Приклад розв’язання задачі розрахунку пропускної здатності

 

1. Нехай передаються дані в мережі архітектури 10BASE-2. Чому дорівнює ефективна пропускна здатність при найкращому режимі передачі і при найгіршому режимі передачі?

Розв’язання.

А) Додаткова інформація.

Якщо задана архітектура мережі 10BASE-2, то номінальна пропускна здатність дорівнює 10 Мб/с. Отже час передачі одного біта дорівнює t₀=1\10⁷=0.1 мкс. Відповідно до довідкових даних кадр має таку структуру: преамбула – 8Б, службова інформація (адреса і команди) – 14 Б, контрольна сума – 4Б, мінімально припустимий розмір кадру – 46 Б, максимально припустимий розмір кадру – 1500 Б.

Таким чином, загальна службова інформація – 26 Б. Час міжкадрового інтервалу – t_f=9.6 мкс.

Б) Нехай у мережі найкращі умови, тоді вся інформація передається блоком розміром 1500Б.

Кадр матиме розмір Lk=26+1500=1526Б=12208 б.

Час передачі цього кадру Tk=t₀*Lk=0.1*12208=1220,8 мкс.

Загальний час передачі кадру враховує час міжкадрового інтервалу

Tt= Tk +9,6=1220,8 +9.6=1230,4 мкс.

Ефективна пропускна здатність дорівнюватиме

C_e=(Lo*8)/Tt=1500*8/1230,4=9,75 Mbps, Cef=1\Tt=1/1230,4=812 fps.

Краще, ніж цей результат, отримати в мережі не вдасться ніколи.

В) Нехай у мережі найгірші умови, тоді вся інформація передається блоком розміром 46Б.

Кадр матимеме розмір Lk=26+46=72Б=576 б.

Час передачі цього кадру Tk= t₀*Lk=0.1*576=57,6 мкс.

Загальний час передачі кадру враховує час міжкадрового інтервалу

Tt= Tk +9,6=57,6 +9.6=67,2 мкс.

Ефективна пропускна здатність дорівнюватиме

C_e=(Lo*8)\Tt=46*8/67,2=5,48 Mbps, Cef=1/Tt=10⁶\67,2=14880 fps.

 

Приклад розв’язання задачі розрахунку розподілу навантаження у мережі

 

Нехай задана мережа, що складається з чотирьох вузлів, як показано на рис. 1.7. Розподіл навантаження і пропускної здатність наведено у табл.1.2. Визначити розподіл коефіцієнта утилізації в системі та вирахувати рекомендоване завантаження каналів на рівні 0.75 від пропускної здатності.

Рисунок 1.7 – Схема мереж
і

Таблиця 1.2.

	Link 1	Link 2	Link 3	Link 4	Link 5
Навантаження (Kbps)
Пропускна здатність (Kbps)

 

Розв’язання.

Перший метод. Нехай кожний канал j має пропускну здатність C_ej, навантаження f_ej. Тоді сумарне навантаження і сумарна пропускна здатність дорівнюють

 

(значення в останньому стовпці таблиці 1.3).

 

Частка пропускної здатності і частка навантаження для кожного каналу (див. табл. 1.3): a_j = C_ej/Cs, b_j = f_ej/Fs.

Коефіцієнти використання U_j(Ratio(1))=b_j/a_j

(див. табл.3, Ratio(1)).

Другий метод.

U_j(Ratio(2))= f_ej /C_ej (див. табл.1.3, Ratio(2)).

Коефіцієнти використання U_j(Ratio(1))=b_j\a_j = (f_ej/Fs)\(C_ej/Cs)=

=(f_ej\ C_ej)*(Cs \Fs)= U_j(Ratio(2))= U_j(Ratio(2)) *(Cs /Fs)

F_j (0,75;R2)=0,75* C_{j. (}див. табл.1.3)

Таблица 1.3. – Розрахунок використання каналів системи

	Link 1	Link 2	Link 3	Link 4	Link 5	Total
Навантаж., fej (Mbps)
Пропускна здатність, Cej (Mbps)
Частка навантаження на кожному канале, bj %
Частка пропускної здатність, aj %
Ratio (1)	1.5	1.5	1.67	1.0	0.55	–
Ratio (2)	0.75	0.75	0.83	0.5	0.27	–
Навантаж. на рівні 0,75 Ratio(2), Mbps						–

 

Розробка схем комп’ютерних мереж

Мета занять

Мета занять – закріплення знань з розробки схем комп’ютерних мереж.

