Имитационное моделирование сети Ethernet в среде GPSS World

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

КАФЕДРА АЭС

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕТИ ETHERNET В СРЕДЕ GPSS WORLD

Руководитель: Данилина Г.П.

Студент: Гусев Ю.В

Группа БРЭ-05-06

Алматы

2008

Задание

Задание 1. Раскрыть технологию Ethernet. Построить схему сети, описать алгоритм работы.

Задание 2. Внести изменения в базовую модель 10 - мегабитной сети Ethernet, в соответствии с вашим вариантом. Запустить процесс моделирования и получить результаты. Результаты моделирования представить в виде стандартного отчета GPSS World, гистограмм и следующей таблицы 1.

Таблица 1

Число станций	Коэффициент загрузки сети	Число коллизий	Среднее длина очереди	Среднее время ожидания
100
N

N - количество дополнительно введенных станций, определить по варианту. N =91

Сделать сравнительный анализ показателей работы сети до и после ввода дополнительных станций, результатов аналитического и имитационного моделирования.

Задание 3. Провести испытания с разработанной моделью и получить зависимости y=f(x), переменные x и y указаны для каждого варианта отдельно. Сделать анализ полученных результатов.

X = Jam_

Y = Queue

Введение

Ethernet (от лат. aether -- эфир) -- пакетная технология компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring. Стандарт Ethernet был принят в 1980 году. Он позволяет организовать совместную работу и использование ресурсов, обеспечить универсальность передачи данных и гибкость администрирования, относительная дешевая, а также очень большая распространенность и вероятность поддержки сетевым оборудованием различных производителей. Ограничения: максимальная длина линии без дополнительного оборудования - несколько десятков метров, количество машин в сети - в пределах двухсот - поэтому в более глобальных масштабах стандарт Ethernet не рассматривался. Число сетей, построенных на основе этой технологии, к настоящему моменту оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих в таких сетях, -- в 50 миллионов. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины. Самое важное свойство сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, то есть легкость подключения новых узлов.

Задание 1

Технология Ethernet была разработана в исследовательском центре компании Xerox в 70-х годах и достигла своего нынешнего лидирующего положения в 80-х. Впервые термин Ethernet был использован Робертом Меткалфом в заметке, написанной им в этом исследовательском центре в мае 1973 года.

В настоящее время самой распространённой сетевой технологией является именно Ethernet. По данным IDC, в 1997 году более 80% всех сетей были построены на базе Ethernet. Все популярные операционные системы и стеки протоколов (TCP/IP, IPX, DECNet и многие другие) поддерживают Ethernet. Причинами такого господства Ethernet в сетевом мире являются высокая надёжность, доступность инструментов управления, масштабируемость, гибкость, низкая стоимость и лёгкость внедрения.

Технология Ethernet достаточно бурно эволюционировала с момента своего зарождения.

Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована в 1980 году. Вскоре после этого, компании Digital Equipment (DEC), Intel и Xerox разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с принципами CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) - множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3. В модели OSI протокол CSMA/CD относится к доступу к среде. На этом уровне определяется формат, в котором информация передаётся по сети, и способ, с помощью которого сетевое устройство получает доступ к сети (или управление сетью) для передачи данных.

Изначально технология Ethernet была ограничена тем, что пользователи конкурировали за право пользования одной полосой пропускания в 10 Мбит/с. Однако со временем были найдены интересные решения, частично снимающие эту проблему. В их основе лежит использование коммутаторов, которые, в отличии от традиционных мостов, имеют большое количество портов и обеспечивают передачу кадров между несколькими портами одновременно. Это позволяет эффективно применять коммутаторы и для таких сетей, в которых трафик между сегментами практически не отличается от трафика, циркулирующего в самих сегментах. Технология Ethernet после появления коммутаторов перестала казаться совершенно бесперспективной, так как появилась возможность соединить низкую стоимость устройств Ethernet с высокой производительностью сетей, построенных на основе коммутаторов. Используя технологию коммутируемого Ethernet, каждое устройство получает выделенный канал между собой и портом коммутатора. Технология коммутации прижилась в сетях очень быстро. Обеспечивая передачу данных со скоростью канала связи между различными сегментами локальной сети (иными словами, между портами коммутатора), коммутация позволяет создавать крупные сети с эффективной системой управления. Кроме того, эта технология стала толчком к созданию концепции виртуальных локальных вычислительных сетей (ВЛВС).

Однако, необходимость организации магистрали сети, к которой подключаются отдельные коммутаторы, не отпала. Если множество сегментов сети работает со скоростью 10Мбит/с, то магистраль должна иметь скорость, значительно, большую. В начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 часть канала "память - диск" и хорошо согласовывалась с соотношением между объёмами локальных и внешних данных, циркулирующих в компьютере. Теперь же у мощных клиентских станций с процессорами Pentium или Pentium Pro и шиной PSI ( 133 Мбайт/с ) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Поэтому многие сегменты Ethernet на 10 Мбит/с стали перегруженными, время реакции серверов и частота возникновения коллизий в таких сегментах значительно возросли, ещё более уменьшая реальную пропускную способность. В ответ на эти требования была разработана технология Fast Ethernet, являющаяся 100-мегабитной версией Ethernet.

