АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра автоматической электросвязи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЕТИ АбонентскОГО доступА и ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ.

Методические указания к курсовой работе

(для студентов очной формы обучения специальности

380140-Сети связи и системы коммутации)

 

Часть 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2004

Составитель: Ю.М. Гармашова. Сети абонентского доступа и цифровые сети интегрального обслуживания. Методические указания к курсовой работе (для студентов очной формы обучения специальности 380140 - Сети связи и системы коммутации) Часть 2.- Алматы: АЭИС, 2004. –  16 с.    

 

 

Методические указания содержат задание и руководство к выполнению курсовой работы, принципы определения пропускной способности магистральных каналов сети ATM.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 380140 – Сети связи и системы коммутации.

Ил.2, табл. 6, библиогр. –  5 назв. 

 

 

 

 

 

 

 

Рецензент: д-р техн. наук., проф. Г.П. Данилина.

 

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2004 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ã Алматинский институт энергетики и связи, 2004 г.

Настоящие методические указания составлены в помощь студентам 5 курса очного отделения специальности Сети связи и системы коммутации, изучающим курс Сети абонентского доступа и цифровые сети интегрального обслуживания (ЦСИО).

 

 

Общие указания и выбор варианта

 

 

Выполнение курсовой работы направлено на получение знаний, связанных с вопросами определения пропускной способности магистральных каналов  сети ATM.

Курсовая работа посвящена вопросам определения пропускной способности магистральных каналов сети ATM крупной корпорации. Студентам необходимо самостоятельно определить категорию пользователей сети и произвести все необходимые расчеты в соответствии с вариантом.

Последовательность выполнения работы и пояснения к заданию даны в методических указаниях по выполнению курсовой работы. Пояснительная записка пишется на одной стороне каждого листа белой (без линеек) бумаги.

В курсовой работе приводятся необходимые обоснования принимаемых решений, выполненные расчеты, функциональные схемы, таблицы и графики, необходимые для пояснения. В работе не следует помещать описательный материал, имеющийся в учебниках и учебных пособиях. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию в ФС РК 10352-1910-У-е-00/-2002. Работы учебные.

Каждый студент выполняет курсовую работу в одном варианте. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета и первой буквой фамилии студента. Исходные данные, помещенные в таблице 1.1, выбирают по первой букве фамилии студента, данные из таблицы 1.2 выбирают по последней цифре номера студенческого билета, а данные из таблицы 1.3 - по предпоследней цифре номера и данные из таблицы 1.4 - по первой букве фамилии студента.

Допущенная к защите курсовая работа защищается перед комиссией, состоящей из двух преподавателей кафедры.

 

 

1 Содержание пояснительной записки курсовой работы

 

 

В пояснительной записке необходимо: обосновать цель курсовой работы, произвести расчеты в соответствии с исходными данными и в заключение сделать вывод о проделанной работе.

 

 

 

Задание к курсовой работе

 

Сеть АТМ построена на основе объединения локальных сетей корпораций. Локальная сеть каждой корпорации строится по технологии Fast Ethernet  100Base-TX с пропускной способностью 100 Мбит/с. Необходимо определить пропускную способность магистральных каналов сети ATM крупной корпорации. Для этого в курсовой работе необходимо сделать следующее:

1 Определить количество пользователей всех категорий.

2 Определить общий объем передаваемой информации между локальными сетями в течение одного рабочего дня с учетом того, что:

а) сеть имеет несколько локальных сетей;

б) пользователи могут передавать различные виды информации;

в) каждая категория пользователей имеет свой объем передаваемой информации в Мбайт за рабочий день;

3 Определить число кадров ATM для передачи полезной информации их скорость поступления и общую длину кадра.

4 Рассчитать время обслуживания одного кадра и скорость обслуживания с заданным шагом.

5 Определить степень использования магистрального канала связи и вероятность отсутствия кадров в магистральном канале.

6 Построить график зависимости степени использования канала и вероятности отсутствия кадров от пропускной способности канала и выбрать пропускную способность магистрального канала с учетом запаса пропускной способности.

7 Определить параметры магистрального канала.

 

Исходные данные приведены в таблицах 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.

