LAN性能评价：影响因素与重要参数

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：LAN的性能主要是指吞吐率和延迟。影响LAN性能的因素是：网络硬件特性，包括介质上的延迟和发送的频率；资源分配策略，特别是介质访问控制以及网络的负载即通信量。将两个参量相乘，就成为决定LAN性能的一个重要参数。变量a决定了LAN利用率的上限值。对令牌环、令牌总线、CSMA/CD三种不同介质访问控制方法的最大数据率不同。在轻负载下，CSMA/CD提供了最小延迟，但在重负载下，它的功能对负载的影响最敏感。

LAN的性能主要是指吞吐率和延迟。影响LAN性能的因素是：网络硬件特性，包括介质上的延迟和发送的频率；资源分配策略，特别是介质访问控制以及网络的负载即通信量。

1.基本参量

LAN常用的一些参量是：D——延迟，也称传输延迟，指从一个站点准备好发送帧到完成发送之间的时间；S——吞吐量，在各站之间传送的全部数据量；C——容量，在一定的控制协议下，信道所能达到的最大信息速率；U——利用率，指吞吐和系统总容量之比；G——局域网的负载，即存在于网络中的全部数据率。

2.性能评价

（1）传输延迟和数据率。LAN两个最重要的网络特性参量是介质上的传输延迟D和数据率R。传输延迟反应了传输介质的长度，在环形网络中还要考虑中继器的数目及延迟特性。数据率即信息速率，单位为bit/s。将两个参量相乘（DR），就成为决定LAN性能的一个重要参数。

若用变量a表示传输介质长度和分组长度L 之比，也就是a=介质传播时间/分组发送时间。变量a决定了LAN利用率的上限值。在理想状态下，并且假定传输的全是数据，则网络的最大利用率U 可以表示成系统吞吐量S和系统的容量之比，即U =S/C=1/（1+a）。

由此可见，随a的增加，利用率下降。对令牌总线和令牌环，如有些站没有数据传送，要浪费令牌传送时间。为了提高利用率U 和吞吐率S，应尽可能减少a。增加分组长度可以减小a，但如果报文长度不是分组长度的整数倍，会增加额外的开销。

（2）吞吐率特性。吞吐率即单位时间内的吞吐量，为了简化分析，假定网络中有N个站准备发帧，由此可以导出最大吞吐率。

当a增加时，吞吐率降低。不同的a对令牌环影响不大，但对CSMA/CD却有很大的影响。当N 增加时，对令牌而言，由于只有比较少的时间花费在传送令牌上，因而吞吐率增加；但对CSMA/CD来说，由于冲突或无帧发送的概率增加，因而吞吐率下降。

（3）最大数据率的分析。对令牌环、令牌总线、CSMA/CD三种不同介质访问控制方法的最大数据率不同。

在给定参数下，平均帧长越短，令牌环、令牌总线和CSMA/CD的最大数据率差别就越大。令牌环的性能对负荷的影响最不敏感，令牌总线的影响也不太敏感。在轻负载下，CSMA/CD提供了最小延迟，但在重负载下，它的功能对负载的影响最敏感。对于CSMA/CD，在速率较低时最大平均吞吐率随着系统容量的增加而增加；但随着网络数据率的不断增加，实际数据率将趋于饱和，这是由于CSMA/CD的冲突效应引起的，以致系统趋于不稳定。

（4）延迟特性。令牌环的延迟特性很容易计算，一旦一个站发送数据帧后，就要等待环上所有站发送一次，该站才能再发送一次。所以延迟应等于N-1个周期加上本站传往下一站的周期。周期等于发送一帧加上将令牌传递给下一个站的时间。

（5）延迟—吞吐率特性。不同的介质访问控制方式提供不同的服务，延迟—吞吐率特性是一个很重要的特性。

1）CSMA/CD的延迟—吞吐率特性。延迟—吞吐率特性和信息的平均长度有很大关系。帧长越短，在吞吐率小的情况下，延迟也越小。但是最大吞吐率值越小，则当吞吐量增加时，延迟也增加很快，这是由于随着帧长和时间片长度之比减少，协议开销增加，因而延迟也增大。

2）令牌环的延迟—吞吐率特性。令牌环的基本操作可以用一个排队模型来描述，即将所有活动构成一个发送队列，对站的服务取决于哪个站得到令牌。环中各个站依次取得令牌权，因此，在队列中的站也依次得到服务。令牌从一个站传到下一个站的时间是一个常数，相当于两个站之间的传递延迟加上中继器延迟和一些附加操作。一般情况下，当吞吐率增加时，在重负载下，延迟随之增加；在轻负载下，即使吞吐率很大，延迟的增加却很小。因为在这种情况下，令牌环介质访问协议对环上各站点提供了公平的服务。另外，令牌保持时间可以控制服务质量，但也大大影响性能。

3）令牌总线的延迟—吞吐率特性。令牌总线和令牌环有些相似之处，因此也可用类似的性能模型来描述。不同之处在于，令牌传递的开销比令牌环大很多。对于令牌总线，将令牌从一个站传递到下一个站，需要发送一个控制帧，还要等待下一个站的响应。所延迟时间由发送控制帧、传递控制帧的传递延迟，以及响应时间三部分组成。在对称通信负载的情况下，即各站通信负载相同时，令牌保持时间足够长，每个站都将队列中所有的帧全部发送完，故平均延迟相当大。在不对称的通信负载下，帧的平均传递时间略有减少。

LAN性能评价：影响因素与重要参数

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