Дополнительные пояснения к ответам на некоторые задачи и вопросы

Глава 3.

5. Определите, на сколько увеличится время передачи данных в сети с коммутацией пакетов по сравнению с сетью коммутации каналов, если известно:

§          общий объем передаваемых данных — 200 Kбайт;

§          суммарная длина канала — 5000 км;

§          скорость передачи сигнала — 0,66 скорости света;

§          пропускная способность канала — 2 Мбит/c;

§          размер пакета без учета заголовка — 4 Кбайт;

§          размер заголовка — 40 байт;

§          интервал между пакетами — 1 мс;

§          количество промежуточных коммутаторов — 10;

§          время коммутации на каждом коммутаторе — 2 мс.

Считайте, что сеть работает в недогруженном режиме, так что очереди в коммутаторах отсутствуют.

 

Сравним задержки передачи данных в сетях с коммутацией пакетов с задержками в сетях с коммутацией каналов (используются обозначения из раздела Количественное сравнение задержек, стр. 98-100 )

·       Объем V сообщения, которое нужно передать в обоих видах сетей, составляет 200 Кбайт.

·       Отправитель N1 находится от получателя N2  на расстоянии L - 5000 км.

·       Скорость S распространения сигнала 200000км/c (2/3 от скорости света)

·       Пропускная способность линий связи C составляет 2 Мбит/c

 

Время передачи данных по сети с коммутацией каналов складывается из времени распространения сигнала и времени передачи сообщения в канал.

Время распространения сигнала для расстояния 5000 км можно оценить примерно в 25мс  (5000км/200000км/с=0,025с)

Время передачи сообщения в канал при пропускной способности 2 Мбит/c и размере сообщения 200 Кбайт равно:

(200х1024х8 бит)/(200000бит/c)=0,819(с)=819 мс

 То есть всего передача всех данных абоненту N2 в сети с коммутацией каналов  занимает 844 мс.

 

Теперь подсчитаем время передачи такого  же объема данных - 200 Кбайт - в сети с коммутацией пакетов, считая что:

·        пропускная способность линий связи имеет то же значение – 2Мбит/с.

·       Число промежуточных коммутаторов (S1-S10) равно десяти.

·       Исходное сообщение разбивается на пакеты по 4Кбайта, размер заголовка 40 байт

·       Интервалы  (t1) между всеми пакетами одинаковы и равны 1 мс

·       Времена  коммутации (t7) на каждом коммутаторе одинаковы и равны    2 мс

·       Предполагается, что сеть с коммутацией пакетов работает в недозагруженном режиме, то есть очереди практически отсутствуют – t6=0

 

Время передачи первого пакета от узла N1 до коммутатора S1 можно представить в виде суммы нескольких слагаемых:

TN1–S1= t1 + t4 + t5 + t6 + t7.

Где

§  t1 — интервал между пакетами, равный времени формирования пакета, также называемый временем пакетизации, равен 1 мс;

§    t4 время распространения сигнала, представляющего один бит информации, от узла N1 до коммутатора S1. Это время равно частному от деления расстояния L1 между источником и коммутатором S1 на скорость S распространения сигнала. Отразим этот факт в обозначении L1/S= t4(1)

§  t5 —время приема пакета с его заголовком из канала во входной буфер коммутатора S1; это время,  равное (t2 + t3) сумме времен буферизации пакета и заголовка.

Размер пакета в битах: 4Кбайта (данные) + 40байт (заголовок) =(4х1024 +40)х8 бит = 33088 бит;

время буферизации пакета: t5  = (33088 бит) /(2Мб/c)=0,0165с = 16,5 мс

§  t6 — время ожидания пакета в очереди колеблется в очень широких пределах и заранее неизвестно, так как зависит от текущей загрузки сети. В данном случае, когда сеть работает в недозагруженном режиме,  считаем, что это время принебрежимо мало, то есть t6=0.

§  t7 — время коммутации пакета при его передаче в выходной порт фиксировано для конкретной модели и обычно невелико (от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд); в данном случае оно равно 2мс.