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

Завдання планування і проектування структури комп'ютерної мережі розглядатимемо по відношенню до корпорації. Усі структури комп'ютерних мереж: глобальні, магістральні, офісні – можуть розглядатися як складові частини корпоративної мережі. Мережі загального користування вписуються в технологічні рішення корпоративних мереж.

Вибір структури LAN(Local Area Network). Оскільки ці мережі призначені для використання в кімнатах, то відповідні схеми можуть бути зображені на рис. 2.1. Слід пам’ятати, що згідно загальних рекомендацій на одного службовця бажано виділяти площу у розмірі 2.5 – 5 м².

 

 

Рисунок 2.1 – Топологічна схема локальної комп'ютерної мережі

 

Вибір магістралі (ONB – Office Network Backbone) здійснюємо відповідно до відомої топології будівлі. Наприклад, така схема може бути наведена на рис. 2.2. Що важливе для визначення структури такої мережі?

Перелік вимог:

- вибір загальної технології на витій парі (100\1000\10G Base - T) або на оптичних каналах;

- вибір основної логічної структури магістралі мережі (комутована мережа, або мережа, що маршрутизується);

- вибір структур поверхових доменів;

- вибір додаткових рішень комутованих мереж: віртуальних мереж, транкингових зв'язків, кільцевих STP структур, стекируючих вузлів;

- наявність доменів гібридних мереж з точками доступу WLAN.

 

 

Рисунок 2.2 – Схема комп'ютерної мережі ONB

 

Вибір структури WAN (Wide Area Network). Перш, ніж будувати схему WAN мереж слід визначитися із загальною архітектурою усієї корпоративної мережі. Вибрати основні типи використовуваних мереж і способи їх з'єднання між собою. Наприклад, пропонується будувати мережу за триярусною архітектурою, використовуючи типові рішення для LAN, ONB, WAN. При цьому об'єднання WAN фрагментів здійснюватиметься через телефонні орендовані комутовані канали (рис. 2.3). У цій архітектурі передбачається, що зовнішній доступ до мереж Internet або іншим публічним мережам відсутній. Зовнішні канали використовуються у закритому режимі тільки як транзитні логічні канали.

 

 

 

Рисунок 2.3 – Схема загальної комп'ютерної мережі

 

Як бачимо на схемі рис. 2.3 зображено три типи комп'ютерних мереж. При цьому показано, що зроблений вибір для мережі WAN. Вибір заснований на використанні телефонних орендованих каналів.

Отже вимагається вибрати технологію передачі даних на таких каналах. Як варіант, це можуть бути канали на основі xDSL технології, наприклад, ADSL модеми. Приклад схеми наведено на рис. 2.4. Оскільки використовуються орендовані канали, то приймаємо рішення, що з'єднання будуть транзитні. Це означає, що при передачі даних від офісу міста D до офісу міста С дані передаватимуться через загальні вузли (А, В).

 

Рисунок 2.4 – Схема комп'ютерної мережі WAN

 

 

Неведені схеми відображають фізичне розміщення устаткування. У разі, коли є необхідність підкреслити функціональне призначення певного вузла доцільно використовувати відповідні логічні елементи. Приклади елементів наведено на рис. 2.5, 2.6

Рисунок 2.5 – Логічні елементи комп'ютерної мережі

 

Рисунок 2.6 – Логічні елементи комп'ютерної мережі (додаток)

 

Для опису комп'ютерних мереж використовують різні способи їх графічного подання. До них відносяться різні типи схем:

- топологічні (географічні) розміщення будівель і місць, які обслуговуються комп'ютерною мережею;

- схеми інформаційних потоків;

- схеми топології розміщення устаткування комп'ютерної мережі;

- схеми логічні розподілу IP адрес;

- схеми логічні розміщення доменів;

- схеми логічні розподілу користувачів;

- схеми розміщення ресурсів.

 

Необхідно пам'ятати, що схеми мають відображати розміщення основних підрозділів у корпорації.