Следует отметить, что увеличение скорости в 10 раз приводит к уменьшению максимального расстояния между узлами. Сначала было предложено простое решение задачи построения магистрали - несколько коммутаторов Ethernet связывались вместе по витой паре или волоконно-оптическому кабелю - так называемая коллапсированная магистраль. Но, возникла проблема, когда потребовалось связать коммутаторы, находящиеся на больших расстояниях. Она была решена с помощью организации выделенного, свободного от коллизий оптоволоконного канала связи в этом случае коммутаторы могли связываться напрямую на расстоянии до 2 километров. Как видно, технология Fast Ethernet обеспечила, достаточно, всеобъемлющее решение для построения сетей масштаба одного или нескольких зданий. Одобрение стандарта на технологию Fast Ethernet в 1995 году стало важным событием для сообщества производителей сетевого оборудования, так как появилась гибкая, быстрая и масштабируемая технология передачи данных.

До разработки технологий коммутации и Fast Ethernet среди специалистов по сетевым технологиям господствовало мнение, что технологии ATM и FDDI будут оптимальным решением для организации магистрали сети. Однако в настоящее время, технология Fast Ethernet часто конкурирует с упомянутыми технологиями в этой области. Кроме того, активно разрабатывается и внедряется технология Gigabit Ethernet.

Протокол CSMA/CD состоит из двух частей: Carrier Sense Multiple Access и Collision Detection. Первая часть определяет, каким образом рабочая станция с сетевым адаптером "ловит" момент, когда ей следует послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, рабочая станция вначале слушает сеть, чтобы определить, не передаётся ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если слышится несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением - рабочая станция переходит в режим ожидания и находится в нём до тех пор, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Вторая часть - Collision Detection - служит для разрешения ситуаций, когда две или более рабочие станции пытаются передавать сообщения одновременно. Если две станции начнут передавать свои пакеты одновременно, то передаваемые данные наложатся друг на друга и не одно из сообщений не дойдёт до получателя. Такую ситуацию называют конфликтом или коллизией (сигналы одной станции перемешиваются с сигналами другой). Collision Detection требует, чтобы станция прослушала сеть также и после передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, станция повторяет передачу пакета через, случайным образом, выбранный промежуток времени. Затем она вновь проверяет, не произошёл ли конфликт. Термин "множественный доступ" подчёркивает тот факт, что все станции имеют одинаковое право на доступ к сети.

Если одна из станций обнаружит коллизию, она пошлёт специальный сигнал, предупреждающий другие станции о произошедшем конфликте. При коллизии уничтожаются все данные в сети. После коллизии станции пытаются передать данные повторно. Для того, чтобы предотвратить одновременную передачу, был разработан специальный механизм прерываний, который предписывает каждой станции выждать случайный промежуток времени перед повторной передачей. Станция, которой достался самый короткий период ожидания, первой получит право на очередную попытку передать данные, а остальные определят, что сеть занята и вновь будут ожидать. Единицей измерения времени ожидания является удвоенное время распространения сигнала из конца в конец отрезка кабеля, равное примерно 51.2 мс. После первого конфликта каждая станция ждёт 0 или 1 единицу времени, прежде, чем попытается возобновить передачу. Если снова произошёл конфликт, что может быть, если две станции выбрали одно и то же число, то каждая из них выбирает одно из четырёх случайных чисел в качестве времени ожидания: 0,1,2,3. Если и в третий раз произошёл конфликт, случайное число выбирается из интервала 0-7. Таким образом, вероятность новой коллизии уменьшается. После десяти последовательных конфликтов интервал выбора случайных чисел фиксируется и становится равным 0-1023. После шестнадцати конфликтов контроллер отказывается от дальнейших попыток передать кадр и сообщает об этом компьютеру. Все дальнейшие действия по выходу из сложившейся ситуации осуществляются под руководством протоколов верхнего уровня. Такой алгоритм позволяет разрешить коллизии, когда конфликтующих станций немного.

Обнаружение конфликтов основано на сравнении посланных сигналов и сигналов других рабочих станций. Аппаратное обеспечение станции должно во время передачи "прослушивать" кабель для определения факта коллизии. Если сигнал, который станция регистрирует, отличается от передаваемого ею, значит, произошла коллизия. Поэтому, должен существовать механизм, позволяющий различать сигналы в кабеле. Этот механизм был найден - им стало манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование сигнала.

При манчестерском кодировании каждый интервал времени, в течение которого происходит передача одного бита, разделяется на две половинки. Единичный бит кодируется высоким напряжением в первой половине и низким напряжением во второй. Нулевой бит кодируется противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией.

Дифференциальное манчестерское кодирование представляет собой разновидность обычного манчестерского кодирования. В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием изменения напряжения (напряжения в обеих половинках равны). Изменение напряжения в начале бита означает, что это нулевой бит.

Недостатком схемы дифференциального манчестерского кодирования является необходимость удвоения ширины полосы пропускания по сравнению с прямым кодированием. Однако, вследствие своей простоты, манчестерское кодирование используется в стандарте 802.3. Уровни высокого и низкого напряжения составляют +0.85 В и -0.85 В. Прямое двоичное кодирование построено на кодировании нулевого бита нулевым напряжением (0 В) и единичного бита ненулевым напряжением (5 В).

Следует отметить, что минимальная допустимая длина кадров Ethernet составляет 64 байта, а максимальная -- 1518 байт. Так как на служебную информацию в кадре отводится 18 байт, то поле «Данные» может иметь длину от 46 до 1500 байт. Если передаваемые по сети данные мень-ше допустимой минимальной длины, кадр будет автоматически дополняться до 46 байт.