 

Таблица 1.1 

Первая буква фамилии студента	Кол-во ЛВС, шт	Общее количество пользователей в сети АТМ, шт.	Время работы для передачи данных мультимедиа, час.
А-В	9	420	3
Г-Е	2	210	5
Ж-И	4	130	7
К-М	5	597	2
Н-П	7	328	4
Р-Т	2	504	8
У-Х	6	625	6
Ц-Ч	3	175	5
Ш-Щ	8	934	3
Э-Я	10	1138	7

 

 

 

Таблица 1.2

Последняя цифра номера студенческого билета	Кол-во пользователей электронной почтой, %	Кол-во пользователей загрузкой ПО с удаленного файл-сервера, %	Кол-во пользователей удален-ными БД, %	Кол-во пользовате-лей передачей данных мультиме-диа, %
1	98 ¸ 100	45 ¸ 50	60 ¸ 70	10 ¸ 20
2	80 ¸ 90	35 ¸ 40	55 ¸ 70	10 ¸ 30
3	60 ¸ 90	25 ¸ 60	60 ¸ 75	15 ¸ 20
4	70 ¸ 100	40 ¸ 50	50 ¸ 60	15 ¸ 25
5	80 ¸ 100	36 ¸ 55	60 ¸ 70	10 ¸ 18
6	60 ¸ 80	30 ¸ 40	50 ¸ 70	12 ¸ 20
7	70 ¸ 90	27 ¸ 30	55 ¸ 65	10 ¸ 25
8	95 ¸ 100	40 ¸ 49	60 ¸ 65	10 ¸ 20
9	92 ¸ 100	35 ¸ 50	60 ¸ 70	15 ¸ 30
0	85 ¸ 90	45 ¸ 50	64 ¸ 70	12 ¸ 25

 

Таблица 1.3

Предпоследняя цифра номера студенческого билета	Пересылка документов по электронной почте, кол-во Мбайт	Загрузка ПО с удаленного файл-сервера, кол-во Мбайт	Работа с удаленными БД, кол-во Мбайт
1	3	7	10
2	5	5	20
3	2	11	15
4	7	3	17
5	9	14	26
6	4	9	30
7	6	6	22
8	10	15	19
9	8	4	13
0	3	8	28

 

 

Таблица 1.4

Первая буква фамилии студента	Объем информации передаваемой сервером, Гбайт	Продолжительность рабочего дня, в час.	Скорость работы магистраль-ного канала, Мбит/с	Доля от общего объема передаваемой серверами информации
				n1	n2
А-В	2	8	1 ¸ 41	75	25
Г-Е	3	7	1 ¸ 45	85	15
Ж-И	10	6	1 ¸ 30	65	35

Продолжение таблицы 1.4

К-М	5	9	1 ¸ 50	70	30
Н-П	6	10	1 ¸ 55	60	40
Р-Т	7	8	1 ¸ 42	80	20
У-Х	8	7	1 ¸ 40	90	10
Ц-Ч	9	6	1 ¸ 47	55	45
Ш-Щ	4	9	1 ¸ 53	75	25
Э-Я	3	10	1 ¸ 51	50	40

 

 

2 Методические указания по выполнению курсовой работы

 

 

Сеть АТМ включает в себя локальные сети корпораций и в сети АТМ происходит одновременная работа большого числа пользователей (таблица 1.1), равномерно распределенных по локальным сетям. В сети АТМ организован постоянный высокоскоростной обмен информацией между сетями, т.е. локальные сети объединены в единую распределенную сеть.

Локальная сеть каждой корпорации строится по технологии Fast Ethernet  100Base-TX с пропускной способностью 100 Мбит/с. В качестве передающей среды используется неэкранированная витая пара 5 категории (UTP-5). Прокладка кабеля от концентраторов до каждой точки осуществляется вдоль стен здания по специальным кабельным каналам.

Применена звездообразная структура сети, она подразумевает наличие в сети концентраторов, которые объединяют нагрузку от некоторой группы компьютеров. В свою очередь все концентраторы объединяются с помощью коммутаторов ЛВС также в звездообразную структуру.

На каждом этаже корпораций располагается несколько рабочих компьютеров, которые подключены к концентратору. Все концентраторы объединяются коммутаторами 2-го уровня, в которые также включаются один файл-сервер и один сервер базы данных.

Таким образом локальная сеть корпорации строится по иерархической структуре с тремя уровнями иерархии:

-     на самом нижнем уровне находятся конечные компьютеры и концентраторы;

-     на следующем уровне находятся коммутаторы 2-го уровня (коммутаторы рабочих групп) и серверы рабочих групп;

-     на самом верхнем уровне - коммутаторы 1-го уровня (коммутаторы локальной сети) и общие серверы;

Пример структуры локальной сети, соответствующей иерархической структуре, приведен на рисунке 2.1.

