Пропускна спроможність мереж з КП

Однією з відмінностей методу комутації пакетів від методу комутації каналів є невизначеність пропускної спроможності з’єднання між двома абонентами. У методі КК після утворення складеного каналу пропускна спроможність мережі при передачі даних між кінцевими вузлами відома - це пропускна спроможність каналу. Дані після затримки, зв’язаної із встановленням каналу, починають передаватися на максимальній для каналу швидкості (рис. 2.9, а). Час передачі повідомлення у мережі з КК (Т_к.к) можна визначити за формулою [1]

Т_к.к = Т_з.р. +Т_з.п,

де: Т_з.р. - час затримки розповсюдження сигналу по ЛЗ (залежить від швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль у конкретному фізичному середовищі та коливається від 0,6 до 0,9 швидкості світла у вакуумі); Т_з.п - час затримки передачі повідомлення.

Т_з.п = V/C,

де: V - обсяг повідомлення у бітах; С - пропускна спроможність каналу у бітах за секунду.

У мережі з КП ситуація інша.Процедура, встановлення з’єднання в цих мережах (якщо вона використовується), займає приблизно такий же час, як і у мережах з КК, тому будемо порівнювати тільки час передачі даних. На рис. 2.8, б наведено приклад передачі у мережі з КП. Передбачається, що у мережу передається повідомлення того ж обсягу, що і повідомлення, наведене на рис. 2.8. а, проте воно розділене на пакети, кожний з який має заголовок. Час передачі повідомлення у мережі з КП позначений на рис. Т_к.п.. При передачі цього повідомлення, розбитого на пакети, по мережі з КП виникають додаткові часові затримки. По-перше, це затримки у джерелі передачі, що, крім передачі повідомлення, витрачає додатковий час на передачу заголовків t_п.з., плюс до цього додаються затримки t_інт, викликані інтервалами між передачею кожного наступного пакета (цей час іде на формування чергового пакета стеком протоколів).

По-друге, додатковий час витрачається у кожному комутаторі. Тут затримки складаються з часу буферизації пакета t_б.п. (комутатор не може почати передачу пакета, не прийнявши його у свій буфер) і часу комутації t_к. Час буферизації дорівнює часу прийому пакета з бітовою швидкістю протоколу. Час комутації складається з часу чекання пакета у черзі і часу переміщення пакета у вихідний порт. Якщо час переміщення пакета фіксований і зазвичай невеликий (від декількох мікросекунд до декількох десятків мікросекунд), то час очікування пакета у черзі коливається в дуже широких межах і заздалегідь невідомий, оскільки залежить від поточного завантаження мережі пакетами.

Проведемо грубу оцінку затримки передачі даних у мережах з КП у порівнянні з мережами з КК на найпростішому прикладі. Нехай [1]:

- тестове повідомлення, яке потрібно передати в обох видах мереж, складає 200 Кбайт;

- вдправник знаходиться від одержувача на відстані 5000 км;

- пропускна спроможність ЛЗ складає 2 Мбіт/с.

Тоді час передачі даних по мережі з КК складається з часу розповсюдження сигналу, що для відстані 5000 км можна оцінити приблизно у 25 мс, і часу передачі повідомлення, який при пропускній спроможності 2 Мбіт/с і довжині повідомлення 200 Кбайт дорівнюватиме приблизно 800 мс, тобто всього передача даних займе 825 мс.

Оцінимо додатковий час, який потрібен для передачі цього повідомлення по мережі з КП. Будемо вважати, що шлях від відправника до одержувача проходить через 10 комутаторів. Вихідне повідомлення розбивається на пакети в 1 Кбайт, отже, всього маємо 200 пакетів. Спочатку оцінимо затримку, яка виникає у вихідному вузлі. Припустимо, що частка службової інформації, розміщеної у заголовках пакетів, стосовно загального обсягу повідомлення складає 10 %. Отже, додаткова затримка, зв’язана з передачею заголовків пакетів, складає 10% від часу передачі цілого повідомлення, тобто 80 мс. Якщо прийняти інтервал між відправленням пакетів рівним 1 мс, тоді додаткові втрати за рахунок інтервалів складуть 200 мс. Разом, у вихідному вузлі через пакетування повідомлення при передачі виникає додаткова затримка у 280 мс.

Кожний з 10 комутаторів вносить затримку комутації, яка може мати великий розкид, від десятих долей до тисяч мілісекунд. У даному прикладі приймемо, що на комутацію в середньому витрачається 20 мс. Крім того, при проходженні повідомлень через комутатор виникає затримка буферизації пакета. Ця затримка при величині пакета 1 Кбайт і пропускної спроможності ЛЗ 2 Мбіт/с дорівнює 4 мс. Загальна затримка, внесена 10 комутаторами, складе приблизно 240 мс. В результаті додаткова затримка, внесена мережею з КП, складатиме 520 мс. З огляду на, що вся передача даних у мережі з КК дорівнювала 825 мс, цю додаткову затримку можна вважати досить істотною [1].

Даний розрахунок дуже приблизний, але він робить більш зрозумілими причини, які приводять до того, що процес передачі для визначеної пари абонентів у мережі з КП повільніші, ніж у мережі з КК.

Невизначена пропускна спроможність мережі з КП - це плата за її загальну ефективність при деякому обмеженні інтересів окремих абонентів. Аналогічно, у мультипрограмній операційній системі час виконання застосування точно прогнозувати заздалегідь неможливо, оскільки він залежить від кількості інших застосувань, з якими дане застосування ділить процесор.

На ефективність роботи мережі істотно впливають розміри пакетів, що передає мережа. Занадто великі розміри пакетів наближають мережу з КП до мережі з КК. Занадто маленькі пакети помітно збільшують частку службової інформації, оскільки кожен пакет несе із собою заголовок фіксованої довжини, а кількість пакетів, на які розбиваються повідомлення, буде різко зростати при зменшенні розміру пакета. Існує деяка золота середина, що забезпечує максимальну ефективність роботи мережі, однак її важко визначити точно, оскільки вона залежить від багатьох факторів, деякі з них до того ж постійно змінюються в процесі роботи мережі. Тому розробники протоколів для мереж з КП вибирають межі, у яких може знаходитися довжина пакета, а точніше його поле даних, оскільки заголовок, як правило, має фіксовану довжину. Зазвичай нижня межа поля даних вибирається рівною нулю, що дозволяє передавати службові пакети без даних користувача, а верхня межа не перевищує чотирьох кілобайт. Застосування під час передачі даних намагаються зайняти максимальний розмір поля даних, щоб швидше виконати обмін даними, а невеликі пакети зазвичай використовуються для квитанцій про доставку пакета.

При виборі розміру пакета необхідно враховувати також і інтенсивність бітових помилок каналу. На ненадійних каналах необхідно зменшувати розміри пакетів, оскільки це зменшує обсяг повторно переданих даних при спотвореннях пакетів [1].