Аналитическое моделирование сети Ethernet

Механизм разделения среды протокола Ethernet упрощенно описывается простейшей моделью типа M/M/1 - одноканальной моделью с простейшим потоком заявок и показательным законом распределения времени обслуживания. Она хорошо описывает процесс обработки случайно поступающих заявок на обслуживание системами с одним обслуживающим прибором со случайным временем обслуживания и буфером для хранения поступающих заявок на время, пока обслуживающий прибор занят выполнением другой заявки. Передающая среда Ethernet представлена в этой модели обслуживающим устройством, а пакеты соответствуют заявкам.

Пусть на вход одноканальной СМО поступает простейший поток заявок с интенсивностью л, закон распределения времени обслуживания показательный с интенсивностью м (рисунок 1).

Входящий Очередь Устройство Выходящий

поток , л м поток

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Одноканальная СМО

Отношение с = л/м называется коэффициентом загрузки, который определяет какую часть времени устройство было занято на протяжении всего времени наблюдения за СМО.

В этом случае формулы Полячека-Хинчина для определения средней длины очереди и среднего времени ожидания имеют вид

(1)

Имитационное моделирование сети Ethernet

В качестве базовой модели взята модель 10-мегабитной сети Ethernet, разработанной Minuteman Softwareи представленной в /8/.

10-мегабитная сеть Ethernet с сотней подключенных в данный момент рабочих станций работает удовлетворительно. Было определено, что сетевой трафик состоит из двух классов сообщений, которые генерируются с одинаковой пропорцией во всех узлах.

Общая структура входящего потока сообщений в час пик может быть смоделирована как пуассоновский процесс со случайным выбором отдельных рабочих станций. сеть ethernet моделирование сегмент

Сообщения поступают экспоненциально и бывают двух типов: короткие и длинные. Выбирается узел и удерживается в течение передачи сообщения и всех выдержек времени в случае коллизии. Каждый узел Ethernet может быть занят одним сообщением до тех пор, пока оно не будет отправлено или пока не произойдет некоторое количество коллизий (во время попыток передачи другими узлами), после чего объявляется постоянная ошибка и узел освобождается. Время измеряется в миллисекундах. Подразумевается, что отдельные узлы отстоят друг от друга на 2,5 м. При расчете окна коллизии для определения разделяющего расстояния используется идентификационный номер узла. Задержки распространения между смежными узлами равны 0,01 микросекунды. Каждый бит перемещается за 0,1 микросекунды. Межкадровый интервал моделируется путем задержки сети передающим узлом на некоторое дополнительное время, после того как он передал свое сообщение. Сообщения представлены транзактами GPSS. Узлы и сеть представлены устройствами GPSS. Дополнительное устройство используется во время передачи преднамеренных помех для предотвращения начала передачи нового сообщения. Коллизия возникает из-за нескольких одновременных попыток передачи 2 или более узлов. Задержка распространения сигнала препятствует одновременному распознаванию узлов друг другом, тем самым, приводя к возможности коллизии. Интервал времени, в течение которого сигнал из другого узла может быть обнаружен, называется «окном коллизии». Коллизия представлена лишением передающего транзакта права занимать Ethernet и отправкой его в подпрограмму выдержки времени. Новый занимающий транзакт передает преднамеренные помехи в Ethernet и затем сам выдерживает некоторый временной интервал. Когда отправляется сообщение транзакта, транзакт занимает устройство Ethernet с приоритетом 0 и может быть вытеснен (PREEMPT) только транзактом с приоритетом 1. Когда транзакт передает преднамеренные помехи, он занимает устройство Ethernet с приоритетом 1 и не может быть вытеснен.

Спецификации физической среды Ethernet

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором.

Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base- FL, 10Base-FB.

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband - широкополосными).



Рисунок 2 - Схема сети

Алгоритм работы сети

При передаче каким-нибудь компьютером кадра данных все остальные компьютеры принимают его по общему коаксиальному кабелю, находясь с передатчиком в постоянном побитном синхронизме. На время передачи этого кадра никакие другие обмены информации в сети не разрешаются. Способ доступа к общему кабелю управляется несложным распределенным механизмом арбитража - каждый компьютер имеет право начать передачу кадра, если на кабеле отсутствуют информационные сигналы, а при одновременной передаче кадров несколькими компьютерами схемы приемников умеют распознавать и обрабатывать эту ситуацию, называемую коллизией. Обработка коллизии также несложна - все передающие узлы прекращают выставлять биты своих кадров на кабель и повторяют попытку передачи кадра через случайный промежуток времени.

Работа всех узлов сети Ethernet в режиме большой распределенной электронной схемы с общим тактовым генератором приводит к нескольким ограничениям, накладываемым на сеть. Основными ограничениями являются:

Максимально допустимая длина сегмента. Она зависит от типа используемого кабеля: для витой пары это 100 м, для тонкого коаксиала - 185 м, для толстого коаксиала - 500 м, а для оптоволокна - 2000 м. Для наиболее дешевых и распространенных типов кабеля - витой пары и тонкого коаксиала - это ограничение часто становится весьма нежелательным. Технология Ethernet предлагает использовать для преодоления этого ограничения повторители и концентраторы, выполняющие функции усиления сигнала, улучшения формы фронтов импульсов и исправления погрешностей синхронизации. Однако возможности этих устройств по увеличению максимально допустимого расстояния между двумя любыми узлами сети (которое называется диаметром сети) не очень велики - число повторителей между узлами не может превышать 4-х (так называемое правило четырех хабов). Для витой пары это дает увеличение до 500 м (рисунок 3). Кроме того, существует общее ограничение на диаметр сети Ethernet - не более 2500 м для любых типов кабеля и любого количества установленных концентраторов. Это ограничение нужно соблюдать для четкого распознавания коллизий всеми узлами сети, как бы далеко (в заданных пределах) они друг от друга не находились, иначе кадр может быть передан с искажениями.

