ethernet ქსელების დროითი დიაგრამები აღწერისას და აგრეთვე პაკეტების (კადრების) სიგრძეების შემთხვევაშიც გამოიყენება შემდეგი ტერმინები:

• IPG (interpacket gap, პაკეტთაშორისი ხვრელი) – მინიმალური დროის ინტერვალი გადასაცემ პაკეტებს (9,6მკს Ethernet-თვის / 0,96მკს Fast Ethernet-თვის) შორის. მეორე სახელწოდება – კადრთაშორისი ინტერვალი.

• ВТ (Bit time, ბიტის დრო) – დროის ინტერვალი ერთი ბიტის გადასაცემად (100ნწმ Ethernet-თვის / 10წმ Fast Ethernet-თვის).

• PDV (Path delay Value, გზაში დაყოვნების დრო)- სიგნალის გავლის დრო ქსელის ორ კვანძს შორის (წრიული ანუ გაორმაგებული). ითვალისწინებს ჯამურ დაყოვნებას საკაბელო სისტემაში, ქსელურ ადაპტერებში და სხვა ქსელურ მოწყობილობებში.

• Collision window (კოლიზიების ფანჯარა) – PDV-ს მაქსიმალური მნიშვნელობა მოცემული სეგმენტისათვის.

• Collision domain (კოლიზიების არე, კონფლიქტის ზონა) – ქსელის ნაწილი, სადაც ადგილი აქვს კოლიზიას

• Slot time (არხის დრო) – სეგმენტისთვის მაქსიმალური დასაშვები ფანჯარა (512• ВТ)

• Minimum frame size – კადრის მინიმალური სიდიდე (512 ბიტი).

• Maximum frame size – კადრის მაქსიმალური სიდიდე (1518 ბიტი).

• Maximum nework diameter – (ქსელის მაქსიმალური დიამეტრი) – სეგმენტის დასაშვები მაქსიმალური დიამეტრი, რომლის დროსაც კოლიზიების ფანჯარა არ აღემატებს slot time-ს, არხის დროს.

• truncated binary exponental back off (ორობითი შეკვეცილი ექსპონენციალური დაყოვნება) – დაყოვნება შემდგომი პაკეტის გადაცემის წინ კოლიზიების შემდგომ (მიღებულია 16 მცდელობა). გამოითვლება შემდეგი ფორმულის მიხედვით:

RAND(0,2(min(N,10)) x 512 x ВТ; ________ (min(N,10) ხარისხში უნდა ეწეროს)

სადაც N – მთვლელის მცდელობათა რიცხვი, RAND(a,B) ნორმალურად განაწილებული მთელი რიცხვების გენერატორი a…b დიაპაზონში უკანასკნელი ციფრის ჩათვლით. მოცემული პარამეტრი იცვლება დიაპაზონში – პაკეტის მინიმალური სიგრძე ან ქსელში სიგნალის გავრცელების მაქსიმალური დასაშვები ორმაგი დაყოვნება (PDV).

ქსელის წვდომის ალგორითმი

ნახ.5.1-ზე(იხილეთ მე-5 ლექციაში :P) ნაჩვენებია ქსელის წვდომის სტრუქტურული სქემა CSMA/CD-ის მეთოდის შესაბამისად, სადაც გადასაცემად გამოიყენება კადრები.

Kკადრის დასაწყისიდან, რომელიც დანიშნულია გადასაცემად, აბონენტი (კვანძი) აფორმირებს პაკეტს. შემდგომ ინფორმაციის ბლოკების აღნიშვნისას, რომლებიც გადაიცემა ქსელში CSMA/CD –ის ალგორითმის გამოყენებისას, ცნება “კადრი” და “პაკეტი” არ განსხვავდებიან რიგ შემთხვევებში. პრაკტიკაში ადგილი აქვს ასეთ შემთხვევებს.

