В наихудших для однополосной сети условиях время, необходимое для обнаружения столкновения (и захвата канала), в два раза больше задержки распространения, так как сигнал, образовавшийся в результате коллизии, должен распространиться обратно к передающим станциям. Задержка распространения и обнаружение коллизий в случае широкополосной сети составляют еще большее время, поскольку в такой сети используются два кабеля для передачи и приема сигналов. В наихудшем случае время обнаружения коллизии в четыре раза больше задержки распространения.

Коллизия является нежелательным явлением, так как приводит к ошибкам в работе сети. Более того, при передаче длинных кадров коллизия поглощает больше канального времени, чем при использовании коротких кадров. CSMA/CD учитывает эту проблему на уровне управления доступа к среде путем прекращения передачи кадра сразу же после обнаружения коллизии.

Другую точку зрения на коллизии представляет длительность слота (кванта) - время, необходимое для распространения кадра по всему каналу вместе с задержкой получения канала. Канал Ethernet, 10 Мбит/с (однополосный) имеет задержку распространения, составляющую 450 битовых длительностей

(45 мксХ 10 000 000 = 450). Ethernet требует, чтобы длительность слота была больше суммы времени распространения (450 бит) и максимального времени подавления (передачи сигналов подавления или затора) (48 бит).

Если сигнал распространился во все части канала без коллизий, говорят, что станция, которая передала этот сигнал, получила или захватила канал. Если это произошло, коллизии устранены, поскольку все станции обнаружили сигнал и уступили ему. Однако, если произошла коллизия, компонент доступа к каналу на передающей стороне замечает наложение сигналов в канале (в виде аномального изменения напряжения) и устанавливает для управления доступом к среде (передающей стороны) специальный сигнал обнаружения коллизии.

Для обработки коллизии управление доступом к среде выполняет две функции. Во-первых, усиливается эффект коллизии путем передачи специальной последовательности битов, называемой затором (jam). Цель затора состоит в том, чтобы сделать коллизию настолько продолжительной, чтобы ее смогли заметить все другие передающие станции, которые вовлечены в коллизию. В локальной сети CSM.A/CD требуется, чтобы затор состоял по меньшей мере из 32 бит, но не более 48 бит. Это гарантирует, что продолжительность коллизии будет достаточно большой, чтобы ее обнаружили все передающие станции в сети. Ограничение сверху длины последовательности необходимо для того, чтобы станции ошибочно не приняли ее за действительный кадр. Любой кадр, содержащий менее 64 байт (октетов), считается фрагментом испорченного коллизией сообщения и игнорируется любой принимающей станцией сети.

Максимальная производительность сети Ethernet

Количество обрабатываемых кадров Ethernet в секунду часто указывается произ­водителями мостов/коммутаторов и маршрутизаторов как основная характерис­тика производительности этих устройств. В свою очередь, интересно знать чистую максимальную пропускную способность сегмента Ethernet в кадрах в секунду в идеальном случае, когда в сети нет коллизий и нет дополнительных задержек, вно­симых мостами и маршрутизаторами. Такой показатель помогает оценить требова­ния к производительности коммуникационных устройств, так как в каждый порт устройства не может поступать больше кадров в единицу времени, чем позволяет это сделать соответствующий протокол.

Для коммуникационного оборудования наиболее тяжелым режимом является обработка кадров минимальной длины. Это объясняется тем, что на обработку каждого кадра мост, коммутатор или маршрутизатор тратит примерно одно и то же время, связанное с просмотром таблицы продвижения пакета, формированием нового кадра (для маршрутизатора) и т. п. А количество кадров минимальной длины, поступающих на устройство в единицу времени, естественно больше, чем кадров любой другой длины. Другая характеристика производительности коммуникаци­онного оборудования — бит в секунду — используется реже, так как она не говорит о том, какого размера кадры при этом обрабатывало устройство, а на кадрах макси­мального размера достичь высокой производительности, измеряемой в битах в се­кунду гораздо легче.

Естественно, что наличие в сегменте нескольких узлов снижает эту величину за счет ожидания доступа к среде, а также за счет коллизий, приводящих к необходи­мости повторной передачи кадров.

Кадры максимальной длины технологии Ethernet имеют поле длины 1500 байт, что вместе со служебной информацией дает 1518 байт, а с преамбулой составляет 1526 байт или 12 208 бит. Максимально возможная пропускная способность сег­мента Ethernet для кадров максимальной длины составляет 813 кадр/с. Очевидно, что при работе с большими кадрами нагрузка на мосты, коммутаторы и маршрути­заторы довольно ощутимо снижается.

Теперь рассчитаем, какой максимальной полезной пропускной способностью в бит в секунду обладают сегменты Ethernet при использовании кадров разного раз­мера.

Под полезной пропускной способностью протокола понимается скорость переда­чи пользовательских данных, которые переносятся полем данных кадра. Эта про­пускная способность всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет нескольких факторов:

• служебной информации кадра;

• межкадровых интервалов (IPG);

• ожидания доступа к среде.

Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна:

С - 14880 х 46 х 8 - 5,48 Мбит/с,

Это намного меньше 10 Мбит/с, но следует учесть, что кадры минимальной длины используются в основном для передачи квитанций, так что к передаче соб­ственно данных файлов эта скорость отношения не имеет.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна:

С - 813 х 1500 х 8 - 9,76 Мбит/с,

что весьма близко к номинальной скорости протокола.

Такой скорости можно достигнуть только в том слу­чае, когда двум взаимодействующим узлам в сети Ethernet другие узлы не мешают, что бывает крайне редко.

При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт про­пускная способность сети составит 9,29 Мбит/с, что тоже достаточно близко к пре­дельной пропускной способности в 10 Мбит/с.

Отношение текущей пропускной способности сети к ее максимальной пропускной способности называ­ется коэффициентом использования сети (network utilization). При этом при определении текущей пропус­кной способности принимается во внимание передача по сети любой информации, как пользовательской, так и служебной. Коэффициент является важным показателем для технологий разделяемых сред, так как при случайном характере метода доступа высокое значение коэффициента использования часто говорит о низкой полезной пропускной способности сети (то есть скорости передачи пользовательских данных) — слишком много времени узлы тратят на процедуру получения доступа и повторные передачи кадров пос­ле коллизий.

При отсутствии коллизий и ожидания доступа коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0,976 при передаче кадров максимальной длины, Очевидно, что в реальной сети Ethernet среднее значение коэффициента использования сети может значительно отличать­ся от этой величины. Более сложные случаи определения пропускной способности сети с учетом ожидания доступа и отработки коллизий будут рассмотрены ниже.