Рисунок 3 - Максимальный диаметр сети Ethernet на витой паре.

Максимальное число узлов в сети. Стандарты Ethernet ограничивают число узлов в сети предельным значением в 1024 компьютера вне зависимости от типа кабеля и количества сегментов, а каждая спецификация для конкретного типа кабельной системы устанавливает еще и свое, более жесткое ограничение. Так, к сегменту кабеля на тонком коаксиале нельзя подключить более 30 узлов, а для толстого коаксиала это число увеличивается до 100 узлов. В сетях Ethernet на витой паре и оптоволокне каждый отрезок кабеля соединяет всего два узла, но так как количество таких отрезков спецификация не оговаривает, то здесь действует общее ограничение в 1024 узла.

Существуют также и другие причины, кроме наличия указанных в стандартах ограничений, по которым число узлов в сети Ethernet обычно не превосходит нескольких десятков. Эти причины лежат в самом принципе разделения во времени одного канала передачи данных между всеми узлами сети. При подключении к такому каналу каждый узел пользуется его пропускной способностью - 10 Мб/с - в течение только некоторой доли общего времени работы сети. Соответственно, на узел приходится эта же доля пропускной способности канала. Даже если упрощенно считать, что все узлы получают равные доли времени работы канала и непроизводительные потери времени отсутствуют, то при наличии в сети N узлов на один узел приходится только 10/N Мб/с пропускной способности. Очевидно, что при больших значениях N пропускная способность, выделяемая каждому узлу, оказывается настолько малой величиной, что нормальная работа приложений и пользователей становится невозможной - задержки доступа к сетевым ресурсам превышают тайм-ауты приложений, а пользователи просто отказываются так долго ждать отклика сети.

Случайный характер алгоритма доступа к среде передачи данных, принятый в технологии Ethernet, усугубляет ситуацию. Если запросы на доступ к среде генерируются узлами в случайные моменты времени, то при большой их интенсивности вероятность возникновения коллизий также возрастает и приводит к неэффективному использованию канала: время обнаружения коллизии и время ее обработки составляют непроизводительные затраты. Доля времени, в течение которого канал предоставляется в распоряжение конкретному узлу, становится еще меньше.

Задание 2

Листинг базовой программы на 100 узлов.

Node_Count EQU 100

Intermessage_TimeEQU 1.0

Min_Msg EQU 512

Max_Msg EQU 12144

Fraction_Short_Msgs EQU 600

Slot_Time EQU 0.0512

Jam_TimeEQU 0.0032

Backoff_Limit EQU 10

Interframe_Time EQU 0.0096

Backoff_Delay VARIABLE Slot_Time#V$Backrandom

Backrandom VARIABLE 1+(RN4@((2^V$Backmin)-1))

Backmin VARIABLE (10#(10'L'P$Retries))+(P$Retries#(10'GE'P$Retries))

Node_Select VARIABLE 1+(RN3@Node_Count)

Collide VARIABLE ABS((X$Xmit_Node-P$Node_ID)/100000)'GE'(AC1-X$Xmit_Begin)

Msgtime VARIABLE (0.0001)#V$Msgrand

Msgrand VARIABLE Min_Msg+(RN1'G'Fraction_Short_Msgs)#(Max_Msg-Min_Msg)

Msg_Delays QTABLE Global_Delays,1,1,20

GENERATE (Exponential(1,0,Intermessage_Time))

ASSIGN Node_ID,V$Node_Select

ASSIGN Message_Time,V$Msgtime

ASSIGN Retries,0

QUEUE Global_Delays

SEIZE P$Node_ID

Try_To_Send PRIORITY 1

SEIZE Jam

RELEASEJam

TEST E F$Ethernet,1,Start_Xmit

TEST E V$Collide,1,Start_Xmit

Collision PREEMPT Ethernet,PR,Backoff,,RE

SEIZE Jam

ADVANCE Jam_Time

RELEASE Jam

RELEASE Ethernet

PRIORITY 0

Backoff ASSIGNRetries+,1

TEST LE P$Retries,Backoff_Limit,Xmit_Error

ADVANCE V$Backoff_Delay

TRANSFER ,Try_To_Send

Start_Xmit SEIZE Ethernet

SAVEVALUE Xmit_Node,P$Node_ID

SAVEVALUE Xmit_Begin,AC1

PRIORITY 0

ADVANCEP$Message_Time

ADVANCEInterframe_Time

RELEASEEthernet

Free_Node RELEASEP$Node_ID

DEPART Global_Delays

TERMINATE

Xmit_Error SAVEVALUE Error_Count+,1

TRANSFER ,Free_Node

GENERATE 1000

TERMINATE 1

Запуск процесса моделирования

Выбираем Command/Create Simulation.

Открываем диаграмму задержки сообщений, выбираем Window/ Simulation Window/Table Window, в выпадающем списке диалогового окна уже выбрана таблица MSG_DELAYS.

Теперь запустим процесс моделирования. Выберем Command / START, так как нам нужен счетчик завершения, равный 1, в диалоговом окне нажимаем ОК.

Когда сообщения проходят через Ethernet, в Q-таблице Msg_Delays регистрируется продолжительность их передачи, и мы можем наблюдать их накопление в диаграмме (рисунок 4).

Рисунок 4 - Q-таблица в конце процесса моделирования

Процесс мо-делирования завершится, когда будет смоделирована 1 секунда работы. В окне «Table» мы можем видеть, что среднее время задержки сообщений составило немногим меньше одной миллисекунды.