თუ პაკეტის მომზადების შემდეგ ქსელი თავისუფალია, აბონენტს (კვანძს) უფლება აქვს დაიწყოს გადაცემა. მაგრამ პირველ რიგში მან უნდა შეამოწმოს გავიდა თუ არა მინიმალური დასაშვები IPG დრო წინა გადაცემის შემდეგ (ნახაზზე ბლოკი1). მხოლოდ IPG დროის დამთავრების შემდგომ აბონენტს შეუძლია გადასცეს თავისი პაკეტი. ბიტების გადაცემა (ბლოკი 2 ნახაზზე).

ყოველი ბიტის გადაცემის შემდეგ აბონენტი ამოწმებს კონფლიქტის (კოლიზიის) არსებობას ქსელში. თუ კოლიზია არ არის, ბიტების გადაცემა გრძელდება პაკეტის დამთავრებამდე (ბლოკი4 ნახაზზე). ამ შემთხვვვაში ითვლება, რომ გადაცემა წარმატებულად დამთავრდა.

თუ რომელიმე ბიტის გადაცემისას აღმოჩენილ იქნა კოლიზია, მაშინ გადაცემა წყდება. Aაბონენტი (კვანძი) აძლიერებს კოლიზიას 32-ბიტიანი სიგნალის საცობის (JAM) გადაცემით და იწყებს მზადებას შემდეგ მცდელობაზე გადასცეს (ბლოკი 3 ნახაზზე). სიგნალი საცობი გარანტიას იძლევა, რომ კოლიზიას აღმოაჩენენ სხვა აბონენტებიც, რომლებიც მონაწილეობენ კონფლიქტში.

სიგნალის საცობი გადაცემის შემდეგ, რომელმაც აღმოაჩინა კოლიზია, ზრდის მთვლელის მცდელობათა რიცხვს (გადაცემის დასაწყისში მთვლელი იმყოფებოდა ორ მდგომარეობაში). Mმცდელობათა მაქსიმალური რიცხვი არ უნდა აღემატებოდეს 16-ს, ამიტომ თუ მთვლელი გადაივსო, პაკეტის გადაცემის მცდელობა შეწყდება. Aამ შემთხვევაში ქსელი ძალიან გადატვირთულია, მასში კოლიზიების რიცხვი ძალიან დიდია. მოცემული სიტუაცია ავარიულია და მუშავდება უფრო მაღალ დონეებზე გაცვლის პროტოკოლების მეშვეობით.

თუ მცდელობათა რიცხვმა 16-ს არ გადააჭარბა, მაშინ გამოითვლება დაყოვნების დრო მოცემული ფორმულის მიხედვით, შემდგომ კი გამოთვლილი დროითი ინტერვალის გამძლეობა. Dდაყოვნების სიდიდის შემთხვევითობა ალბათომის მაღალი ხარისხით მიუთითებს იმაზე, რომ კონფლიქტში მონაწილე ყველა აბონენტს დაყოვნების სიდიდე ექნებათ სხვადასხვა. შემდგომ პაკეტის გადაცემის მცდელობა მეორდება თავიდან. ხოლო აბონენტი, რომლის გამოთვლილი დაყოვნების სიდიდე ნაკლებია, გადაცემას დაიწყებს პირველად და დაბლოკავს სხვა დანარჩენს.

თუ გადაცემის მოთხოვნის გამოჩენის მომენტში (პაკეტის მომზადების დამთავრების შემდგომ) ქსელი დაკავებულია მეორე აბონენტის მიერ, მაშინ მოცემული აბონენტი ელოდება ქსელის განთავისუფლებას (ბლოკი5 ნახაზზე). სელის განთავისუფლების შემდგომ ის უნდა ადელოდოს IPG დროს წინა გადაცემიდან საკუთარი გადაცემის დაწყებამდე. Eეს დაკავშირებულია კვანძის სწრაფქმედებით, რომელიც ამოწმებს გადამტანის არსებობას (გარემოს დაკავებულობას ამა თუ იმ გადამცემი აბონენტის მიერ).

