ETHERNET Quadro Desempenho do canal

Padrão IEEE 802.3 rede em barra, utilizando CSMA/CD como método de acesso Padrão IEEE 802.4 rede em barra, utilizando passagem de permissão como método de acesso Padrão IEEE 802.5 rede em anel, utilizando passagem de permissão como método de acesso

Padrão IEEE 802.3 Controle de acesso e cabeamento CSMA/CD como controle de acesso ao meio espera aleatória exponencial truncada Velocidade: 1 a 10 Mbps Cabeamento 10 Mbps 500 m sinalização em banda BASE 10BASE5

Padrão IEEE 802.3 Preâmbulo 7 bytes contendo o padrão 10101010 código Manchester deste padrão produz uma onda quadrada de 10Mhz por 5.6 s para permitir que o clock do receptor sincronize com o do transmissor

Padrão IEEE 802.3 Delimitador de início contém o padrão 10101011 e marca o início do quadro Endereços endereço do destino e endereço do remetente podem ter dois formatos alternativos (2 ou 6 bytes) bit mais significativo do endereço destino é 0 para um endereço comum ou 1 para endereço de grupo bit 46 indica se o endereço é local ou global

Padrão IEEE 802.3 Tamanho do campo de dados indica o número de bytes do campo de dados (0 a 1500) tamanho mínimo do quadro deve ser igual a 64 bytes quadros muito pequenos causam confusão com restos de quadros colididos o quadro deve ter um tamanho mínimo de modo a prevenir que uma estação complete sua transmissão antes de seu início alcançar toda a extensão do cabo

Padrão IEEE 802.3 Tamanho do campo de dados (continuação) pode ser necessário preencher com informação insignificante (pad) para a obtenção de um quadro com o tamanho mínimo Checksum CRC

Padrão IEEE 802.2 LLC (Logical Link Control) Sub-camada MAC responsável pelo controle de acesso ao meio Sub-camada LLC responsável por multiplexação controle de erro controle de fluxo

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Um dos muitos problemas que encontramos em redes de computadores está na questão de alocar recursos para atender a demandas que competem por tais recursos. Esta demanda acontece, por exemplo, quando um grande número de usuários deseja acessar recursos de diferentes tipos exigindo capacidade de processamento, capacidade de comunicação, etc. Considere uma variedade de recursos, roteadores, switches, canais de comunicação, dentre outros e todos podendo realizar suas atividades dentro de uma dada taxa finita (ou seja, recursos reais sempre com capacidade finita).

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Em busca de solução para esta questão existem os sistemas compartilhados que precisam ter uma taxa de demanda dos usuários pelo trabalho do sistema, menor do que a capacidade total do sistema. Qualquer sistema de compartilhamento de recursos considera: 1. O tempo de resposta, ou retardo do sistema. 2. A vazão Quando analisamos nossa rede de comunicação de dados e observamos que o tempo médio de resposta apresenta um retardo médio elevado, o que fazer? Devemos então atuar, reduzindo o fator de utilização, ou aumentando a capacidade do sistema. Desta forma estamos pagando um preço que a rigor será a diminuição da vazão ou pagando mais caro por uma capacidade maior.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET PARÂMETROS DE DESEMPENHO DE REDE : Capacidade - largura de banda – A capacidade de transporte de dados de um circuito ou rede, em bps. Nas comunicações digitais, a largura de banda se refere à taxa de dados ou a capacidade do canal considerando a banda (B) em Hz oferecida e a relação sinal ruído (S/N), dado pela fórmula de Shannon, que nos dá: C = B log 2 ( 1 + S/N) bps. Essa é a capacidade teórica de um canal de comunicação. Utilização – a porcentagem da capacidade total disponível em uso. Uma regra típica para Ethernet compartilhada é que a utilização média não deva exceder 37% - estudos do IEEE com estruturas de 128 bytes e rede de 10 Mbps. No caso de redes remotas WAN`s, a utilização da rede deve ser igual a 70% oferecendo suporte para picos de tráfego.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Vazão (Throughput): a medida de capacidade do fluxo de dados, (dados isentos de erros),transferidos com sucesso entre dois nós por unidade de tempo e medido em bps – bits por segundo. Abaixo vemos alguns exemplos da velocidade máxima teórica em “pps” para um fluxo Ethernet, baseada no tamanho de sua estrutura: Tamanho da estrutura em bytes PPS máximo de Ethernet a 10Mbps 64 14.880 1024 1197 1518 812

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Os dispositivos de interligação de redes (switch, por exemplo) podem encaminhar pacotes a uma taxa máxima. Um switch Cisco Catalyst 5000 pode transmitir para 30 portas o máximo teórico de 30 fluxos Ethernet, se considerarmos o tamanho da estrutura de 1518 bytes, podemos ter: 30 x 812 = 24.360 pps

