Розв'язання задач щодо визначення продуктивності мережі

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

 

 

до практичних занять

 

з дисципліни " Комп'ютерні мережі"

за напрямком 6.050101 – Комп’ютерні науки

 

 

	ЗАТВЕРДЖЕНО
	кафедрою інформаційних управляючих систем.
	Протокол № 14 від 24.06.10

 

Харків, 2011

 

 

 

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Комп'ютерні мережі" за напрямком 6.050101– Комп’ютерні науки. \ Упорядник В.І. Саєнко. – Харків: ХНУРЕ, 2011 – 40 с.

 

 

Упорядник В. І. Саєнко

 

Рецензент Є.П. Павленко, доцент каф.ІУС

 

Зміст

 

Загальні положення............................................................................................ 5

1 Розв'язування задач щодо визначення продуктивності мережі................. 6

1.1. Мета занять............................................................................................. 6

1.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів.......... 6

1.3 Контрольні запитання.......................................................................... 13

1.4 Домашні завдання................................................................................ 14

1.5 Приклади розв’язання задач............................................................... 16

2 Розробка схем комп’ютерних мереж............................................................ 20

3.1. Мета занять........................................................................................... 20

3.2. Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів. Методика розробки схем мереж. Загальні положення................................................. 20

3.3. Контрольні запитання.......................................................................... 25

3.4. Контрольні завдання............................................................................ 25

2 Розв'язання задач щодо визначення ймовірнісних параметрів характеристик мережі 29

2.1 Мета занять........................................................................................... 29

2.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів........ 29

2.3 Контрольні запитання.......................................................................... 33

2.4 Контрольні завдання............................................................................ 34

2.5 Приклади аудиторних і домашніх задач............................................ 35

Перелік посилань.............................................................................................. 38

 

 

Загальні положення

 

Дисципліна "Комп’ютерні мережі" є спеціальною дисципліною, спрямованою на підготовку фахівців, що працюють на посадах інженерів з комп'ютерних систем, адміністраторів систем, адміністраторів мереж і систем.

При вивченні дисципліни потрібно повторити розділи математики, що стосуються теорії моделювання, теорії графів, теорії масового обслуговування, а також розділи спеціальних дисциплін, що стосуються технологій проектування та технологій побудови комп'ютерних систем.

Навчальні заняття охоплюють теоретичні питання, розглянуті в лекційній частині (48 годин), та методику формування практичних навичок, що здобуваються в процесі виконання лабораторних робіт (20 годин) та практичних занять (6 годин). Основний матеріал винесено на самостійну роботу.

Методичні вказівки до практичних занять призначені для закріплення теоретичного матеріалу. Вони містять завдання, приклади задач і методику їхнього розв’язання. Перевірка засвоєного матеріалу здійснюється в процесі виконання домашніх контрольних завдань.

 

 

Розв'язання задач щодо визначення продуктивності мережі

Мета занять

Мета занять – закріплення знань з оцінювання продуктивності роботи мережі.

1.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Це заняття орієнтоване на 2 аудиторних години.

 

Протоколи та кадри

 

Комп’ютерна мережа складається з кінцевих вузлів (робочі станції, сервери), проміжних вузлів (комутаторів, маршрутизаторів, модемів), каналів зв’язку. Взаємодія у мережі розглядається як взаємодія між кінцевими вузлами.(рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема мережі

 

Будь-яка інформація, що передається, проходить перетворення згідно зі стеком протоколів. Передусім вона розбивається на окремі частини. Кожна частина пакується в окрему структуру (пакет). Кожний пакет пакується у кадр. Це принцип інкапсуляції. Будь-який рівень протоколів додає в інформаційну структуру своє окреме поле – заголовок (рис. 1.2). Таким чином, у заключному вигляді інформаційна структура містить набір заголовків та власне дані, що передаються (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Приклад інкапсуляції та структура кадру.

Кадри Ethernet

Для Ethernet кадр має фіксовані поля. Структура кадру наведена на рис. 1.3 та рис. 1.4. Для технологій 10Base-2, 10Base-Т, 100Base-ТX, 100Base-FX відома тривалість одного біту, тому завчасно можна сказати про тривалості передачі кадру (рис. 1.3). Слід пам’ятати, якщо кадри передаються потоком, то між ними завжди задається міжкадровий інтервал рис. 1.3.