მაშასადამე, CSMA/CD მეთოდი არ ახდენს კოლიზიების თავიდან აცილებას, არამედ პირიქით, გვთავაზობს და ახდენს მის პროვოცირებას, ხოლო შემდგომ აგვარებს. მაგ. თუ გადაცემაზე მოთხოვნები ერთდროულად წარმოიმშვა რამოდენიმე აბონენტის მიერ, ქსელის განთავისუფლების შემდგომ ყველა ეს აბონენტი ერთდოულად იწყებს გადაცემას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება კოლიზია. კოლიზიები წარმოიქმნება იმ შემთხვევაშიც, როცა ქსელი თავისუფალია, ხოლო Mმოთხოვნები გადაცემაზე რამოდენიმე აბონენტს წარმოექმნება ერთდროულად. სიტყვა “ერთდროულად” ნიშნავს სიგნალის ორმაგ გავლას ქსელში ინტერვალის ფარგლებში, ანუ 512-ბიტიან ინტერვალის ფარგლებში. ზუსტად 512-ბიტიანი ინტერვალის ფარგლებში ხდება კოლიზიების აღმოჩენა ქსელში.

თუ კოლიზიის აღმოჩენა მოხდება 480-ბიტიან ინტერვალამდე, მაშინ წარმოიმნება პაკეტები, რომელთა სიგრძე ნაკლები იქნება მინიმალურ დადგენილ საზღვარზე 512-ბიტიან ინტერვალების ფარგლებში (64 ბაიტი) სიგნალის “საცობი” დამატებითაც. ასეთ პაკეტებს (კადრებს) უწოდებენ კარლიკურს (runt frames). თუ კოლიზია წარმოიქმნა (480-ბიტიანი ინტერვალის შემდეგ), მაშინ პაკეტი შეიძლება იყოს დასაშვები სიგრძის (სიგნალ საცობთან ერთად). ასეთ პაკეტებს ვუწოდოთ კარლიკური არაკორექტული იქნება. სიგნალი საცობი, რომელიც წარმოქმნის პაკეტის 32 უკანასკნელ ბიტებს, შეიძლება გამოდგეს საკონტროლო ჯამად. თუმცა ალბათობა იმისა, რომ საცობი შეესაბამება პაკეტის სწორ საკონტროლო ჯამს, უსასრულოდ მცირეა ( დაახლოებით 1 შემთხვევა 4.2 მილიარდიდან).

კოლიზიები (პაკეტების გადაფართვა ერთმანეთით) აღმოჩენილ უნდა იქნას გადაცემის დასრულებამდე. ანალიზი ყოველი მიღებული პაკეტის ბოლოს FCS, ფაქტიურად დაბრკოლებებისადმი მდგრად ციკლურ კოდს CRC (Cyclic Redundancy Check) შეიცავს, გამოიწვევდა გადაცემის სიჩქარის მკვეთრად დაცემას.

პრაქტიკულად კოლიზიების აღმოჩენა ხდება გადამცემი აბონენტის მიერ ან ქსელის გამმეორებლების მიერ, რომელიც შესაძლებელია გაფუჭებული პაკეტის გადაცემის დამთავრებამდე. თუ გავითვალისწინებთ, რომ ქსელის სიგრძე ლოკალურ ქსელში Ethernet / Fast Ethernet შეიძლება იყოს დიაპაზონში 64-დან 1518 ბაიტამდე და თუგადაცემის ადრეული შეწყვეტა და ხაზის განთავისუფლება ნიშნავს ქსელის გამტარუნარიანობის ეფექტიანობის შესამჩნევად გაზრდას.

კოლიზიების პირველი ნიშანია სიგნალის საცობის წარმოქმნა გადამცემი აბონენტის მიერ პაკეტის გადაცემის დროს. სხვა ნიშნებია:

• პაკეტის სიგრძე 64 ბაიტზე (512 ბიტი) ნაკლებია;

• პაკეტი შეიცავს არასწორ საკონტროლო ჯამს FCS (უფრო სწორედ, არასწორ ციკლურ კოდს);

• პაკეტის სიგრძე არ არის 8-ის ჯერადი.

