Ethernet
Valutazione delle prestazioni di shared Ethernet eseguita tramite simulatore ESA
Corso di Reti di Calcolatori Prof. Orazio Mirabella
Le prove eseguite
Allo scopo di studiare il comportamento di Ethernet sono state effettuate diverse valutazioni di prestazioni al variare del numero di stazioni, del workload e della lunghezza media delle frame.
Le curve mostrate nel seguito sono state
ottenute col simulatore ESA disponibile sul
sito.
Set prove 1 : al variare del numero di stazioni
Infatti avremo :
10 stazioni * 20 frame/sec * 1000 bit/frame = 200kbit 10 stazioni * 750 frame/sec * 1000 bit/frame = 7.5 Mbit 20 stazioni * 10 frame/sec * 1000 bit/frame = 200kbit 20 stazioni * 375 frame/sec * 1000 bit/frame = 7.5 Mbit In questo set di prove si vuole osservare in quale maniera il numero di stazioni influenza il comportamento di ethernet, quando il workload complessivo varia in tutte le prove tra due valori fissati.
Ad esempio per avere un workload minimo di 200kbit ed uno massimo di 7.5Mbit, con lunghezza delle frame media di 1000bit, nel caso di 10 stazioni ognuna di esse avrà un range di
generazione da 20 frame/sec a 750 frame/sec, mentre nel caso di 20 stazioni il range sarà da 10 frame/sec a 375 frame/sec.
Set prove : Scenario 1
Workload tot. min : 200 kbit/sec Workload tot. max : 7.5 Mbit/sec Data rate : 10 Mbit/sec
Average frame length : 1000bit Traffic function : linear
Durata simulazione : 5 sec
Di seguito verranno mostrati i grafici delle singole prove:
n.b.:
Il workload sull’asse delle ascisse è misurato come
percentuale della larghezza di banda del canale
(10Mbps) disponibile.
Prova 1.1 : 5 stazioni
Il workload per ogni stazione varia da 40 a 1500 frame/sec
Data transmission Unused
Wasted in collisions
Prova 1.2 : 10 stazioni
Il workload per ogni stazione varia da 20 a 750 frame/sec
Data transmissio Unused Wasted in collision
Prove 1.3 : 15 stazioni
Il workload per ogni stazione varia da 13 a 500 frame/sec
Data transmissio Unused Wasted in collision
Prova 1.4 : 20 stazioni
Il workload per ogni stazione varia da 10 a 375 frame/sec
Data transmissio Unused Wasted in collision
Commenti generali
Come si puo’ osservare, l’aumento rapido del numero di frame in coda è sempre correlato al raggiungimento della saturazione del canale. Cio’ è dovuto al fatto che quando il sistema va in
saturazione il tempo di servizio di ogni nodo è maggiore del tempo di generazione delle frame. Pertanto si produce un incremento indefinito delle dimensione della coda.
Cio’ si nota anche osservando il grafico dell’access delay. Questo grafico puo’ considerarsi corretto fino a quando la lunghezza media delle code è stabilizzata ad un valore di regime. In saturazione il grafico invece non tiene conto delle frame in coda che non vengono mai servite in quanto la lunghezza delle code cresce in maniera indefinita. Le curve, in saturazione, hanno solo un valore qualitativo.
Ovviamente anche la banda sprecata nelle collisioni non aumenta piu’ quando si raggiunge il valore di saturazione.
Scenario 1 : Throughput
Gli effetti principali sul throughput dell’aumento del numero di stazioni sono due :
l Si anticipa leggermente il raggiungimento della saturazione
l Il throughput raggiunto in condizioni di saturazione diminuisce all’aumentare del numero di stazioni
5 stazioni
10 stazioni
15 stazioni
20 stazioni
L’aumento del numero di stazioni comporta un
incremento nel numero delle
collisioni con conseguente
aumento di banda sprecata
(vedi dispositiva successiva).
Scenario 1 : wasted bandwith
Gli effetti principali sull’utilizzo della banda dell’aumento del numero di stazioni sono :
l Aumento della banda sprecata nelle collisioni
l Diminuizione della banda inutilizzata
l Leggera diminuzione della banda utilizzata per le trasmissioni dati.
5 stazioni
10 stazioni
15 stazioni
20 stazioni
LEGENDA (1) Data transmission (2) Unused
(3) Wasted in collision
(1) (2) (3)
(1) (2) (3)
(1) (2) (3)
(1) (2) (3)
Scenario 1 : frames on queue
All’aumentare del numero di stazioni il numero di frame in coda per ogni stazione diminuisce perché a parità di workload totale la frequenza di generazione frame di ogni stazione è minore.
Ad esempio, nel caso 10 stazioni ho una generazione max di 750 frame/sec per ogni stazione , mentre nel caso di 20 stazioni questa è 375 frame/sec. Quindi in condizioni di
congestione della rete la coda del primo caso crescerà piu’ velocemente rispetto a quella del secondo caso.