Отчет

GPSS World Simulation Report - Untitled.2.1

Monday, February 25, 2008 19:28:37

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 1000.000 35102 0

NAME VALUE

BACKMIN10011.000

BACKOFF18.000

BACKOFF_DELAY10009.000

BACKOFF_LIMIT10.000

BACKRANDOM10010.000

COLLIDE10013.000

COLLISION 12.000

ERROR_COUNT UNSPECIFIED

ETHERNET 10022.000

FRACTION_SHORT_MSGS 600.000

FREE_NODE 29.000

GLOBAL_DELAYS10017.000

INTERFRAME_TIME 0.010

INTERMESSAGE_TIME1.000

JAM 10021.000

JAM_TIME0.003

MAX_MSG12144.000

MESSAGE_TIME 10019.000

MIN_MSG 512.000

MSGRAND10015.000

MSGTIME10014.000

MSG_DELAYS10016.000

NODE_COUNT 100.000

NODE_ID10018.000

NODE_SELECT 10012.000

RETRIES10020.000

SLOT_TIME 0.051

START_XMIT22.000

TRY_TO_SEND7.000

XMIT_BEGIN10024.000

XMIT_ERROR32.000

XMIT_NODE 10023.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 914 0 0

2 ASSIGN 914 0 0

3 ASSIGN 914 0 0

4 ASSIGN 914 0 0

5 QUEUE 914 0 0

6 SEIZE 914 0 0

TRY_TO_SEND7 PRIORITY 920 0 0

8 SEIZE 920 0 0

9 RELEASE920 0 0

10 TEST920 0 0

11 TEST440 0 0

COLLISION 12 PREEMPT 3 0 0

13 SEIZE 3 0 0

14 ADVANCE 3 0 0

15 RELEASE 3 0 0

16 RELEASE 3 0 0

17 PRIORITY 3 0 0

BACKOFF18 ASSIGN6 0 0

19 TEST 6 0 0

20 ADVANCE 6 0 0

21 TRANSFER 6 0 0

START_XMIT22 SEIZE 917 0 0

23 SAVEVALUE 917 0 0

24 SAVEVALUE 917 0 0

25 PRIORITY 917 0 0

26 ADVANCE917 0 0

27 ADVANCE914 0 0

28 RELEASE914 0 0

FREE_NODE 29 RELEASE914 0 0

30 DEPART 914 0 0

31 TERMINATE 914 0 0

XMIT_ERROR32 SAVEVALUE0 0 0

33 TRANSFER 0 0 0

34 GENERATE 1 0 0

35 TERMINATE1 0 0

FACILITYENTRIES UTIL.AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

1 17 0.012 0.718 1 0 0 0 00

2 10 0.010 1.010 1 0 0 0 00

3 11 0.010 0.873 1 0 0 0 00

4 10 0.015 1.535 1 0 0 0 00

5 10 0.012 1.155 1 0 0 0 00

6 6 0.009 1.488 1 0 0 0 00

7 4 0.003 0.773 1 0 0 0 00

8 9 0.011 1.253 1 0 0 0 00

9 8 0.007 0.858 1 0 0 0 00

10 9 0.007 0.743 1 0 0 0 00

1110 0.009 0.886 1 0 0 0 00

12 7 0.009 1.262 1 0 0 0 00

13 8 0.008 0.964 1 0 0 0 00

14 8 0.007 0.935 1 0 0 0 00

15 8 0.014 1.718 1 0 0 0 00

1613 0.019 1.481 1 0 0 0 00

1710 0.007 0.692 1 0 0 0 00

1810 0.006 0.558 1 0 0 0 00

1910 0.009 0.870 1 0 0 0 00

20 9 0.007 0.728 1 0 0 0 00

21 7 0.004 0.616 1 0 0 0 00

214 0.011 0.801 1 0 0 0 00

2310 0.012 1.158 1 0 0 0 00

2411 0.017 1.577 1 0 0 0 00

25 8 0.009 1.090 1 0 0 0 00

26 2 0.002 0.832 1 0 0 0 00

2712 0.015 1.234 1 0 0 0 00

2813 0.008 0.606 1 0 0 0 00

2915 0.014 0.917 1 0 0 0 00

3011 0.012 1.048 1 0 0 0 00

3116 0.008 0.503 1 0 0 0 00

32 9 0.008 0.939 1 0 0 0 00

3310 0.012 1.199 1 0 0 0 00

34 5 0.004 0.881 1 0 0 0 00

3512 0.012 0.963 1 0 0 0 00

3610 0.005 0.496 1 0 0 0 00

3711 0.010 0.947 1 0 0 0 00

38 4 0.003 0.651 1 0 0 0 00

39 7 0.008 1.113 1 0 0 0 00

40 8 0.007 0.881 1 0 0 0 00

4111 0.009 0.790 1 0 0 0 00

42 5 0.006 1.170 1 0 0 0 00

43 7 0.008 1.162 1 0 0 0 00

4411 0.012 1.055 1 0 0 0 00

4518 0.012 0.677 1 0 0 0 00

46 9 0.005 0.501 1 0 0 0 00

47 8 0.006 0.720 1 0 0 0 00

4810 0.012 1.168 1 0 0 0 00

49 5 0.007 1.350 1 0 0 0 00

50 6 0.006 0.979 1 0 0 0 00