Для схем топології розміщення устаткування необхідно навести й схему глобальної мережі (WAN), схему (ONB – Office Network Backbone) і схему локальної мережі (LAN) для одного з підрозділів. Слід пам'ятати, що схема не є самоціллю, а всього лише інструментом візуального подання вибраних рішень. Тому в першу чергу необхідно приймати рішення про вибір технологій, а потім подавати графічну інтерпретацію (рис. 2.7).

 

 

Рисунок 2.7 – Приклад логічної схеми комп'ютерної мережі WAN

2.3. Контрольні запитання

1. Перерахувати і порівняти технології, які використовують для LAN.

2. Перерахувати і порівняти технології, які використовують для ONB.

3. Перерахувати і порівняти технології, які використовують для WAN.

4. Як фізично розділити користувачів в межах одного комутатора, пояснити технологію?

5. Які функції керованого комутатора?

6. Як і для чого з локальної мережі використовують транкингові з'єднання?

7. Як з локальної мережі і для чого використовують протоколи STP? Приклад мережі.

 

Контрольні завдання

Частина 1. Розробка типових схем мереж LAN

 

1. Нехай робочі місця для п’яти службовців розміщуються в кімнаті 5х5. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с. Навести схему мережі.

2. Нехай робочі місця для 30 службовців розміщуються в кімнаті 10х10. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу. Навести схему мережі.

3. Нехай робочі місця для 50 службовців розміщуються в кімнаті 30х10. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу. Навести схему мережі.

4. Нехай робочі місця для 50 службовців розміщуються в кімнаті 20х10. При цьому службовці об'єднані в 3 незалежних робочих групи. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу за умовами розподілу робочих груп. Обгрунтувати вибір рішення. Навести схему мережі.

5. Нехай робочі місця для 50 службовців розміщуються в кімнаті 30х10. При цьому службовці об'єднані в 3 незалежних робочих групи. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу за умовами розподілу робочих груп з використанням маршрутизатора. Навести схему мережі.

6. Нехай робочі місця для 50 службовців розміщуються в кімнаті 30х10. При цьому службовці об'єднані в 3 незалежних робочі групи. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу за умови розподілу робочих груп з використанням центральної комутаційної системи (три комутатори, які з’єднані у кільце з протоколом STP). Навести схему мережі.

7. Нехай робочі місця для 50 службовців розміщуються в кімнаті 30х10. При цьому службовці об'єднані в 3 незалежних робочих групи. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу за умови повного розподілу робочих груп з використанням комутаторів (топологія “дерево”). Навести схему мережі.

8. Нехай робочі місця для 50 службовців розміщуються в кімнаті 30х10. При цьому службовці об'єднані в 3 незалежних робочих групи. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с для загального каналу за умови повного розподілу робочих груп з використанням декількох комутаторів яки з’єднані у кільцеву топологію. Пояснити особливість функціонування такої мережі. Навести схему мережі.

 

Частина 2. Розробка типових схем мереж ONB

 

1. Нехай офіс розміщений в окремих будівлях, що стоять поруч. Кожна будівля має довжину 50 м, відстані між будівлям – 150 м. Кожна будівля має два поверхи, по 5 кімнат на поверх і по 5 чоловік у кімнаті. Запропонуйте варіант магістралі комп'ютерної мережі. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с. Навести схему мережі.

2. Нехай офіс має три поверхи. Кожен поверх готельного типу містить 10 кімнат по 5 з кожного боку коридору і по 5 чоловік в кімнаті. Довжина коридору – 20м. Вважаємо, що в офісі має бути серверна. Запропонуйте варіант магістралі комп'ютерної мережі. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с. Навести схему мережі.

3. Нехай офіс розміщений в окремих будівлях, що стоять поруч. Кожна будівля має довжину 50 м, відстані між будівлями – 150 м. Кожна будівля має два поверхи, по 5 кімнат на поверх і по 5 чоловік у кімнаті. Запропонуйте варіант магістралі комп'ютерної мережі з використанням маршрутизаторів для розподілу між будівлями. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с. Навести схему мережі.

4. Нехай офіс розміщений в окремих будівлях, що стоять поруч. Кожна будівля має довжину 50 м, відстані між будівлями – 150 м. Кожна будівля має два поверхи, по 5 кімнат на поверх і по 5 чоловік у кімнаті. Запропонуйте варіант магістралі комп'ютерної мережі з використанням VLAN на комутаторах для розподілу між групами. Всього чотири групи (1 будівля – A, B, C; 2 – A, C, D; 3 – B, C, D). Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с. Навести схему мережі.

