Компьютерное моделирование Лабораторная работа №4

8

Лабораторная работа № 4. «Модель сети Ethernet»

Цель работы: изучить процесс функционирования сети Ethernet, научиться выполнять имитационное моделирование ее работы на языке GPSSW, изменять параметры системы, сравнивать полученные результаты и анализировать их.

Общие сведения

Ethernet (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Эта технология была разработана в 1970 году Исследовательским центром в Пало-Альто, принадлежащем корпорации Xerox. Самой характерной чертой Ethernet является метод доступа к среде передачи - CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением несущей. Перед началом передачи данных сетевой адаптер Ethernet "прослушивает" сеть, чтобы удостовериться, что никто больше ее не использует. Если среда передачи в данный момент кем-то используется, адаптер задерживает передачу, если же нет, то начинает передавать. В том случае, когда два адаптера, предварительно прослушав сетевой трафик и обнаружив "тишину", начинают передачу одновременно, происходит коллизия. При обнаружении адаптером коллизии обе передачи прерываются, и адаптеры повторяют передачу спустя некоторое случайное время (естественно, предварительно опять прослушав канал на предмет занятости). Для приема информации адаптер должен принимать все пакеты в сети, чтобы определить, не он ли является адресатом.

Различные реализации - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – обеспечивают пропускную способность соответственно 10, 100 и 1000 Мбит/с.

Основной недостаток сетей Ethernet обусловлен методом доступа к среде передачи: при наличии в сети большого количества одновременно передающих станций растет количество коллизий, а пропускная способность сети падает. В экстремальных случаях скорость передачи в сети может упасть до нуля. Но даже в сети, где средняя нагрузка не превышает максимально допустимую рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи составляет 70-80% от номинальной.

Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является обратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.

Имитационное моделирование сети Ethernet можно выполнить с помощью изучаемой системы моделирования GPSSWorld. Рассмотрим процесс моделирования поэтапно.

1. Постановка задачи

10 Mбит/с сеть Ethernet - в настоящее время удовлетворительно работает со 100 рабочими местами. Сеть предназначена для передачи сообщений двух классов, которыми обмениваются все узлы. Индивидуальные рабочие места выбраны беспорядочно. Определить последствия в сети, когда будут добавлены дополнительные 100 рабочих мест в сети.

2. Выявление основных особенностей

Сообщения поступают экспоненциально и бывают двух видов: короткие и длинные. Выбирается узел и удерживается в течение передачи сообщения и всех выдержек времени в случае коллизии.

Коллизия в сетевых технологиях - это наложение двух и более пакетов (кадров) от станций, пытающихся передать пакет в один и тот же момент времени из-за наличия задержки распространения сигнала по сети или наличия неисправной сетевой платы.

Каждый узел Ethernet может быть занят одним сообщением до тех пор, пока оно не будет отправлено или пока не произойдет некоторое количество коллизий (во время попыток передачи другими узлами), после чего объявляется постоянная ошибка и узел освобождается.

Время измеряется в миллисекундах. Подразумевается, что отдельные узлы отстоят друг от друга на 2,5мс.

При расчете окна коллизии для определения разделяющего расстояния иcпользуется идентификационный номер узла.

Задержки распространения между смежными узлами равны 0,01 микросекунды.

Каждый бит перемещается за 0,1 микросекунды.

Меж кадровый интервал моделируется путем задержки сети передающим узлом на некоторое дополнительное время, после того как он передал свое сообщение.

Сообщения представлены транзактами GPSSW.

Узлы и сеть представлены устройствами GPSSW.

Дополнительное устройство используется во время передачи преднамеренных помех для предотвращения начала передачи нового сообщения.

Коллизия возникает из-за нескольких одновременных попыток передачи 2 или более узлов. Задержка распространения сигнала препятствует одновременному распознаванию узлов друг другом, там самым приводя к возможности коллизии.

Интервал времени, в течение которого сигнал из другого узла может быть обнаружен, называется «окном коллизии».

Коллизия представлена лишением передающего транзакта права занимать Ethernet и отправкой его в подпрограмму выдержки времени.

Новый занимающий транзакт передает преднамеренные помехи в Ethernet и затем сам выдерживает некоторый временной интервал.

Когда отправляется сообщение транзакта, транзакт занимает устройство Ethernet с приоритетом 0 и может быть вытеснен (PREEMPT) только транзактом с приоритетом 1.

Когда транзакт передает преднамеренные помехи, он занимает устройство Ethernet с приоритетом 1 и не может быть вытеснен.

1. Подсчитать число узлов в сети. Каждый узел работает обособленно в сети 2.5 мсек.

2. Минимальную пропускную способность

3. Максимальную пропускную способность

4. Количество коротких сообщений в тысяче

5. Время передачи сообщения