МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Отчет по лабораторной работе №4
Изучение канального уровня стека протоколов OSI на примере протокола Ethernet
Факультет: АВТ Преподаватель:
Группа: АМ-710 Мищенко В.К.
Бригада: 3
Студенты: Симонов Д.
Мельник Ю.
Эйрих Н.
Новосибирск, 2010
Цель Работы Изучить принципы функционирования сетевых протоколов семейства Ethernet. Изучить принципы функционирования таких устройств, как концентраторы и коммутаторы. Изучить алгоритм работы прозрачного моста. Изучить принципы логической структуризации локальных сетей на канальном и физическом уровне. Изучить принципы микросегментации. Исследовать зависимость между организацией сетевой топологии и различными характеристиками сети. 3. Ход работы 3.1. Построение сети, состоящей из 2х соединенных узлов.
Провести несколько экспериментов по передаче кадров между узлами, варьируя количество передаваемых кадров и частоту передачи.
Рис. . Сеть из двух узлов
10: 1->0: 10 кадров, 15: 0->1: 15 кадров.
Рис.2. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис.3. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис.4. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
3.2. Построение сети, состоящей из нескольких узлов, подключенных к разным портам концентратора.
Построить сеть, состоящую из нескольких узлов, подключенных к разным портам концентратора. Провести несколько экспериментов по передаче кадров между узлами, варьируя количество передаваемых кадров и частоту передачи.
Рис. . Сеть с концентратором
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
10
|
Кадр 5->9, з.1 — 10
|
15
|
Кадр 5->8, з.2 — 15
|
Рис. 6. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис. 7. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 8. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
3.3. Замена в сети концентратора на коммутатор .
Заменить в сети, построенной в п. 3.2., концентратор на коммутатор. Построить сравнительные графики зависимости количества переданных пакетов от времени (на одних и тех же заданиях передачи пакетов).
Рисунок – Сеть с коммутатором
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
9
|
Кадр 16->14, з.1 — 10
|
10
|
Кадр 16->15, з.2 — 10
|
Рис.11. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис.12. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис.13. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
3.4. Построение сети с использованием коммутатора.
Построить сеть с использованием коммутатора. Произвести эксперименты по передаче данных и построить коммутационную матрицу коммутатора. Проследить изменение характеристик передачи пакетов в сети в зависимости от стадии «обученности» коммутатора.
Рис. 14. Таблица маршрутизации (Коммутатор изучил два порта)
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
|
1
|
Кадр 5->9, з.1
|
354мк
|
«Обучающий кадр»
|
1,01
|
Кадр 9->5, з.2
|
756мк
|
«Обучающий кадр»
|
10
|
Кадр 9->5, з.3 — 10
|
|
15
|
Кадр 9->6, з.4 — 15
|
|
Рис. 15. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис. 16. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис.17. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
3.5. Реализация моста на основе коммутатора.
Реализовать мост на основе коммутатора
Рис. 18. Мост на основе коммутатора
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
1
|
Кадр 14->16, з.3
|
408мк
|
1,01
|
Кадр 16->14, з.4
|
1061мк
|
9
|
Кадр 16->14, з.1 — 10
|
10
|
Кадр 16->15, з.2 — 10
|
30
|
Кадр 16->14, з.5 — 10
|
30,1
|
Кадр 14->16, з.6 — 100
Рис. 19. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис. 20. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 21. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
| 3.6. Сравнение исходной сети с полученной.
Оптимизировать приведенную на рисунке сеть и сравнить работу исходной сети с полученной. При оптимизации сети не учитывать территориальную и стоимостную составляющие (предполагается, что все оборудование располагается рядом и можно производить любые перекоммутации, добавления и удаления устройств; нельзя удалять только узлы). Построить сравнительные графики зависимости количества переданных пакетов от времени (на одних и тех же заданиях передачи пакетов).
Рис. 22. Исходная сеть
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
5
|
Кадр 17->13, з.1 —10
|
50
|
Кадр 13->43, з.2 —10
|
100
|
Кадр 13->17, з.3 —10
|
150
|
Кадр 17->64, з.4 —10
| 
Рис.23. Зависимость количества переданных кадров от времени использования сети
Рис. 24. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 25. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 26. Оптимизированная сеть
Рис. 27. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис. 28. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 29. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
3.7. Сравнение исходной сети с полученной. Оптимизировать приведенную на рисунке сеть и сравнить работу исходной сети с полученной. При оптимизации сети учесть территориальную и стоимостную составляющие (предполагается, что все оборудование территориально разнесено и узлы, подключенные к одному концентратору, находятся рядом, концентраторы удалены друг от друга на почтительное расстояние, а коммутатор гораздо дороже концентратора). Построить сравнительные графики зависимости количества переданных пакетов от времени (на одних и тех же заданиях передачи пакетов). Если оптимизация занимает несколько итераций, привести графики для каждой итерации
Рис. 30. Сеть для задания 7
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
10
|
Кадр 14->40, з.1
|
677мк
|
500
|
Кадр 30->14, з.2
|
1217мк
|
1000
|
Кадр 43->30, з.3
|
251мк
|
Рис. 31. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис. 32. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 33. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Промоделировать сеть при большем числе кадров не удалось, так как программа выдает ошибку. Скорее всего, это связано с тем что концентраторы начинают повторять кадры на порты, в результате получается «лавина» кадров и программа вылетает.
Если же оптимизировать сеть, заменив центральный концентратор на коммутатор, то появляется возможность провести эксперимент с большим числом кадров.
Рис. 34. Оптимизированная сеть
Время
|
Кадр
|
Длительность
|
10
|
Кадр 14->40, з.1
|
677мк
|
100
|
Кадр 19->14, з.4 — 100
|
500
|
Кадр 30->14, з.2
|
1217мк
|
1000
|
Кадр 43->30, з.3
|
251мк
|
Рис. 35. Зависимость количества переданных кадров от коэффициента использования сети
Рис. 36. Зависимость пропускной способности сети от коэффициента использования сети
Рис. 37. Зависимость полезной пропускной способности сети от коэффициента использования сети
4. Выводы
В ходе работы была рассмотрена технология Ethernet использующая метод коллективного доступа к разделяемой среде с опознаванием несущей и обнаружением коллизий.
В ходе работы было установлено, что оптимальное быстродействие процессора прямо пропорционально интенсивности задания и не зависит от дисциплины обслуживания.
Была промоделирована ситуация появления коллизий (которые появляются вследствие использования вероятностного доступа к разделяемой среде). При увеличении числа узлов в сети и трафика от узлов эффективность такого подхода падает, так как повышается число коллизий, и сеть большую часть времени занята разрешением коллизий. Поэтому для этой технологии очень важна правильная структуризация сети. Структуризацию сети можно произвести с помощью концентраторов и коммутаторов.
Были рассмотрены оборудование для построения локальных вычислительных систем: повторитель (концентратор), коммутатор, прозрачный мост (выполненный на базе коммутатора). Рассмотрен процесс обучаемости коммутатора и построения таблиц коммутатора. В работе была рассмотрена идея прозрачного моста, а также произведена оптимизация нескольких сетей. |