Иерархический уровень распределенной сети начинается с устройства доступа ATM. Устройство доступа выполняет функции согласования и преобразования кадров передачи локальной сети в кадры сети ATM. По локальной сети передаются кадры Ethernet, длиной 1250 байт. Устройство доступа преобразует их в кадры ATM, длиной 48 байт и снабжает сформированные кадры ATM адресной информацией. Эти функции выполняются с помощью процедуры LANE - LAN Emulation (эмуляция ЛВС).

Сформированный ATM-поток поступает на ATM-коммутатор. Также в ATM-коммутатор включены корпоративные высокопроизводительные серверы баз данных и файл-серверы. Серверы подключаются по протоколу ATM. Коммутатор ATM осуществляет обработку и перераспределение ATM-потока между локальными сетями и серверами.

Сетевое оборудование распределенной сети: устройства доступа ATM, коммутатор ATM и крупные серверы располагаются там же, где располагается сетевое оборудование ЛВС. Структура распределенной сети приведена на рисунке 2.2.

2.1 Определение количества пользователей

В сети предприятия работают несколько категорий пользователей:

-       пользователи, использующие компьютерную сеть для передачи документов с помощью электронной почты. Для этих пользователей можно принять объем передаваемой информации N Мбайт за рабочий день, причем эта нагрузка распределена относительно равномерно в течение всего рабочего дня;

-       пользователи, производящие загрузку программ с удаленных файловых серверов. Характерная черта этих пользователей заключается в том, что они создают большую загрузку в начале рабочего дня (при загрузке программ) и в конце рабочего дня (при сохранении результатов работы) на протяжении короткого промежутка времени. Общий объем информации, передаваемый каждым пользователем данной категории, примем равным N Мбайт в день, причем время, затрачиваемое на передачу, составляет не более 1,5 часов в течении всего рабочего дня;

-       пользователи, регулярно работающие с удаленными базами данных. Эта категория пользователей создает равномерную нагрузку на сеть в течение всего рабочего дня и общий объем передаваемых данных составляет N Мбайт в день;

-       пользователи, пользующиеся услугами телеконференций для проведения рабочих совещаний и переговоров, т.е. передающие данные мультимедиа. Число таких пользователей в сети относительно небольшое, но они создают значительную нагрузку на сеть, т.к. для обеспечения приемлемого качества передаваемого аудио/видеосигналов необходимо использовать полосу пропускания не ниже 1024 кбит/с. Общая продолжительность работы каждого пользователя составляет n часа в день, причем нагрузка распределяется в основном равномерно на протяжении всего дня.

 

Каждый пользователь локальной сети корпорации может осуществлять передачу нескольких видов информации: передавать документы с помощью электронной почты, загружать программы с удаленных файловых серверов,

 

 

Рисунок 2.1 – Структура локальной сети

 

 

 

Рисунок 2.2 – Структура распределительной сети АТМ

 

 

работать с удаленными базами данных, пользоваться услугами телеконференций.

Тогда один и тот же пользователь будет относиться одновременно к нескольким видам категорий.

Поэтому при определении количества пользователей определенной категории из общего числа пользователей необходимо учесть данный фактор и исходные данные взять из таблиц 1.1 и 1.2.

2.2 Расчет пропускной способности магистрального канала сети ATM в корпорации

Для расчета пропускной способности магистрального канала сначала необходимо определить общий объем передаваемой информации между локальными сетями в течение одного рабочего дня.

Для расчета общего объема передаваемых данных пользователями ЛВС следует воспользоваться формулой 2.1

 

, байт                                     (2.1)

 

где Qi - объем передаваемых данных одним пользователем i-той категории, байтах;

Ni - число пользователей i-той категории в одной локальной сети.

Объем передаваемых данных мультимедиа одним пользователем определяется по формуле

 

, байт                         (2.2)

 

где q - скорость передачи данных мультимедиа, бит/с;

t - время передачи, час.

В компьютерной сети работают серверы различных служб (файл-серверы, серверы баз данных, постовые серверы и т.д.), они работают круглосуточно, однако пик их работы приходится на рабочий день.

