M ở đầu
3.9.1 Lập biểu thức tính hiệu suất
Có hai đơn vị đo hiệu suất quan trọng thường được dùng cho các loại mạng chia sẻ môi trường truyền (shared-medium network): thông lượng đạt được cực đại và
độ trễ truy cập lớn nhất. Cả hai đơn vị này đều chịu nhiều ảnh hưởng của thuật toán ở
tầng MAC, thuật toán này được sử dụng dùng để chia sẻ khả năng truyền giữa các trạm trong mạng. Như chúng ta đã đề cập ở trên, đối với FDDI, thuật toán này dựa trên cơ sở
sử dụng thẻ bài và giao thức timed token protocol. Tham số quan trọng liên quan đến giao thức này là TTRT, đây là một giá trị được định trước và có chung giá trị trong các trạm. Việc đánh giá ảnh hưởng của tham số TTRT đối với thông lượng đạt được và độ
trễ là quan trọng.
Mặc dù thông lượng chuẩn của FDDI là 100Mbps, nhưng vì độ trễ của vòng và cơ chếđiều khiển truy cập nên thông lượng đạt được cực đại nhỏ hơn giá trị này. Chúng ta có thể tính toán được thông lượng cực đại đạt được bằng cách đề cập đến kịch bản thực thi như trong ví dụ 3.2 phía trên. Trong ví dụđấy, trạm thứ nhất khi nhận được thẻ
bài đã truyền một tập hợp các gói tin cho tới khi THT hết hiệu lực, sau đó mới giải phóng thẻ bài. Tất cả các trạm trong vòng bị ngăn chặn không được truyền bất cứ gói tin nào trong lượt quay đó của thẻ bài. Việc này kết thúc khi mà thẻ bài đến được trạm tiếp theo trong vòng quay thứ hai, khi đó, việc truyền tập hợp gói tin mới được diễn ra lần thứ hai trong vòng.
Bởi vì thế, thời gian truyền bị mất trong suốt vòng quay của thẻ bài bao gồm ba phần: thời gian trạm thứ nhất truyền các gói tin, độ trễ của vòng khi thẻ bài truyền trong vòng và thời gian thẻ bài đến được trạm thứ hai. Chúng ta có thể biểu diễn sự hiệu suất cực đại của mạng Umax như sau: Umax = ) / ( ) (TTRT T T T T n T TTRT l t l l l + + + − − = t l l l T T n T TTRT n T TTRT n + + + − − ) 1 ( ) ( ) (
43
Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN
Trong đó, TTRT là tham số target token rotation time, Tl là độ trễ của vòng, Tt là thời gian để truyền thẻ bài và n là số lượng các trạm trên vòng.
Trong thực tế, giá trị TTRT lớn hơn rất nhiều so với Tt, nên hiệu suất cực đại
được tính gần đúng như sau: Umax = l l T nTTRT T TTRT n + − ) ( Chúng ta có thể kết luận rằng, để đạt được hiệu suất vòng cao, chúng ta phải lựa chọn giá trị TTRT lớn hơn nhiều so với độ trễ của vòng. Thêm vào đó, giá trị TTRT
được chọn phải cho phép một gói tin có kích thước cực đại có mặt trên vòng. Kích thước tối đa của một gói tin là 4500byte, cần 0.36ms để truyền ở tốc độ 100Mbps. Độ
trễ của vòng cực đại (trong ví dụ 7.3) khi mà vòng thức hai được sử dụng và 500 trạm
được kết nối kép, giá trị bằng 1.773 ms. Vì thế, giá trị TTRT nhỏ nhất có thểđược là 2.13 ms. Trên thực tế, để cho phép có một số dư an toàn, thì giá trị TTRT nhỏ nhất theo chuẩn là 4ms.