დაბოლოს, Ethernet ქსელში გამოიყენება კოდი მანჩესტერი-II და აპარატურული მეთოდი კოლიზიის განსასაზღვრავად, რომელიც ეფუძნება სიგნალის საშუალო მნიშვნელობის გადახრის ანალიზს 0-დან.

ძალიან დატვირთული ქსელის შემთხვევაშიც კი ერთი აბონენტისათვის თანმიმდევრული კოლიზიების რიცხვი 3-ს არ აღემატება. ეს აიხსნება გადაცემა მოთხოვნის წარმოშობის შემთხვევითი ხასითით და კოლიზიის შემთხვევაში შემდეგი გადაცემის მცდელობის გადადების დისკრეტული მნიშვნელობით. კოლიზიების რიცხვი მით მეტია, რაც მეტია სეგმენტის დიამეტრი და რაც უფრო შორს არიან განლაგებული აბონენტები ინტენსიური ტრაფიკით.

ქსელის წარმადობის შეფასება

ქსელის წარმადობის შეფასება წვდომის შემთხვევითი მეთოდის CSMA/CD შემთხვევაში ნათლად არ არის გამოსახული რამოდენიმე მახასითებლის არსებობის გამო. უპირველეს ყოვლისა, უნდა აღინიშნოს ერთმანეთთან დაკავშირებული სამი მათთაგანი, რომლებიც ახასიათებენ ქსელის წარმადობას იდეალურ შემთხვევაში – კოლიზიების არარსებობის დროს და პაკეტების უწყვეტი ნაკადის გადაცემისას დაყოფილს პაკეტთაშორისი ინტერვალით IPG. ცხადია, ასეთი რეჯიმის რეალიზება შესაძლებელია თუ ერთი აბონენტი აქტიურია და გადასცემს პაკეტებს მაქსიმალური სიჩქარით. გამტარუნარიანობის არა სრულიად გამოყენება გარდა IPG ინტერვალისა დაკავშირებულია Ethernet პაკეტში სამსახურებრივი ველების არსებობით (ნახ.5.2).

მაქსიმალური სიგრძის პაკეტი უფრო ჭარბია სამსახურებრივი ინფორმაციის წილთან შედარებით. ის შეიცავს 12304 ბიტს (IPG ინტერვალის ჩათვლით), მათგან 12000 სასარგებლო მონაცემებია.

ამიტომაც პაკეტების გადაცემის მაქსიმალური სიჩქარე (ანუ სიჩქარე კაბელში - wire speed) Fast Ethernet ქსელის შემთხვევაში შეადგენს

10(მე-8 ხარისხში) /წმ/ 12304 ბიტ ≈ 8127,44 პაკეტი/წმ.

გამტარუნარიანობა – სასარგებლო ინფრომაციის გადაცემის სიჩქარე მოცემულ შემთხვევაში ტოლია:

8127,44 პაკეტი/წმ ხ 1500 ბაიტი ≈ 12,2 მბ/წმ.

ქსელის გადაცემის ფიზიკური სიჩქარის გამოყენების ეფექტურობა Fast Ethernet –ის (100 მბიტ/წმ) შემთხვევაში შეადგენს

8127,44 პაკეტი/წმ ხ 12000 ბიტი/ 10(მე-8 ხარისხში) ბიტი/წმ ≈ 98%.

ინიმალური სიგრძის მქონე პაკეტის გადაცემისას კაბელში სიჩქარე არსებითად იზრდება. ამასთანავე გამტარუნარიანობა და ეფექტურობა შესამჩნევად (თითქმის 2-ჯერ) უარესდება სამსახურებრივი ინფორმაციის წილის გაზრდის გამო.