51 3 0.005 1.584 1 0 0 0 00

5210 0.009 0.870 1 0 0 0 00

53 4 0.004 1.012 1 0 0 0 00

5413 0.019 1.460 1 0 0 0 00

5513 0.017 1.310 1 0 0 0 00

5611 0.016 1.442 1 0 0 0 00

57 5 0.006 1.153 1 0 0 0 00

58 6 0.004 0.630 1 0 0 0 00

59 9 0.008 0.838 1 0 0 0 00

60 6 0.005 0.862 1 0 0 0 00

61 6 0.006 1.057 1 0 0 0 00

62 8 0.006 0.723 1 0 0 0 00

6310 0.009 0.866 1 0 0 0 00

6410 0.010 1.003 1 0 0 0 00

65 7 0.004 0.531 1 0 0 0 00

66 5 0.004 0.758 1 0 0 0 00

67 9 0.010 1.074 1 0 0 0 00

68 8 0.008 1.030 1 0 0 0 00

69 6 0.007 1.241 1 0 0 0 00

7010 0.010 1.049 1 0 0 0 00

71 8 0.005 0.615 1 0 0 0 00

7210 0.012 1.208 1 0 0 0 00

7310 0.009 0.873 1 0 0 0 00

74 7 0.004 0.512 1 0 0 0 00

75 7 0.006 0.900 1 0 0 0 00

7610 0.011 1.124 1 0 0 0 00

7712 0.010 0.814 1 0 0 0 00

7811 0.005 0.430 1 0 0 0 00

7911 0.015 1.358 1 0 0 0 00

8015 0.011 0.751 1 0 0 0 00

8111 0.008 0.758 1 0 0 0 00

8211 0.011 0.992 1 0 0 0 00

83 3 0.003 0.860 1 0 0 0 00

84 9 0.011 1.174 1 0 0 0 00

85 8 0.008 1.038 1 0 0 0 00

8614 0.017 1.239 1 0 0 0 00

8710 0.009 0.925 1 0 0 0 00

88 9 0.004 0.427 1 0 0 0 00

89 8 0.007 0.844 1 0 0 0 00

90 8 0.015 1.870 1 0 0 0 00

9114 0.011 0.802 1 0 0 0 00

92 7 0.004 0.583 1 0 0 0 00

93 9 0.007 0.727 1 0 0 0 00

9410 0.019 1.874 1 0 0 0 00

95 8 0.006 0.747 1 0 0 0 00

96 7 0.007 0.999 1 0 0 0 00

9710 0.007 0.695 1 0 0 0 00

98 8 0.008 0.941 1 0 0 0 00

99 9 0.007 0.761 1 0 0 0 00

1009 0.009 0.947 1 0 0 0 00

JAM 923 0.000 0.000 1 0 0 0 00

ETHERNET 920 0.477 0.518 1 0 0 0 00

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIMEAVE.(-0) RETRY

GLOBAL_DELAYS 8 0 9140 0.8880.9720.9720

TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.%

MSG_DELAYS 0.972 0.9660

_ - 1.000 445 48.69

1.000 - 2.000 365 88.62

2.000 - 3.00074 96.72

3.000 - 4.00019 98.80

4.000 - 5.000 4 99.23

5.000 - 6.000 2 99.45

6.000 - 7.000 5100.00

SAVEVALUERETRY VALUE

XMIT_NODE 091.000

XMIT_BEGIN0 999.843

FEC XNPRIBDTASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

916 0 1000.869 91601

917 0 2000.000 9170 34

2.2 Анализ результатов базовой модели

Проанализируем отчет. Двигаемся вниз к разделу, посвященному устройству, которое представляет сеть Ethernet. Оно использовалось в среднем на 47,7%. Посмотрим на количество входов в блок с меткой Collision. В течение процесса моделирования было 3 коллизии. То есть на одно сообщение приходится 0.003 коллизии.

Очевидно, что сеть действует удовлетворительно. Теперь посмотрим на эффект добавления N = 91 дополнительных рабочих станций.

Выбираем Command / CLEAR. Теперь мы изменим некото-рые параметры эксперимента. Мы сделаем это с помощью интерактивной команды. Сначала изменим количество рабочих станций. Выбираем Command / Custom..., наберите Node_Count EQU 104.

Теперь другой параметр - общий интервал между поступлением сообщений. Во второй стро-ке набираем Intermessage_Time EQU 1.0# (104/204).

Запустим процесс моделирования с новыми условиями. Выбираем Command / START. Так как нам нужен счетчик завершения, равный 1, в диалоговом окне нажимаем ОК.