Nếu số lượng các trạm hoạt động tăng lên, hiệu suất sẽ tăng lên. Nếu số lượng các trạm tăng lên đến vô cùng thì hiệu suất cực đại tính gần đúng là:
Umax = 1 -
TTRT Tl
Độ trễ truy cập được định nghĩa như là thời gian trễ kể từ khi gói tin được yêu cầu phát ở trạm nguồn đến khi nó được phân phát trong vòng đến trạm đích. Vì thế, độ
trễ truy cập bao gồm khoảng thời gian sử dụng để chờ đợi trong hàng đợi tại trạm nguồn cho đến khi thẻ bài có thể sử dụng được (thẻ bài sớm) đến trạm đấy. Điều này có ý nghĩa chỉ khi mà tải của mạng nhỏ hơn thông lượng đạt được cực đại của vòng, nếu không thì hàng đợi của các trạm sẽ liên tục được làm đầy lên và độ trễ truy cập sẽ tăng lên rất nhiều.
Cung cấp một tải đề nghị nhỏ hơn thông lượng đạt được cực đại, độ trễ truy cập cực đại (trong trường hợp xấu nhất) sẽ được suy ra từ ví dụ 3.2 ở phía trên. Giả thiết rằng tất cả các trạm nhận tập hợp các gói tin tại hàng đợi giao diện vòng của chúng
đồng thời chúng tận dụng tất cả phần TTRT còn lại cho mỗi vòng quay của thẻ bài. Giả
thiết rằng trạm thứ nhất là trạm đầu tiên có thể truyền gói tin, độ trễ truy cập cực đại sẽ được tính khi mà trạm cuối cùng của vòng, trạm thứ ba nhận được thẻ bài có thể sử
44
Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN
dụng được tại vòng quay thứ ba của thẻ bài. Giả thiết nếu như các gói tin trong hàng đợi của giao diện mạng của trạm thứ ba đều có địa chỉ đích là trạm thứ hai, thì độ trễ do lan truyền trên mạng trên sẽ bằng độ trễ của vòng. Biểu thức thông thường để tính toán độ
trễ truy cập cực đại của vòng FDDI: Amax được đưa ra như sau: Amax = (n - 1)(TTRT - Tl) + nTl + Tl = (n – 1)TTRT + 2Tl
Trong đó Amax là thời gian trong trường hợp xấu nhất để gói tin đến được trạm
đích.
Rõ ràng, khi độ trễ của vòng được cố định theo cấu hình của vòng, thì giá trị
TTRT tăng sẽ kéo theo độ trễ truy cập cực đại tăng. Nhưng như chúng ta sẽ thấy trong phần sau (đánh giá hiệu suất), ngoại trừ trường hợp cấu hình mạng cực đại, thông lượng
đạt được lớn nhất của vòng FDDI có thể chấp nhận được với giá trị TTRT tương đối nhỏ (< 10 ms). Vì vậy, mặc dù giá trị chuẩn lớn nhất của TTRT là 165 ms, nhưng giá trị
của TTRT thông thường nhỏ hơn rất nhiều.
3.9.2 Đánh giá ảnh hưởng của TTRT lên các giá trị hiệu suất
Trước hết ta định nghĩa ba cấu hình mạng sẽ sử dụng đểđánh giá
Typical (trường hợp điển hình): 20 trạm đơn gắn vào vòng FDDI đường kính 4 km. Cấu hình này tương đối giống với cấu hình vòng điển hình, nhưng trong thực tế thì không như vậy.
Big (mạng lớn): 100 trạm đơn gắn vào vòng FDDI đường kính 20 km. Càng nhiều trạm được gắn vào vòng thì sẽ làm tăng tốc độ lỗi bit. Tuy nhiên, ởđây ta giảđịnh việc truyền dữ liệu là đáng tin cậy.
Largest (mạng lớn nhất): 500 tram ḳ ết nối kép gắn vào vòng có đường kính 200 km. Đây là cấu hình mạng mạng cực đại, tình huống này xảy ra khi mạng (500 DAS nối với vòng kép 100 km) bị lỗi và hai vòng nhập lại làm một. Vì vậy, mạng sẽ bao gồm 1000 MACs.