 

Рисунок 1.3 – Структура кадру Ethernet

 

Існують різні типи кадрів (рис. 1.4, 1.5). Це відображується на розмірі службових блоків та розмірі інформаційного поля.

 

 

Рисунок 1.4 – Структура кадру Ethernet 802.3, 802.2

 

Рисунок 1.5 – Структура різних типів кадрів Ethernet DIX, SNAP

 

Приклад аналізу інформації

 

В деяких випадках виявляється корисним визначення залежностей пропускної здатності Ce_. від окремих показників передачі даних у мережі. Іноді такі залежності зручно подавати у графічному вигляді і далі проводити графо-візуальний аналіз. Наприклад, залежність продуктивності від розміру кадру наведено на рис. 1.6. А саме, продуктивність Сe=f(Lo.k), де Lo.k – довжина інформаційного поля кадру, Сe – ефективна пропускна здатність.

 

 

Рисунок 1.6 – Залежність продуктивності від розміру кадру

 

Наприклад, на підставі графіка залежності продуктивності мережі від розміру кадру можна визначити діапазон припустимих розмірів кадру, за яких продуктивність буде не нижча 8 Mbps. Цей діапазон [400Б, 1500Б].

 

1.3 Контрольні запитання

 

1. Наведіть приклад двох будь-яких стеків протоколів.

2. Чим функціонально відрізняються TCP і IP?

3. Чим відрізняються стеки IBM\MS і TCP\IP?

4. Наведіть приклад протоколів рівня 2.

5. Який розмір займають заголовки TCP і IP?

6. Для чого в Ethernet поле preamble?

7. Для чого застосовують міжкадровий інтервал в Ethernet?

8. Яку частку кадру займає міжкадровий інтервал для кадру розміром 1500Б і кадру розміром 46Б.

9. Скільки кадрів можна передати за 1 с (10Base, 100Base)?

10. Чим відрізняються кадри 802.3 від 802.2 (LLC)?

11. Чим відрізняються кадри 802.3 від SNAP?

12. Яку частку займає інформаційне поле у кадрах 802.3 та SNAP?

13. Чому ефективна пропускна здатність менше номінальної?

14. Чому реальна пропускна здатність зазвичай менше ефективної?

15. Чим відрізняються методи оцінки завантаження каналів?

16. Для чого використовують оцінку Ratio (1) при аналізі завантаження каналів?

17. Які параметри ми можемо контролювати в мережі?

18. Чим можна керувати в мережі?

19. Як правильно вибрати оцінку продуктивності мережі (одиниці виміру і спосіб оцінювання)?

20. Чому не можна стверджувати, що оцінка продуктивності мережі, яка виміряна у визначений момент у конкретній точці, є абсолютно достовірною? Які події заважають цьому твердженню?

 

Домашні завдання

А1. Нехай розглядається комп'ютерна мережа деякої установи. Мережа має деревоподібну топологію, засновану на комутаторах 100Base-T. Експериментальні дослідження показали, що кожний комутатор на кожному порту підтримує швидкість передачі не більше 45 000 fps при повному навантаженні. Яка ефективна пропускна здатність мережі і який розмір кадру використовується у мережі в цьому випадку? Який відсоток використання мережі? (Для порівняння розглянути найкращі умови передачі) (Варіанти: усього портів =1 порт, 5 портів, 10 портів, 20 портів; швидкість=10000, 30000, 45000, 70000)

А2. Нехай є деяка корпоративна мережа. У мережі прийнята багатосегментна топологія на основі маршрутизаторів і комутаторів, мережа побудована на технології 100Base-TX, але при цьому існує обмеження на MTU=512Б (розмір пакета IP). Яка ефективна пропускна здатність? (MTU=512, 1024, 1500)

А3. Нехай у мережі з топологією типу «дерево» за допомогою систем моніторингу виявлено, що реальна можливість передачі даних для магістральних комутаторів склала 10 000 fps на порт. При цьому середній розмір кадру Ethernet 100Base-TX дорівнює 1000Б. Який відсоток використання мережі? (Для порівняння розглянути найкращі умови передачі) (Варіанти: швидкість = 400, 800, 1000, 1200, 5000, 10000, 20000).

А4. Нехай у мережі Ethernet 100Base-TX потрібно робити резервне копіювання БД розміром D=1GB при відключенні електричного струму. Яка має бути гарантована пропускна здатність С'_е, щоб це робити за заданий час t_r (t_r =10 хв.)? Яким має бути мінімально припустимий розмір кадру? Яким має бути максимально припустимий розмір міжкадрового інтервалу?