Рис.5 Журнал

Рисунок 6 - Q-таблица для 191 рабочих станций в сети

Отчет

GPSS World Simulation Report - листинг1.28.2

Monday, April 21, 2008 15:10:57

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 1000.000 35102 0

NAME VALUE

BACKMIN10011.000

BACKOFF18.000

BACKOFF_DELAY10009.000

BACKOFF_LIMIT10.000

BACKRANDOM10010.000

COLLIDE10013.000

COLLISION 12.000

ERROR_COUNT UNSPECIFIED

ETHERNET 10022.000

FRACTION_SHORT_MSGS 600.000

FREE_NODE 29.000

GLOBAL_DELAYS10017.000

INTERFRAME_TIME 0.010

INTERMESSAGE_TIME0.476

JAM 10021.000

JAM_TIME0.003

MAX_MSG12144.000

MESSAGE_TIME 10019.000

MIN_MSG 512.000

MSGRAND10015.000

MSGTIME10014.000

MSG_DELAYS10016.000

NODE_COUNT91.000

NODE_ID10018.000

NODE_SELECT 10012.000

RETRIES10020.000

SLOT_TIME 0.051

START_XMIT22.000

TRY_TO_SEND7.000

XMIT_BEGIN10024.000

XMIT_ERROR32.000

XMIT_NODE 10023.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 2042 0 0

2 ASSIGN2042 0 0

3 ASSIGN2042 0 0

4 ASSIGN2042 0 0

5 QUEUE 204263 0

6 SEIZE 1979 0 0

TRY_TO_SEND7 PRIORITY 3627 0 0

8 SEIZE 3627 0 0

9 RELEASE 3627 0 0

10 TEST 3627 0 0

11 TEST 362453 0

COLLISION 12 PREEMPT824 0 0

13 SEIZE 824 0 0

14 ADVANCE824 0 0

15 RELEASE824 0 0

16 RELEASE824 0 0

17 PRIORITY 824 0 0

BACKOFF18 ASSIGN1648 0 0

19 TEST 1648 0 0

20 ADVANCE 1648 0 0

21 TRANSFER 1648 0 0

START_XMIT22 SEIZE 2750 0 0

23 SAVEVALUE2750 0 0

24 SAVEVALUE2750 0 0

25 PRIORITY 2750 0 0

26 ADVANCE 2750 1 0

27 ADVANCE 1925 0 0

28 RELEASE 1925 0 0

FREE_NODE 29 RELEASE 1925 0 0

30 DEPART1925 0 0

31 TERMINATE1925 0 0

XMIT_ERROR32 SAVEVALUE0 0 0

33 TRANSFER 0 0 0

34 GENERATE 1 0 0

35 TERMINATE1 0 0

FACILITYENTRIES UTIL.AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

1 22 0.35816.286 1 0 0 0 00

2 19 0.40421.271 1 0 0 0 00

3 31 0.59419.163 1 0 0 0 00

4 20 0.39319.660 1 2022 0 0 02

5 17 0.35520.854 1 0 0 0 00

6 24 0.44218.402 1 0 0 0 00

7 24 0.55723.214 1 1623 0 0 04

8 25 0.39815.924 1 2004 0 0 00

9 29 0.59120.391 1 1800 0 0 02

1027 0.52219.321 1 0 0 0 00

1115 0.25917.297 1 1954 0 0 02

1221 0.35416.868 1 0 0 0 00

1321 0.39618.863 1 1936 0 0 01

1426 0.45417.465 1 2015 0 0 00

1528 0.60021.434 1 2019 0 0 00

1617 0.31918.771 1 2020 0 0 00

1726 0.42416.292 1 0 0 0 00

1823 0.46720.313 1 0 0 0 00

1919 0.38920.475 1 1953 0 0 00

2019 0.44323.296 1 1907 0 0 02

2125 0.36414.552 1 2003 0 0 01

2222 0.43519.783 1 2013 0 0 00

2312 0.26722.262 1 0 0 0 00

2421 0.36517.378 1 1957 0 0 01

2524 0.43618.165 1 0 0 0 00

2624 0.60825.322 1 1757 0 0 03

2722 0.56225.525 1 0 0 0 00

2817 0.35220.721 1 2039 0 0 00

2930 0.76825.608 1 1596 0 0 06

3016 0.31419.637 1 1810 0 0 03

3131 0.64720.882 1 0 0 0 00

3219 0.40321.194 1 0 0 0 00

3319 0.41321.746 1 1910 0 0 02

3420 0.38419.199 1 1752 0 0 05

3520 0.29714.835 1 2041 0 0 00

3623 0.47720.743 1 1927 0 0 00

3723 0.57925.154 1 1823 0 0 01

3820 0.32616.281 1 1967 0 0 00

3915 0.35023.301 1 2011 0 0 01

4020 0.34417.198 1 1924 0 0 02

4124 0.47619.850 1 0 0 0 00

4227 0.57421.244 1 1864 0 0 02

4326 0.51719.899 1 0 0 0 00

4422 0.32514.792 1 0 0 0 00

4515 0.25116.760 1 0 0 0 00

4618 0.31417.442 1 1895 0 0 00

4720 0.31315.643 1 1981 0 0 01

4824 0.50320.942 1 2014 0 0 00

4920 0.36818.409 1 0 0 0 00

5027 0.54020.000 1 0 0 0 00

5121 0.51024.300 1 0 0 0 00

5218 0.33118.389 1 2021 0 0 01

5321 0.45821.811 1 0 0 0 00

5426 0.45017.290 1 1979 0 0 00

5512 0.34228.520 1 1760 0 0 03

5615 0.36924.569 1 1960 0 0 04

5722 0.52423.812 1 1959 0 0 02

5820 0.35217.580 1 0 0 0 00

5921 0.35516.923 1 0 0 0 00

6014 0.33023.581 1 1968 0 0 01

6117 0.29317.206 1 1977 0 0 01

6223 0.44619.409 1 0 0 0 00

6317 0.30517.959 1 0 0 0 00

6417 0.43925.829 1 1662 0 0 00

6520 0.35117.551 1 2018 0 0 00

6623 0.53323.168 1 1812 0 0 02

6726 0.48218.525 1 1966 0 0 00

6821 0.40519.272 1 0 0 0 00

6926 0.65024.987 1 1905 0 0 01

7023 0.51322.317 1 0 0 0 00

7128 0.56620.214 1 0 0 0 00

7226 0.56421.709 1 2024 0 0 00

7317 0.40423.790 1 1776 0 0 01

7433 0.53016.055 1 2016 0 0 00

7521 0.35016.684 1 0 0 0 00

7623 0.42018.266 1 0 0 0 00

7734 0.64719.020 1 2030 0 0 00

7834 0.67319.809 1 1963 0 0 01

7920 0.38619.321 1 0 0 0 00

8029 0.46716.117 1 1983 0 0 01

8114 0.33924.188 1 0 0 0 00

8222 0.48622.102 1 0 0 0 00

8320 0.42921.442 1 1956 0 0 01

8429 0.64222.153 1 0 0 0 00

8517 0.38722.768 1 0 0 0 00

8624 0.50821.170 1 1942 0 0 02

8721 0.50624.079 1 2035 0 0 00

8817 0.41924.667 1 1684 0 0 01

8915 0.24216.136 1 2034 0 0 00

9020 0.41720.848 1 1991 0 0 00

9113 0.24518.878 1 0 0 0 00

92 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

93 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

94 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

