Вплив топології зв'язків і продуктивності комунікаційних пристроїв на пропускну здатність мережі
Можливість зміни топології зв'язків між вузлами мережі надає мережному інтегратору широкі можливості для підвищення пропускної спроможності як мережі в цілому так і її окремих ділянок. Навіть при фіксованих пропускних спроможностях каналів зв'язків наявність двох альтернативних каналів між якими-небудь вузлами зразу ж в два рази підвищує пропускну спроможність мережі при взаємодії цих вузлів.
Локальні мережі, що використовують тільки повторители/концентратори, повинні будуватися по цілком певній топології - загальної шини, кільця або зірки, яка визначається базовою мережною технологією, що використовується (Ethernet, TokenRing і т.п.). Проте при використовуванні мостів, комутаторів або маршрутизаторів з'являється можливість використовувати складніші топології, відмінні від стандартних. Вибір відповідної топології мережі може розв'язати багато проблем вузьких (відносно пропускної спроможності) місць мережі. Це пов'язано не тільки з наявністю додаткових каналів зв'язку, але і з тією обставиною, що мережа утворює у такому разі не одне загальне середовище, що розділяється між всіма вузлами мережі, а декілька таких середовищ, пропускна спроможність яких розділяється вже тільки між вузлами даного сегменту мережі.
Безумовно, великий вплив на пропускну спроможність мережі має і продуктивність таких комунікаційних пристроїв як мости, комутатори і маршрутизатори. Ця продуктивність повинна бути достатньою для передачі міжсегментного або міжмережевого трафіку між частинами мережі, які утворюються в результаті установки в мережу пристроїв даного типу. Втрати кадрів або пакетів мостами, комутаторами або маршрутизаторами можуть приводити до значного зниження пропускної спроможності мережі, особливо якщо відновлення загублених пакетів здійснюється пртоколами з великими значеннями тайм-ауту очікування квитанцій, як це було показано в роздiлi 2.1.6.
Середовище передачі, що розділяється, як причина зниження продуктивності мережі
Повторювачі і концентратори локальних мереж реалізують базові технології, розроблені для середовищ передачі даних, що розділяються. Класичним представником такої технології є технологія Ethernet на коаксіальному кабелі. В такій мережі всі комп'ютери мережі розділяють в часі єдиний канал зв'язку, утворений сегментом коаксіального кабелю.
При передачі яким-небудь комп'ютером кадру даних вся решта комп'ютерів приймає його по загальному коаксіальному кабелю, знаходячись з передавачем в постійному побитном синхронізмі. На час передачі цього кадру ніякі інші обміни інформації в мережі не дозволяються. Спосіб доступу до загального кабелю управляється нескладним розподіленим механізмом арбітражу - кожний комп'ютер має право почати передачу кадру, якщо на кабелі відсутні інформаційні сигнали, а при одночасній передачі кадрів декількома комп'ютерами схеми приймачів вузлів уміють розпізнавати і обробляти цю ситуацію, звану колізією. Обробка колізії також нескладна - всі передаючі вузли припиняють виставляти біти своїх кадрів на кабель і повторюють спробу передачі кадру через випадковий проміжок часу.
При підключенні до загального каналу мережі Ethernet кожний вузол користується його пропускною здатністю 10 Мб/с протягом тільки деякої частки загального часу роботи мережі. Відповідно, на вузол доводиться ця ж частка пропускній здатності каналу. Навіть якщо спрощений вважати, що всі вузли одержують рівні частки часу роботи каналу і непродуктивні втрати часу отстутствуют, то за наявності в мережі N вузлів на один вузол доводиться тільки 10/N Мб/с пропускній здатності. Очевидно, що при великих значеннях N пропускна спроможність, що виділяється кожному вузлу, виявляється настільки малою величиною, що нормальна робота додатків і користувачів стає неможливою - затримки доступу до мережних ресурсів перевищують тайм-аути додатків, а користувачі просто відмовляються так довго чекати відгуку мережі.
Випадковий характер алгоритму доступу до середовища передачі даних, прийнятий в технології Ethernet, ще усугубляє ситуацію. Якщо запити на доступ до середовища генеруються вузлами у випадкові моменти часу, то при великій їх інтенсивності вірогідність виникнення колізій також зростає і приводить до неефективного використовування каналу: час виявлення колізії і час її обробки складають непродуктивні витрати. Частка часу, протягом якого канал надається в розпорядження конкретному вузлу, стає ще меншою.
До недавнього часу в локальних мережах рідко використовувалися мультимедійні додатки, перекачуючі великі файли даних, нерідко що складаються з декількох десятків мегабайт. Додатки ж, що працюють з алфивитно-цифровою інформацією, не створювали значного трафіку. Тому довгий час для сегментів Ethernet було дійсним емпіричне правило - в сегменті, що розділяється, не повинно бути більше 30 вузлів. Тепер ситуація змінилася і нерідко 3-4 комп'ютери повністю завантажують сегмент Ethernet з його максимальною пропускною здатністю в 10 Мб/с або ж 14880 кадрів в секунду.
Обмеження, пов'язані з виникаючими колізіями і великим часом очікування доступу при значному завантаженні сегменту, що розділяється, частіше за все виявляються більш серйозними, ніж обмеження на максимальну кількість вузлів, визначену в стандарті з міркувань стійкої передачі електричних сигналів в кабелях.
Техногия Ethernet була вибрана як приклад при демонстрації обмежень, властивих технологіям локальних мереж, оскільки в цій технології обмеження виявляються найбільш яскраво, а їх причини достатньо очевидні. Проте подібні обмеження властиві і всім іншим технологям локальних мереж, оскільки вони спираються на використовування середовища передачі даних як одного ресурсу, що розділяється. Кільця TokenRing і FDDI також можуть використовуватися вузлами мережі тільки в режимі ресурсу, що розділяється. Відмінність від каналу Ethernet тут полягає тільки в тому, що маркерний метод доступу визначає детерміновану черговість надання доступу до кільця, але як і раніше при наданні доступу одного вузла до кільця вся решта вузлів не може передавати свої кадри і повинні чекати, поки володіючий правом доступу вузол не завершить свою передачу.
Загальне обмеження локальних мереж, побудованих тільки з використанням повторителей і концентраторів, полягає в тому, що загальна продуктивність такої мережі завжди фіксована і рівна максимальній продуктивності протоколу, що використовується. І цю продуктивність можна підвищити тільки перейшовши до іншої технології, що пов'язане з дорогою заміною всього устаткування. Розглянуті обмеження є платнею за переваги, які дає використовування каналів, що розділяються, в локальних мережах. Ці переваги істотні, недаремно технології такого типу існують вже близько 20 років. До переваг потрібно віднести в першу чергу: простоту топології мережі; гарантію доставки кадру адресату при дотриманні обмежень стандарту і коректно працюючій апаратурі; простоту протоколів, низьку вартість мережних адаптерів, повторителей і концентраторів. Проте процес витіснення повторителей і концентраторів, що почався, комутаторами говорить про те, що пріоритети змінилися, і за підвищення загальної пропускної здатності мережі користувачі готові піти на витрати, пов'язані з придбанням комутаторів замість концентраторів.