რეალური ქსელებისათვის, როგორიცაა კერძოდ Fast Ethernet დიდი რაოდენობი|თ აბონენტების შემთხვევაში გამტარუნარიანობა 12,2 მბაიტ/წმ ზოგიერთი აბონენტისთვის პიკია, ანუ იშვიათად რეალიზებადი მნიშვნელობაა. Yყველა აბონენტის ერთნაირი აქტივობისას საშუალო გამტარუნარიანობა თითოეულისთვის შეადგენს 12,2/N მბაიტ/წმ, მაგრამ სინამდვილეში შეიძლება ნაკლები იყოს კოლიზიების შემთხვევაში, ქსელური აპარატურის შეცდომების შემთხვევაში და დაბრკოლებებლის ზემოქმედების შედეგად (როცა ლოკალური ქსელი მუსაობს ისეთ პირობებში, როცა საკაბელო სისტემა განიცდის დიდი გარეგანი ელექტრომაგნიტური ველების ზემოქმედებას).

რეალური ქსელებისათვის წარმადობის ისეთი მაჩვენებელი, როგორიცაა ქსელის გამოყენების მაჩვენებელი (network utilization) უფრო ინფორმატიულია და ის შეადგენს ჯამური გამტარუნარიანობის წილს პროცენტებში. ის ითვალისწინებს კოლიზიებს და სხვა ფაქტორებსაც. არც სერვერს და არც არცერთი მუშა სადგურს არ გააჩნია საშუალებები ქსელის გამოყენების მაჩვენებლის განსასაზღვრავად, ამისათვის გამოიყენება აპარატურულ-პროგრამული საშუალებები, როგორიცაა ქსელის ანალიზატორები. მაგრამ ყოველთვის არ არის ხელმისაწვდომი მაღალის ღირებულების გამო.

ისეთი დატვირთული ქსელებისათვის, როგორიცაა Ethernet და Fast Ethernet, ქსელის გამოყენების მაჩვენებლის ყველაზე ოპტიმალური მნიშვნელობაა 30%. ეს მნიშვნელობა შეესაბამება ქსელის მუშაობას ხანგრძილივი გაჩერებების გარეშე და უზრუნველყოფს საკმაო მარაგს დატვირთვის პიკური გაზრდის შემთხვევაში. თუმცა ქსელის გამოყენების მაჩვენებელი თუ შედგენს 80...90%-ს და მეტს, ეს მიუთითებს რესურსების მთლიანად გამოყენებაზე, მაგრამ არ ტოვებს მარაგს შემდგომისთვის. ღეალური ქსელებისათვის, მაგ. Fast Ethernet-ის შემთხვევაში ეს არის ჰიპოტეტური სიტუაცია.

Nნახ.5.2.-ზე მოცემულია ქსელის გამოყენების მაჩვენებლის დამოკიდებულება დროზე იმ პირობით, რომ შემოთავაზებული დატვირთვა (offered load), ანუ მიმდინარე მოთხოვნა გამტარუნარიანობაზე, წრფივად იზრდება. თავიდან ქსელის გამოყენების მაჩვენებელი წრფივად იქრდება, ხოლო შემდგომ კონკურენცია გარემოს დაკავებაზე იწვევს კოლიზიებს. ამიტომ განხილული მაჩვენებელი აღწევს მაქსიმუმს (სრული დატვირთვის წერტილი გრაფიკზე). ხოლო შემოთავაზებული დათვირთვის შემდგომი გაზრდისას ქსელის გამოყენების მახასიათებელი იწყებს კლებას, განსაკუთრებით მკვეთრად გაჯერების წერტილის შემდგომ. Eეს ქსელის მუშაობის “ცუდი” არეა. ითვლება, რომ ქსელი კარგად მუშაობს, თუ შემოთავაზებული დატვირთვა და ქსელის გამოყენების მაჩვენებლები მაღალია.

21g9uhxohnkinoi7v81.jpg

  • Upvote 2
Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...

Important Information

We have placed cookies on your device to help make this website better. You can adjust your cookie settings, otherwise we'll assume you're okay to continue.