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Retardo ou atraso ( delay): o retardo médio necessário para entregar uma mensagem (ou pacote) é uma das medidas mais importantes em redes de comunicação de dados. O retardo em cada enlace consiste de quatro componentes: 1)Retardo devido ao processamento corresponde ao instante em que o pacote é corretamente recebido pelo nó e o instante em que ele é alocado a uma fila no enlace de saída. Switches da Camada 2 e da Camada 3 apresentam latências na faixa de 10 a 50 microssegundos para pacotes IP de 64 bytes. 2) O tempo de espera. Na fila entre o instante em que o pacote é alocado a uma fila para transmissão e o instante em que ele começa a ser transmitido. Os atrasos de fila podem ser, na prática, da ordem de milissegundos a microssegundos. O atraso devido à comutação de pacotes pode incluir o retardo de enfileiramento. O número de pacotes em uma fila de um dispositivo de pacotes aumenta exponencialmente à medida que cresce a utilização.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET - Há um tempo de transmissão, entre os instantes em que o primeiro e o último bit do pacote são transmitidos. É o tempo do roteador empurrar o pacote para fora. É uma função do comprimento do pacote (L) e da taxa de transmissão do enlace. (nada tem a ver com a distância entre os roteadores) •Há um retardo de propagação (propagation delays), entre o instante em que o último bit é transmitido de uma extremidade do enlace até o instante em que ele é recebido no nó da outra extremidade. É proporcional à distância física entre o transmissor e o receptor. È geralmente pequeno salvo em enlaces de satélite * Exemplo do retardo em transmissão de satélite.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET O atraso de propagação é a distância entre dois nós, (roteadores, ou switches) dividida pela velocidade de propagação. Ex: Transmissão oferecida por meio de fibra óptica, ou fio de cobre, apresenta velocidade de propagação na faixa de 2.10 8 m/s a 3. 10 8 m/s. (um pouco menor que a velocidade da luz). Variação do retardo. A variação da quantidade de tempo médio de retardo. O retardo deve ser constante para aplicativos de voz e vídeo. Variações, denominadas de jitter, causam interrupções na qualidade da voz e saltos no fluxo de vídeo. Tempo de Resposta. O intervalo de tempo entre a solicitação de algum serviço de rede e uma resposta ao pedido. Em aplicações interativas o esperado é de 100ms.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET O que os aplicativos podem colocar na rede??.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Tipo do objeto Tamanhos aproximados Tamanho em Kbytes 1) Mensagem de correio eletrônico 10 2) Planilha eletrônica 100 3) Página da WEB(incluindo elementos gráficos gif e jpeg 50 4) Tela de terminal 4 5) Tela gráfica de computador 500 Aplicando em um exemplo: Matriz – com um switch Filial – outro switch Fluxo: circuito entre Filial e a Matriz, com aplicação: controle administrativo, Aplicativo: planilha. Enviada diariamente, apenas uma vez ao final do dia.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Considerando o nosso exemplo, se tivermos 1 byte com 8 bits, teremos 800 kbytes. Numa estrutura de 1024 bits (comprimento médio), teremos [800 k ÷ 1024 = 781 pacotes]. Neste momento, buscando a tabela 1 (PPS máximo para Ethernet – 10 Mbps – com frame de 1024 se obtém: 1197 pacotes por segundo). Desta forma a taxa de 1197 pacotes em 1 segundo, o envio de 781 pacotes será feito em menos de 1 segundo.

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Vamos partir para um novo exemplo, aumentando a taxa de envio de pacotes, para dimensionar a partir do fluxo que ofereça o pior caso. Vamos estimar um link de 56 kbps. LOCALIDADE A - CIRCUITO DEDICADO – LOCALIDADE B Um switch de pacotes tem cinco usuários, cada qual oferecendo pacotes a uma taxa média de 10 pacotes por segundo. O comprimento médio de pacotes é de 1024 bits. O switch precisa transmitir seus dados sobre um circuito WAN de 56 Kbps. Questão: Você contrataria este circuito de 56 Kbps?

DESEMPENHO NO CANAL ETHERNET Resolução: Carga = 5 x 10 x 1024 = 51.200 bps Utilização =- 51.200 / 56.000 = 91,24%. Muito além dos 70% portanto em variações de pico teremos comprometimento. (2) Vamos considerar agora uma simples regra de três, se 51200 corresponder aos 70% desejados, teremos a necessidade contratar um link de 73142 kbps. No entanto, vamos pensar de forma prática, quais velocidades são ofertadas pelas empresas? As empresas oferecem circuitos nas velocidades de: 64 kbps, 128 kbps, 256 kbps, 512 kbps. 1 mbps , 2 mbps, etc.... Ou seja, na prática vamos contratar o link de 128 kbps, ainda que bem mais alto do que o desejado. É importante lembrar que quando um switch enfileira os pacotes recebidos como parte do processo de armazenamento e encaminhamento e se a fila já contém pacotes, o novo pacote precisará esperar enquanto a CPU encaminha pacotes que chegaram mais cedo. Tais atrasos são conhecidos como atrasos de filas (queueing delays).

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