5. Нехай офіс розміщений в окремих будівлях (А, Б, В), що стоять поруч. Кожна будівля має довжину 50 м, відстані між будівлями – 300 м. Кожна будівля має три поверхи, по 15 кімнат на поверх і по 5 чоловік у кімнаті. Запропонуйте повний варіант комп'ютерної мережі. Виберіть необхідні технології із швидкістю передачі не нижче 100 Мб/с. Сервери розміщені у будинку А. Забезпечити рівень доступу до серверів зі швидкістю не нижче 100 Мб/с з боку будь-якого користувача. Навести схему мережі.

 

Частина 3. Розробка типових схем мереж WAN

 

1. Нехай корпорація складається з трьох філій, філії розміщені в різних містах, відстань між якими не менше 200 км. Корпорація не має засобів, щоб прокладати свої комунікації. Які канали доцільно орендувати, якщо характер роботи корпорації – часта пересилка коротких повідомлень (аналог платіжних доручень), рівномірно у різних напрямах, до яких висуваються дуже високі вимоги з якості передачі і надійності (гарантованість доставки). Повідомлення не більше 10 КБ. Вимоги до інтервалу доставки – не більше 5 хв. Навести схему мережі.

2. Нехай в корпорації працюють в офісі 100 чоловік. Їм потрібен доступ до Інтернет ресурсу і для цього прийнято рішення про оренду зовнішнього каналу до найближчого провайдера. Які канали доцільно орендувати, якщо характер роботи корпорації з цими каналами – тільки доступ до Інтернет ресурсів. Визначитися з характером пересилки повідомлень (частота, розмір), з характером трафіку (прийом/передача), з вимогами до якості передачі (помилки), з вимогами до затримок. На цій підставі запропонувати тип орендованих каналів. Навести схему мережі.

3. Те ж, що і в завданні 2, але число тих, що працюють, 1000 чоловік. Як зміниться рішення? Навести схему мережі.

4. Нехай корпорація складається з трьох філій. Існує WAN мережа між філіями з пропускною спроможністю каналів 256 Кб\с. Вирішується питання про використання зовнішнього каналу для доступу до Інтернет ресурсів. Є два рішення: 1) кожна філія орендує незалежний канал доступу до Інтернет через свого локального провайдера; 2) використовується один канал доступу до Інтернет, підключений до головного офісу, а інші офіси корпорації використовують загальні канали, що маршрутизуються. Вважаємо, що число тих, що працюють в кожному офісі, не перевищує 100 чоловік. Вартість оренди зовнішнього каналу В грн./міс. Обгрунтувати переваги і недоліки кожного рішення (безпека, вартість, можливі проблеми з пропускною здатністю, можливість чи неможливість використання певного сервісу Інтернет.). Навести схему мережі.

5. Нехай корпорація складається з трьох філій, філії розміщені в різних містах, відстань між якими не менше 200 км. Корпорація не має коштів, щоб прокладати свої комунікації. Які канали доцільно орендувати, якщо характер роботи корпорації – часта пересилка коротких повідомлень (аналог платіжних доручень), рівномірно у різних напрямах, до яких висуваються дуже високі вимоги на якість передачі і надійність (гарантованість). Повідомлення не більше 10 КБ. Вимоги до інтервалу доставки – не більше 5 хв. Провайдери пропонують три варіанти з'єднань: x.25, Frame Relay, ADSL. Порівняєте і обгрунтуйте переваги і недоліки кожної технології. Навести схему мережі для кінцевого варіанта.

6. Нехай корпорація складається з 3 філій, філії розміщені в різних містах, відстань між містами не менше 200 км. Корпорація не має коштів, щоб прокладати свої комунікації. Які канали доцільно орендувати, якщо характер роботи корпорації – пересилка потокових передач (аналог відео трансляції), рівномірно у різних напрямах, до яких висуваються дуже високі вимоги на якість передачі і надійність (гарантованість доставки). Тривалість потокової передачі така, що протягом кожної години не менше 30 хв. здійснюється трансляція. Швидкість передачі 64 Кбит/с. Навести схему мережі.