Se invece consideriamo il numero totale di frame in coda, esso è maggiore quando è maggiore il numero di stazioni. Infatti come già visto all’aumentare delle stazioni diminuisce il throughput complessivo a causa dell’aumento delle collisioni.
5 stazioni
10 stazioni
15 stazioni
20 stazioni
Scenario 1 : Distribuzione Collisioni (1/2)
Come si puo’ osservare, per bassi valori di workload la distribuzione delle collisioni non è influenzata dal numero di stazioni. Il basso valore di workload fa si che la differenza del numero di collisioni tra i due casi sia esigua.
( la prima colonna si riferisce al numero di frame senza collisioni)
5 stazioni
20 stazioni
10 % 18 % 26%
Bandwidth (%):
Scenario 1 : Distribuzione Collisioni (2/2)
Quando il workload si avvicina al valore di saturazione si ha che la distribuzione delle collisioni :
• Mantiene nei due casi un andamento simile, a testimonianza del comportamento fair dell'algoritmo BEB.
• In saturazione il numero delle collisioni è comunque maggiore quando il numero di stazioni è maggiore.
5 stazioni
20 stazioni
34 % 42 % 59%
Bandwidth (%):
Scenario 2 : variazione frame length
Questo set di prove si propone di analizzare il comportamento di una rete ethernet al variare della lunghezza media delle frames.
Vedremo cosa accade quando la lunghezza delle frame è quella
massima prevista dallo standard , 208 bit (campi obbligatori) + 12000 bit (dati) = 12208 bit.
Al fine di mantenere costanti i valori totali di workload minimo e massimo, abbiamo opportunamente scelto le frequenza di generazione frame.
Es: ( considerando 10 stazioni e workload totale tra 200kbps e 7.5Mbps)
frame = 3000bit : range generazione per stazione da 7 a 250 frame/sec frame = 12208bit : range generazione per stazione da 2 a 61 frame/sec
Set prove: Scenario 2
Workload tot. min : 200 kbit/sec Workload tot. max : 7.5 Mbit/sec Data rate : 10 Mbit/sec
Traffic function : linear Durata simulazione : 5 sec Numero stazioni : 10
Le prove sono state effettuate per lunghezze
frame di : 12208bit, 3000bit, 1000 bit
Scenario 2 : throughput
Come si può vedere dai grafici al diminuire della lunghezza delle frame il throughput
diminuisce, in quanto aumenta il numero delle frame trasmesse da ogni stazione, e quindi il numero di collisioni. (vedi successiva diapositiva ) La saturazione si raggiunge prima in presenza di frame di minore lunghezza.
Frame : 3000bit Frame : 12208bit
Frame : 1000bit
Scenario 2 : wasted bandwith
La banda sprecata per le collisioni aumenta al diminuire della lunghezza delle frame.
Infatti per trasmettere la stessa quantità di bit, si devono
trasmettere piu’ frame.
La banda utilizzata per la trasmissione di dati è maggiore con frame piu’ lunghe, in quanto ogni frame trasporta una
quantità maggiore di dati.
Frame : 3000bit Frame : 12208bit
Frame : 1000bit
(1) (2) (3)
(1) (2) (3) LEGENDA (1) Data transmission (2) Unused
(3) Wasted in collision
(1) (2) (3)
Scenario 3 : violazione della lunghezza minima delle frame.
Al fine di evitare che una stazione possa terminare la spedizione di un pacchetto corto prima che il primo bit abbia raggiunto l’estremità più lontana del cavo dove potrebbe collidere con un altro pacchetto, e sia ritornato indietro, lo standard prevede una lunghezza minima della frame.
In una LAN a 10Mbit/sec, lunga 2500 m un pacchetto deve impiegare almeno 51.2 microsecondi per
raggiungere l’estremità piu’ lontana e ritornare. Cio’
equivale ad una lunghezza frame di 512 bit, ovvero 64 byte.
Scenario 3 : prove di violazione del protocollo
Sulla base di quanto detto in precedenza verifichiamo il comportamento della rete quando la lunghezza frame media è al di sotto della soglia di 512 bit
Abbiamo eseguito due prove con
lunghezza frame di 400 bit e 600 bit.
Set prove: Scenario 3
Workload tot. min : 200 kbit/sec Workload tot. max : 7.5 Mbit/sec Data rate : 10 Mbit/sec
Traffic function : linear Durata simulazione : 5 sec Numero stazioni : 10
Le prove sono state effettuate per lunghezze frame di : 600 bit e 400 bit
Scenario 3 : throughput
Come si vede, se consideriamo l’intervallo che precede le saturazioni il throughput è maggiore nel caso di lunghezza 600 bit .
Nel secondo caso le frame possono essere perse, ovvero entrare in collisione senza che la stazione che le trasmette se ne possa accorgere.
Frame 600 bit
Frame 400 bit
Scenario 3 : frame perse in collisioni non rilevate
Frame 600 bit
Frame 400 bit
12378 0
42%
7351 0
34%
3493 0
26%
987 0
18%
28 0
10%
0 0
2 %
Frame perse (400 bit ) Frame
perse (600 bit )
%bandwidth