Hình 3.16 cho thấy, với cả ba cấu hình, khi mà giá trị TTRT tăng thì hiệu suất
đạt được cực đại sẽ tăng. Khi giá trị TTRT càng gần với độ trễ của vòng thì hiệu suất
đạt được cực đại sẽ rất nhỏ. Đây là một lý do tại sao giá trị nhỏ nhất của TTRT trong FDDI là 4 ms. Tuy nhiên ta nên chú ý một điều là lợi ích của việc tăng TTRT (độ dốc của đồ thị) giảm khi TTRT tăng, đặc biệt là sau điểm uốn thì độ dốc giảm mạnh. Vị trí
45
Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN
xuất hiện của điểm uốn tuỳ thuộc vào cấu hình, cấu hình càng lớn thì giá trị TTRT mà
điểm uốn xuất hiện càng lớn. Tuy nhiên, với cấu hình largest, thì điểm uốn xuất hiện trong khoảng 6 -> 8 ms.Với cấu hình typical thì sự thay đổi của TTRT hầu như không
ảnh hưởng gì đến hiệu suất đạt được cực đại.
Hình 3.16 Ảnh hưởng của TTRT lên hiệu suất đạt được cực đại
Hình 3.17 cho thấy, trong cả ba cấu hình thì độ trễ truy cập cực đại tăng lên khi TTRT tăng. Với cấu hình mạng largest, khi TTRT đạt đến giá trị 165 ms thì độ trễ truy cập cực đại có thể lên đến 165 giây. Điều đó có nghĩa là với cấu hình mạng cực đại thì trong trường hợp xấu nhất, một trạm có thể phải đợi vài phút để có thể truyền. Với rất nhiều ứng dụng thì điều này là không thể chấp nhận được. Vì thế có thể khắc phục bằng cách giảm số trạm đi hoặc giảm giá trị TTRT xuống.
46
Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN
Hình 3.17 ảnh hưởng của TTRT lên độ trễ truy cập cực đại
Bảng 3.1 Bảng các giá trị độ trễ truy cập lớn nhất và hiệu suất đạt được cực đại phụ thuộc vào giá trị của TTRT.
Độ trễ truy cập cực đại (s) Hiệu suất đạt được cực đại TTRT
(ms) Typical Big Largest Typical Big Largest
4 0.08 0.40 4.00 98.94 71.87 49.55 8 0.15 0.79 8.00 99.47 85.92 74.77 12 0.23 1.19 11.99 99.65 90.61 83.18 16 0.30 1.59 15.99 99.74 92.95 87.38 20 0.38 1.98 19.98 99.79 94.36 89.91 165 3.14 16.34 164.84 99.97 99.32 98.78
Như chúng ta đã thấy ở bảng 3.1, giá trị TTRT lớn sẽ kéo theo hiệu suất đạt
được sẽ tăng đồng thời làm tăng độ trễ truy cập. Vì thế phải chọn giá trị TTRT sao cho cân bằng giữa hai điều kiện này. Bảng trên chỉ ra độđo của hai tham số này trong cả ba cấu hình mạng. Và ta nhận thấy với giá trị của TTRT là 8 ms thì hiệu suất của cả ba cấu hình mạng có thểđạt tới gần 80% và hơn thế, còn độ trễ truy cập cực đại nhỏ hơn 1 giây
47
Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN
3.9.3 Ảnh hưởng của độ dài của cáp lên các giá trị hiệu suất
Độ dài của cáp thay đổi làm thay đổi độ trễ của vòng Tl, và vì thế làm thay đổi các giá trị hiệu suất của mạng. Hình 3.18 và 3.19 chỉ ra sự thay đổi này.
Ta nhận thấy tổng độ dài cáp tăng sẽ khiến cho hiệu suất đạt được của mạng giảm đồng thời làm tăng nhẹđộ trễ truy cập cực đại.
48
Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN
Hình 3.19 Ảnh hưởng của độ dài dây đối với độ trễ truy cập cực đại