95 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

96 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

97 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

98 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

99 0 0.000 0.000 1 0 0 0 00

1000 0.000 0.000 1 0 0 0 00

JAM4451 0.003 0.001 1 0 0 0 00

ETHERNET 3574 0.999 0.279 1 1812 0 0 0 53

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIMEAVE.(-0) RETRY

GLOBAL_DELAYS 138 11720420 68.737 33.662 33.6620

TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.%

MSG_DELAYS 32.31031.3550

_ - 1.000 3 0.16

1.000 - 2.000 9 0.62

2.000 - 3.00014 1.35

3.000 - 4.00032 3.01

4.000 - 5.00021 4.10

5.000 - 6.00017 4.99

6.000 - 7.00025 6.29

7.000 - 8.00034 8.05

8.000 - 9.00043 10.29

9.000 - 10.00065 13.66

10.000 - 11.00083 17.97

11.000 - 12.00058 20.99

12.000 - 13.00057 23.95

13.000 - 14.00077 27.95

14.000 - 15.00090 32.62

15.000 - 16.00092 37.40

16.000 - 17.00072 41.14

17.000 - 18.00075 45.04

18.000 - 19.00051 47.69

19.000 - _ 1007100.00

SAVEVALUERETRY VALUE

XMIT_NODE 066.000

XMIT_BEGIN0 999.227

FEC XNPRIBDTASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

2044 0 1000.347204401

1812 0 1000.4411812 26 27

MESSAGE_TIME 1.214

NODE_ID66.000

RETRIES 4.000

2045 0 2000.00020450 34

Сделаем сравнительный анализ сети до и после присоединения 106 станций в таблице 2

Таблица 2

Число станций	Коэффициент загрузки сети	Число коллизий	Средняя длина очереди	Среднее время ожидания
100	0.477	3	0.888	0.518
91	0.999	824	68.737	0.279

Таким образом, увеличение узлов сети на 106 привело к значительному росту числа коллизий (до 824), что объясняет рост коэффициента загрузки сети.

Ясно, что время, затраченное на ожидание перед повтором передачи при возникновении коллизий, составило большую часть от дополнительного времени задержки сообщений.

Можно заключить, что появление задержек приведет к серьезным проблемам с производительностью в сети, если подключить к сети дополнительно 91 рабочих станций.

Задание 3

Проведем испытания с разработанной моделью и получим зависимость y=f(x), где у -Queue, х - Jam_. Проанализируем полученные результаты.

Jam_ - время прохождения 32 битов ;

Queue - средняя длина очереди.

Таблица 3.

Min	600	1050	2000	2700	3200	3500	5600	6200
Col	5	6	7	8	10	10	19	19

Min	7000	8300	9500	10000	10100	11000	12000
Col	24	49	100	126	126	157	183

Рисунок 6 - Зависимость минимальных сообщений в битах от числа коллизий.

Заключение

При имитационном моделировании на компьютере имитируется работа проектируемой системы. Математическая модель при этом реализуется в виде программы для компьютера. В результате экспериментов на компьютере собирается статистика, обрабатывается и выдается необходимая информация.

Работа сети состоит из множества случайных процессов, характеристики которых невозможно предугадать, о них можно говорить лишь с определенной вероятностью.

Но когда речь заходит о сети с 100 и более компьютерами, вероятности событий начинают зависеть друг от друга и от некоторых дополнительных факторов затрудняющих подсчет, и тогда на помощь приходят ЭВМ и в частности программный комплекс GPSS.

При помощи GPSS в данной курсовой работе мной было смоделировано функционирование сети состоящей из 100 и 159 компьютеров, обеспечив при этом отчетность о всех событиях происшедших за 1 секунду моделирования. GPSS позволила вести анализ процесса как в привычной для нас графической интерпретации (Table Window) так и в виде обычного отчета (Report). Так же можно заметить, что при увеличении минимального сообщения в битах, длина очереди увеличивается, т.е. получается линейная зависимость.

Результаты анализа вполне достаточны для приблизительного оценивания работы моделируемой сети.

Список литературы

1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: Высшая школа, 1998.

2. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования - М.: Радио и связь, 1976.

3. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и её приложения. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005

4. Шварц М. Сети связи: Протоколы, моделирование и анализ. - М.: Наука, 1992

5. Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World: Учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

6. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. - М.: ДМК Пресс, 2004.

7. Учебное пособие по GPSS World. - Казань: Изд-во «Мастер Лайн», 2002.

8. Руководство Пользователя по GPSS World. - Казань: Изд-во «Мастер Лайн», 2002.

9. Ethernet // Электронная версия на сайте http://www.ru.wikipedia.org.

10. Что такое ethernet // Электронная версия на сайте http://www.chtotakoe.info

11. Ethernet // Электронная версия на сайте http://www.kunegin.narod.ru

Размещено на Allbest.ru

...