А5.Нехай у мережі Ethernet 100Base-TX потрібно робити резервне копіювання БД розміром D=5GB при відключенні електричного струму. Яка має бути гарантована пропускна здатність С'_е, щоб це робити за заданий час t_r (t_r =10 хв.)? Яким має бути мінімально припустимий розмір кадру? Яким має бути максимально припустимий розмір міжкадрового інтервалу?

А6. Якого обсягу може бути база даних при фіксованих параметрах мережі (див. табл. 1.), якщо потрібно за 10 хвилин робити резервне копіювання.

А7. Отримати залежність <обсяг БД>=f(<пропускна здатність>). Розмір кадру 1КБ. Побудувати графік. Провести аналіз результатів.

А8. Яка гарантована пропускна здатність допускається при одночасній роботі станцій. Мережа локальна. У домені колізій 10 станцій (з’єднання через HUB).

А9. Мережа має пропускну здатність (див. табл.1.1) при розмірі кадру 1500Б. Нехай у мережі в середньому передається 50 МБ/год. Умова така, що при передачі файла 0,1 МБ канал захоплюється цілком однією станцією. Чому дорівнює коефіцієнт утилізації (С'_е / С_е) у пікові моменти (відрізок 1 с) і який цей коефіцієнт на відрізку 1 година. Що зміниться, якщо захоплення каналу не буде здійснюватиметь.

А10. Мережа має 10 станцій. Архітектура мережі 100BASE-TX. Середня інтенсивність роботи станцій 50 МБ/год. Передача відбувається блоками не менш 0.1 МБ із монопольним захопленням каналу. У цей час інші станції можуть отримати відмову. Яка фактична пропускна здатність мережі в цих умовах? Скільки максимально станцій можна тримати в мережі?

А11. Нехай той самий файл (1 МБ) можна передати за протоколу TCP і UDP. В скільки разів передача за протоколом UDP виявиться більш виграшною.

 

Перелік задач блоку Б:

Б1. У комп'ютерній локальній мережі виникають помилки. Устаткування автоматично здійснює підстроювання мережі шляхом збільшення міжкадрового інтервалу, зміни розміру кадру або переходу з технології 100Base-TX на 10Base-T. Як погіршиться продуктивність мережі у разі таких змін, тобто якщо зміниться розмір міжкадрового інтервалу або зміниться MTU (допустимий розмір кадру), або зміниться технологія 1000Base-T, 100Base-TХ? Визначити ефективну пропускну здатність (С_e), якщо параметри відповідають одному з варіантів табл.1.1. Провести порівняльний аналіз.

 

Таблиця 1 - Варіанти вихідних даних для завдань блоку Б

 

Варіант	Довжина кадру, Lk, Б	Міжкадровий інтервал, Tмеж.до, мкс	Архітектура мережі
		9,6	10Base-T
	9,6	10Base-T
		10Base-Т
			10Base-Т
		10Base-T
		10Base-T
		0,96	100Base-TX
	0,96	100Base-TX
		100Base-TX
		0,96	100Base-TX
		100Base-Tх
		100Base-Tх
		0,1	1000Base-T
	0,096	1000Base-T
		1000Base-T
			100Base-TX
		100Base-Tх
		10Base-Tх
			100Base-TX
		10Base-Tх
		10Base-Tх
			10Base-T
		1000Base-Tх
	0,2	1000Base-T

 

Перелік задач блоку В:

В1. Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для продуктивності С_e=F(L_о), де L_o – довжина інформаційного поля кадру, С_e – ефективна пропускна здатність (для 100Base-TX, 1000Base-T);

В2. Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для продуктивності С_e=F(t_f), де t_f – час міжкадрового інтервалу, С_e – ефективна пропускна здатність (для 100Base-TX, 1000Base-T);

В3. Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для продуктивності в одиницях виміру [число кадрів]\s: С_ef = F(L_o) (для 100Base-TX, 1000Base-T);

В4 Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для технічної утилізації каналу: h_e=F(L_o)= (С_e \ С_n) (для 100Base-TX, 1000Base-T).

Приклади розв’язання задач

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

 

 

до практичних занять

 

з дисципліни " Комп'ютерні мережі"

за напрямком 6.050101 – Комп’ютерні науки

 

 

	ЗАТВЕРДЖЕНО
	кафедрою інформаційних управляючих систем.
	Протокол № 14 від 24.06.10

 

Харків, 2011

 

 

 

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Комп'ютерні мережі" за напрямком 6.050101– Комп’ютерні науки. \ Упорядник В.І. Саєнко. – Харків: ХНУРЕ, 2011 – 40 с.

