М.М. Бутаев, А.Д. Сафронов. Производительность коммутатора

Бутаев М.М., Сафронов А.Д. Производительность коммутатора Ethernet при
несимметричном трафике. // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике
и технике: Сб. статей XII Междунар. научно-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2012. – С. 61-63.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КОММУТАТОРА ETHERNET
ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОМ ТРАФИКЕ
М.М. Бутаев, А.Д. Сафронов
ОАО «Научно-производственное предприятие «Рубин»,
г. Пенза, Россия, butaevmm@gmail.com
Обоснование технического требования к пропускной способности коммутатора ЛВС Ethernet
для работы с несимметричным трафиком.
Butaev M.M., Safronov A.D. Performance of ethernet switch at the asymmetrical traffic. Technical requirements substantiation to throughput of the LAN Ethernet switch for work with the asymmetrical traffic.
В локальных вычислительных сетях Ethernet коммутатор является одним из
наиболее распространенных и ответственных сетевых устройств. От правильного
выбора и настройки коммутатора зависят многие характеристики сети. Одной из
таких характеристик является пропускная способность. При проектировании сети
сравнивают объем планируемого трафика с пропускной способностью
выбираемого коммутатора. Перегрузка коммутатора вызывает систематические
потери фреймов, а недогрузка неоправданно увеличивает стоимость оборудования.
При работе со стеком протоколов TCP/IP потери фреймов приводят к их
повторному запросу, что увеличивает объем трафика, снижает полезную
пропускную способность сети. Кроме того, возрастает "дрожание" фреймов,
снижается QoS сети, что особенно критично при работе в режиме реального
времени.
Современные распространенные протоколы Ethernet 100BASE и 1000BASE
реализуют полнодуплексный обмен данными. Требование на производительность
коммутаторов таких протоколов при симметричном трафике определяется как
удвоенная сумма пропускных способностей всех портов [1]. Например, коммутатор
с 16-ю 100 Мбит/сек портами должен иметь производительность не ниже
3,2 Гбит/сек, а если необходим еще один порт на 1 Гбит/сек, то – 4,2 Гбит/сек.
Симметричный трафик означает, что через любой порт может передаваться в оба
направления максимальный объем данных в единицу времени.
При несимметричном трафике через некоторые порты осуществляется обмен
существенно большим объемом данных, чем через другие, а также через
конкретный порт объем трафика на прием и объем трафика на передачу
значительно отличаются. Характер нагрузки иной и требования к
производительности коммутаторов другие. Несимметричный трафик имеет место в
системах сбора данных, системах контроля доступа на объекты,
автоматизированных системах складского учета и т.д. При определенных условиях
даже односерверная клиент-серверная система имеет несимметричный трафик.
Например, одно из многих оконечных устройств посылает в сервер небольшой
объем данных (данные RFID-датчика). Пройдя через вычислительную сеть, запрос
поступает в сервер, обрабатывается, и ответ на запрос (объемом в 10 и более раз
больше запроса) направляется в то же оконечное устройство. Коммутатор
мультиплексирует
запросы от
множества
оконечных
устройств и
демультиплексирует ответы на запрос. Эти потоки проходят по разным цепям
(полный дуплекс) и друг на друга практически не влияют. Очевидно, наибольший
трафик будет в сегменте "сервер-коммутатор". Если объем данных больше в ответе
на запрос, то наиболее загруженным будет передача от сервера в коммутатор, а
иначе – от коммутатора в сервер. При проектировании необходимо оценивать
способность коммутатора обеспечить обработку наиболее нагруженного трафика,
который обрабатывается одним портом, следовательно, в сегменте "серверкоммутатор" необходимо сравнивать требуемую пропускную способность с
пропускной способностью одного порта коммутатора на прием, если трафик
ответов на запрос больше трафика запросов, и на передачу, если больше трафик
запросов.
Например, 100 оконечных устройств, генерируют каждый 1 запрос в секунду
(размер запроса до 1518 байт), и получают в ответ данные в объеме 100 кбайт.
Отсюда получается следующее требование на пропускную способность одного
порта коммутатора. Размер фрейма Ethernet наибольшего размера равен 12352 бит.
Межфреймовый промежуток равен 49 бит. Данные размером 100 кбайт =
811200 бит передаются в 811200/12144 = 67 фреймов. Суммарный объем данных
потока ответов на запрос равен: 100*67*(12352+49) = 83086700 бит/сек. Такой
объем можно передать через порт 100BASE при большом значении коэффициента
его использования.
Таким образом, при проектировании телекоммуникационной сети, учитывая
особенности трафика, можно найти более оптимальное техническое решение,
позволяющее обеспечить выполнение исходных требований при меньших затратах.
Библиографический список
1. Cisco Switch Guide // Режим доступа: http://www.cisco.com/