Для расчета объема передаваемой серверами информации по распределенной сети предположим, что в каждую ЛВС включен один файл-сервер и один сервер базы данных. Следовательно, на всю распределенную сеть предприятия приходится

 

N = N_ЛВС*2, шт                                                             (2.3)

 

где N - число ЛВС.

Каждый сервер в течение астрономических суток передает информацию объемом N Гбайт, причем n₁ % всей информации передается в течение рабочего дня и лишь n₂ % в ночное время, когда происходит обновление данных на всех серверах без участия пользователей.

Для расчета количества передаваемой серверами информации следует использовать формулу 2.4.

 

, байт                                         (2.4)

 

где Qi - объем передаваемой информации одним сервером, байт;

N - число одновременно работающих серверов;

K - доля от общего объема передаваемой серверами информации, приходящейся на рабочий день.

 

Для расчета пропускной способности коммутатора ATM необходимо учесть, что он работает в дуплексном режиме, т.е. одновременно может передавать и принимать данные.

Общий объем данных, обрабатываемых коммутатором ATM следует определить по формуле 2.5.

 

, байт                                                      (2.5)

 

где Qп - объем передаваемых пользователями данных;

Qс - объем передаваемых серверами данных.

Необходимое число кадров ATM для передачи полезной информации рассчитывается по формуле 2.6.

 

, кадров/день                                    (2.6)

 

где Q - объем передаваемой информации, байт;

48 - длина информационной (полезной) части одного кадра ATM; 

[ ] - обозначают целую часть.

Для расчета пропускной способности магистрального канала связи необходимо воспользоваться математическим аппаратом теории массового обслуживания.

Для использования теории массового обслуживания необходимо знать соотношение между скоростью поступления кадров и скоростью обслуживания.

Скорость поступления кадров следует определить исходя из интенсивности трафика, т.е. от количества передаваемых кадров по формуле 2.7.

 

, кадров/с                                     (2.7)

 

где N_кадр. - количество передаваемых кадров в течение рабочего дня;

T - продолжительность рабочего дня, час.

Для передачи информации по магистральной сети к информационным пакетам добавляется адресная информация, следовательно общую длину кадра, передаваемого по магистральному каналу, следует рассчитывать по формуле 2.8.

 

, байт                                        (2.8)

 

где L_инф - длина информационной части кадра;

L_адр - длина адресной части кадра.

Для расчета скорости обслуживания задается некоторая фиксированная скорость работы магистрального канала. Время обслуживания одного кадра следует определить по формуле 2.9.

 

, сек.                                              (2.9)

 

где L_кадр. - длина передаваемого кадра, байт;

V_кан. - скорость обмена информации в магистральном канале, бит/с.

 

Время передачи кадра отождествляется с временем обслуживания. Скорость обслуживания является обратной величиной ко времени обслуживания

 

                               (2.10)

 

В результате расчета скорости обслуживания возможны две ситуации:

-       скорость обслуживания кадров оказывается больше, чем скорость поступления кадров. В этом случае пропускной способности магистрального канала оказывается более чем достаточно. Однако необходимо учитывать, что скорость поступления кадров - это средняя по времени величина. Существуют такие ситуации в часы наибольшей нагрузки, когда происходит передача крупных порций информации, интенсивность которых превосходит возможности пропускной способности магистрального канала.

-       скорость обслуживания кадров оказывается меньше, чем скорость поступления кадров. В этом случае пропускная способность магистрального канала оказывается недостаточной. Магистральный коммутатор в данном случае осуществляет буферизацию данных: вновь принимаемые кадры накапливаются в буферной памяти до тех пор, пока не будут переданы предыдущие кадры. В данном случае возникают очередь и задержки. Теория массового обслуживания позволяет оценить время задержки исходя из скорости работы линии связи.

Результаты расчета для скорости работы магистрального канала от N1 Мбит/с до N2 Мбит/с с шагом изменения скорости 2 Мбит/с следует занести в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1 - Результаты расчета скорости обслуживания в магистральном канале

Параметр	Скорость передачи информации в магистральном канале, Мбит/с
tобс.кад., сек
Vобслуж., к./с

 

Степень использования магистрального канала связи следует определить по формуле 2.10

 

,                                         (2.31)

 

где V - скорость поступления кадров;

V_{обслуж.} - скорость обслуживания кадров.

Зная степень использования магистрального канала следует рассчитать вероятность отсутствия кадров в магистральном канале по формуле 2.12.