 

 

Упорядник В. І. Саєнко

 

Рецензент Є.П. Павленко, доцент каф.ІУС

 

Зміст

 

Загальні положення............................................................................................ 5

1 Розв'язування задач щодо визначення продуктивності мережі................. 6

1.1. Мета занять............................................................................................. 6

1.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів.......... 6

1.3 Контрольні запитання.......................................................................... 13

1.4 Домашні завдання................................................................................ 14

1.5 Приклади розв’язання задач............................................................... 16

2 Розробка схем комп’ютерних мереж............................................................ 20

3.1. Мета занять........................................................................................... 20

3.2. Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів. Методика розробки схем мереж. Загальні положення................................................. 20

3.3. Контрольні запитання.......................................................................... 25

3.4. Контрольні завдання............................................................................ 25

2 Розв'язання задач щодо визначення ймовірнісних параметрів характеристик мережі 29

2.1 Мета занять........................................................................................... 29

2.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів........ 29

2.3 Контрольні запитання.......................................................................... 33

2.4 Контрольні завдання............................................................................ 34

2.5 Приклади аудиторних і домашніх задач............................................ 35

Перелік посилань.............................................................................................. 38

 

 

Загальні положення

 

Дисципліна "Комп’ютерні мережі" є спеціальною дисципліною, спрямованою на підготовку фахівців, що працюють на посадах інженерів з комп'ютерних систем, адміністраторів систем, адміністраторів мереж і систем.

При вивченні дисципліни потрібно повторити розділи математики, що стосуються теорії моделювання, теорії графів, теорії масового обслуговування, а також розділи спеціальних дисциплін, що стосуються технологій проектування та технологій побудови комп'ютерних систем.

Навчальні заняття охоплюють теоретичні питання, розглянуті в лекційній частині (48 годин), та методику формування практичних навичок, що здобуваються в процесі виконання лабораторних робіт (20 годин) та практичних занять (6 годин). Основний матеріал винесено на самостійну роботу.

Методичні вказівки до практичних занять призначені для закріплення теоретичного матеріалу. Вони містять завдання, приклади задач і методику їхнього розв’язання. Перевірка засвоєного матеріалу здійснюється в процесі виконання домашніх контрольних завдань.

 

 

Розв'язання задач щодо визначення продуктивності мережі

Мета занять

Мета занять – закріплення знань з оцінювання продуктивності роботи мережі.

1.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Це заняття орієнтоване на 2 аудиторних години.

 

Протоколи та кадри

 

Комп’ютерна мережа складається з кінцевих вузлів (робочі станції, сервери), проміжних вузлів (комутаторів, маршрутизаторів, модемів), каналів зв’язку. Взаємодія у мережі розглядається як взаємодія між кінцевими вузлами.(рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема мережі

 

Будь-яка інформація, що передається, проходить перетворення згідно зі стеком протоколів. Передусім вона розбивається на окремі частини. Кожна частина пакується в окрему структуру (пакет). Кожний пакет пакується у кадр. Це принцип інкапсуляції. Будь-який рівень протоколів додає в інформаційну структуру своє окреме поле – заголовок (рис. 1.2). Таким чином, у заключному вигляді інформаційна структура містить набір заголовків та власне дані, що передаються (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Приклад інкапсуляції та структура кадру.

Кадри Ethernet

Для Ethernet кадр має фіксовані поля. Структура кадру наведена на рис. 1.3 та рис. 1.4. Для технологій 10Base-2, 10Base-Т, 100Base-ТX, 100Base-FX відома тривалість одного біту, тому завчасно можна сказати про тривалості передачі кадру (рис. 1.3). Слід пам’ятати, якщо кадри передаються потоком, то між ними завжди задається міжкадровий інтервал рис. 1.3.

 

Рисунок 1.3 – Структура кадру Ethernet

 

Існують різні типи кадрів (рис. 1.4, 1.5). Це відображується на розмірі службових блоків та розмірі інформаційного поля.

 

 

Рисунок 1.4 – Структура кадру Ethernet 802.3, 802.2

 

Рисунок 1.5 – Структура різних типів кадрів Ethernet DIX, SNAP