С учетом сказанного выше, имеем

TN1–S1= 1 мс + t4(1)+ 16,5 мс +  2 мс =19,5 мс + t4(1)

 

Время TS1–S2 передачи первого пакета от коммутатора  S1 до коммутатора S2 отличается отсутствием составляющей t1=1 мс (пакет уже сформирован) и значением составляющей t4 , которая зависит от расстояния L2 между коммутаторамим S1 и S1. Отразим этот факт в обозначении t4(2)

С учетом сказанного выше, имеем

TS1–S2= 18,5 мс+ t4(2)

Аналогично время передачи данных между каждой парой соседних коммутаторов можно представить в виде:

TS2–S3= 18,5 мс+ t4(3)

TS3–S4= 18,5 мс+ t4(4)

TS4–S5= 18,5 мс+ t4(5)

TS5–S6= 18,5 мс+ t4(6)

TS6–S7= 18,5 мс+ t4(7)

TS7–S8= 18,5 мс+ t4(8)

TS8–S9= 18,5 мс+ t4(9)

TS9–S10= 18,5 мс+ t4(10)

 Время TS10N2 передачи первого пакета от коммутатора  S10 до конечного узла N2 отличается от времен передачи данных между коммутаторами отсутствием составляющей t7= 2мс (в конечном узле отсутствует операция коммутации) и значением составляющей t4(11), которая зависит от расстояния L11 между коммутатором S10 и  конечным узлом N2.

С учетом сказанного выше, имеем

TS10–N2= 16,5 мс+ t4(11)

 

Теперь найдем суммарное время T1 прохождения первого пакета от узла N1 до узла N2.

 

T1 = TN1–S1 + TS1–S2 + ... + TS10–N2 = 19,5мс + (18,5 мс)х9 + 16,5 мс + ∑ t4(i)   =

= 202,5 мс + ( ∑ Li )/S

где i изменяется от 1 до 11.  Сумма растояний между всеми соседними узлами и коммутаторами равна расстоянию L между источником и приемником , то есть  те же 5000км, что и в сети с коммутацией каналов. Отсюда получаем полное время передачи первого пакета равно

T1= TN1–N2 =  0,2025 с + (5000 км)/(200000км/c) = 0,2025с  +0, 025 с = 0,2275 с

 

Каждый из следующих пакетов будет прибывать через интервал 1 мс и занимать еще 16,5 мс на буферизацию. Отсюда время передачи сообщения, состоящего из 50 пакетов, можно оценить следующим образом:

TPS = T1 + (50 – 1) (t1 + t5) = 0,2275+49 (0,001+ 0,0165) = 0,2275+ 49x 0,0175=  0,2275 +0,8575 = 1,0850 = (с).

 

Таким образом, передача данных при указанных условиях по сети с коммутацией пакетов займет 1085 мс, что на 241 мс дольше, чем в сети с коммутацией каналов, в которой эта же передача занимает 844 мс.

 

 

Глава 5

9. Заполните представленную ниже таблицу, установив соответствие между описаниями сетей и их типами (один тип сети не описан).

Ниже представлен один из возможных вариантов заполнения таблицы. Так как не существует  однозначных определений для каждого типа сетей, и некоторые свойства могут быть отнесены к разному типу сетей, то вы можете предложить другой вариант заполнения таблицы. Обоснуйте свое решение.

Описание сети

Корпоративная сеть

Сеть кампуса

Сеть отдела

Сеть оператора

Сеть используется группой сотрудников до 100–150 человек

 

 

+

 

Все сотрудники сети связаны с решением частной бизнес-задачи

 

 

+

 

Сеть создана на основе какой-либо одной сетевой технологии

 

 

+

 

Сеть включает тысячи пользовательских компьютеров, сотни серверов

+

+

 

 

Сеть обладает высокой степенью гетерогенности компьютеров, коммуникационного оборудования, операционных систем и приложений

+

+

 

 

Сеть использует глобальные связи

+

 

 

+

Сеть объединяет более мелкие сети в пределах отдельного здания или одной территории

 

+

 

 

Глобальные соединения в сети не используются

 

+

+

 

Службы сети предоставляют всем сотрудникам доступ к общим базам данных предприятия

+

+

 

 

 

Глава12

11. Какое максимальное время должно пройти до того момента, когда кадр будет отброшен адаптером Ethernet из-за постоянных коллизий при передаче?  

Адаптер отбрасывает кадр своей станции тогда, когда последовательрные 16 попыток его передачи приводили к коллизии. Период между коллизиями состоит из передачи кадра до момента распознавания коллизии и случайной паузы до следующей попытки передачи. В худшем случае адаптер распознает коллизию в конце интервала в 576 битовых интервалов, то есть после передачи начальных бит кадра в течение 57,6 мкс. Адаптер делает 16 таких попыток, поэтому эта составляющая времени до отбрасывания кадра равна 57,6 х 16 = 921,6 мкс. Если каждый раз при первых 10 коллизиях адаптер выбирает максимальное значение случайной паузы в 2N х 51,2  (мкс), то суммарное значение первых 10 пауз будет равно 51,2 х (2N+1 – 2) = 104755.2 мкс. Оставшиеся 5 пауз будут равны максимальному значению 51,2 х 210 = 52428,8 мкс, что в сумме дает 262144 мс. Таким образом, максимальное значение паузы до отбрасывания кадра равно 367820 мкс = 368 мс   

 

Глава 15

2. Какие из следующих утверждений верны всегда?