  

,                                         (2.12)

 

где P - степень использования магистрального канала.

Результаты расчета необходимо свести в таблицу 2.2.

 

Таблица 2.2 - Результаты расчета степени использования и вероятности отсутствия кадров

Параметр	Скорость передачи информации в магистральном канале, Мбит/с
P
P0

 

По результатам расчета необходимо построить график зависимости степени использования канала и вероятности отсутствия кадров от пропускной способности канала.

Далее необходимо проанализировать график и выбрать пропускную способность магистрального канала N Мбит/с с учетом запаса пропускной способности для часов наибольшей нагрузки.

2.3 Определение параметров магистрального канала

Магистральный канал является системой с определенным классом обслуживания - “с ожиданием”. Поэтому для выбранной оптимальной пропускной способности магистрального канала необходимо определить такие параметры как:

-       среднее число кадров, одновременно находящихся в системе;

-       среднее число кадров, ожидающих обслуживания в очереди;

-       среднее время нахождения кадра в системе;

-       среднее время ожидания в очереди.

Среднее число кадров, одновременно находящихся в системе, следует определить формуле 2.13

 

              , кадра                                            (2.13)

 

где L - среднее число кадров, одновременно находящихся в системе;

V - средняя скорость поступления кадров;

V_{обслуж.} - средняя скорость обслуживания.

Для определения числа кадров, ожидающих обслуживания в очереди, необходимо воспользоваться формулой 2.14

 

, кадра                                               (2.14)

 

где L_q - среднее число кадров, ожидающих обслуживания;

P - степень использования канала.

Среднее время нахождения кадра в системе представляет собой величину, обратную разнице между скоростью обслуживания и скоростью поступления кадров, т.е. определяется формулой

, сек                                        (2.15)

 

где W - среднее время нахождения кадра в системе,

V_{обслуж.} - скорость обслуживания;

V - скорость поступления кадров.

Важным параметром, характеризующим очередь, является время ожидания в очереди, которое следует определить по формуле 2.16

  

, сек.                                            (2.16)

 

где W_q - время ожидания в очереди;

W - время нахождения кадра в системе.

Время нахождения кадра в системе включает в себя время ожидания в очереди. Разность времени нахождения и времени ожидания дает время обслуживания одного кадра магистральным каналом или время передачи по магистральному каналу

 

, сек.                                           (2.17)

 

Рассчитанное время передачи по магистральному каналу необходимо сравнить с временем обслуживания одного кадра (таблица 2.1) и сделать вывод.

 

 

Список литературы

 

1. Гилберт Хелд, Как рассчитать пропускную способность глобальной сети // Lan Magazine/Рус. изд., Октябрь. - 1996. - том 2, № 6.

2. Дмитрий Ганьжа. Коммутаторы ATM // Lan Magazine/Рус. изд., Июнь – 1997.- том 3, № 4.

3. Назаров А.Н., Симонов М.В. АТМ: технология высокоскоростных сетей. - М.: Эко-Трендз, 1998. – 234 с.: ил.

4. Назаров А.Н. Модели и методы расчета структурно-сетевых параметров АТМ  сетей. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 256 с.: ил.

5. Назаров А.Н., Разживин И.А., Симонов М.В. АТМ: Технические решения создания сетей/ Под ред. А.Н. Назарова. – М.: Горячая линия – Телеком , 2001. – 376 с.: ил.

 

Содержание

 

	стр
1 Содержание пояснительной записки курсовой работы	3
2 Методические указания по выполнению курсовой работы	6
2.1 Определение количества пользователей	7
2.2 Расчет пропускной способности магистрального канала сети ATM в корпорации	10
2.3 Определение параметров магистрального канала	14
Список литературы	15

 

Сводный план 2004 г., поз 7

 

 

 

 

 

 

 

Юлия Михайловна Гармашова

 

 

СЕТИ АбонентскОГО доступА и ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Методические указания к курсовой работе

(для студентов очной формы обучения специальности

380140 - Сети связи и системы коммутации)

Часть 2

 

 

 

 

 

 

 

Редактор В.В. Шилина                                              

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать            .04	Формат 60х84 1/16
Тираж 50  экз.	Бумага типографская №1
Объем 1,0 уч.-изд.л.	Заказ       .Цена 32 тенге

 

 

 

 

 

                                                                                               

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

480013, Алматы, Байтурсынова, 126