Ответ: а) и г).

·       а) каждый интерфейс маршрутизатора имеет сетевой адрес; Да всегда, маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей, следовательно, каждый его интерфейс имеет собственный IP-адрес

·       б) каждый интерфейс моста/коммутатора имеет сетевой адрес; Нет, не всегда, так как для выполнения каждым интерфейсом коммутатора своих основных функций, относящихся к физическому и канальному уровням, сетевые адреса не требуются. Однако в некоторых случаях, например, если коммутатор имеет блок управления по протоколу сетевого уровня SNMP, ему должен быть назначен сетевой адрес.

·       в) каждый маршрутизатор имеет собственный сетевой адрес; Нет, сетевые адреса присваиваются каждому интерфейсу, а не целиком маршрутизатору. Однако при выполнении маршрутизатором дополнительных функций, связанных с системой управления сетью, отдельный адрес может быть присвоен блоку управления маршрутизатора.

·       г) каждый интерфейс маршрутизатора имеет MAC-адрес. Да, всегда.

 

 

5. Пусть вам ничего не известно о структуре сети, но в вашем распоряжении имеется

следующая таблица соответствия IP-адресов и DNS-имен нескольких узлов сети.

IP-адрес узла

123.1.0.01

123.1.0.02

123.1.0.03

123.1.0.04

?

?

DNS-имя узла

w1.mgu.ru

w2.mgu.ru

w3.mgu.ru

w4.mgu.ru

w5.mgu.ru

w6.mgu.ru

 

 

Что вы можете сказать об IP-адресах узлов, имеющих DNS-имена w5.mgu.ru и w6.mgu.ru?

Определить IP-адреса этих узлов В ОБЩЕМ СЛУЧАЕ НЕЛЬЗЯ,  так как не существует глобальной, справедливой во всех случаях зависимости между сетевыми адресами и доменными именами. Но иногда администратор при назначении доменных имен может руководствоваться некоторым собственным алгоритмом преобразования IP-адресов в доменные имена. В  таких ЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ по доменному имени можно определить соответствующий IP-адрес. Следовательно, в данном примере мы можем сказать, что узлы w5.mgu.ru и w6.mgu.ru  имеют сетевые адреса 123.1.0.04 и 123.1.0.04 соответственно, только в том случае, если доподлинно известно, что узлу с адресом вида 123.1.0.N в данной сети администратор всегда присваивал имя, имеющее вид wN.mgu.ru.

 

10. Какое максимальное количество подсетей теоретически можно организовать, если в вашем распоряжении имеется сеть класса В? Какое значение должна при этом иметь маска?

Ответ . Максимум можно организовать 16 385 подсетей. При этом маска должна иметь значение 255.255.255.252

Для нумерации подсетей и узлов в сети класса В отводится ОБЩЕЕ адресное поле размером два байта. Следовательно, чем меньше разрядов адресного поля отводится под нумерацию узлов, тем больше разрядов остается для нумерации сетей и тем большее число сетей можно организовать. Максимальное число сетей соответствует случаю, когда все сети имеют минимально возможное число узлов. Попробуем для начала отвести под нумерацию узлов только один бит, а оставшиеся 15 – под нумерацию подсетей. В таком случае на каждую подсеть придется только два адреса, задаваемые значениями бита 0 и 1. Однако ни тот, ни другой адрес не может быть использован для адресации конечных узлов, так как в такой вырожденной сети эти адреса являются зарезервированными неопределенным и широковещательным адресами. Следовательно, одного бита для адресации узлов даже самой маленькой подсети недостаточно. Отведем для этой цели два бита. С их помощью можно задать 4 адреса: 00, 01, 10, 11. Два из них 00 и 11 являются зарезервированными, а оставшиеся два – 01 и 10 могут быть использованы для адресации сетевых интерфейсов. Оставшиеся 14 битов можно использовать для нумерации подсетей, количество которых равно 16 385. Маска для такой структуризации сети – 255.255. 255. 252.