FDDI环网性能分析

FDDI环网性能分析摘要:FDDI环网支持同步服务和异步服务，其主要性能指标为环利用率和站访问延迟。本文探讨有关FDDI协议参数变化时,FDDI定时令牌协议的性能变化,为网络规划提供理论依据。关键词：FDDITTRT环利用率站访问延迟1引言FDDI的参数分为系统参数和可变参数。系统参数包括网络覆盖范围及站点的数目等;可变参数包括异步负载、同步带宽和目标令牌旋转时间TTRT值等，它们均可影响FDDI性能。在规划一个具体网络时,为确保网络利用率及响应时间在合理的范围以内,必须考虑所有这些参数的影响。2FDDI宽带的分配FDDI网络采用定时令牌循环协议TTRP，提供同步传输和异步传输服务。同步传输服务具有确定的带宽和响应时间,可用于传输实时数据，当令牌到达时，即使令牌循环定时器TRT溢出和令牌迟到，只要同步负载,该站都会在预先分配带宽内发送同步数据。异步传输用于带宽不可预知或对响应时间要求不太严格的环境,其带宽从没有被分配和剩余环路带宽中动态分配。对异步传输的控制有两种类型的令牌非受限令牌和受限令牌。非受限令牌用于正常的环操作,带宽为所有MAC共享。受限令牌用于一个站希望单独使用全部异步带宽与另一个站通信。每个MAC用TRT记录两次令牌到达之间的时间间隔。当令牌在TRT溢出前到达该站时,TRT的剩余值赋给令牌保持定时器THT，TRT复位并重新计时。THT溢出后,MAC发送完当前的异步帧后，被强制停止发送异步信息而释放令牌。如果令牌在TRT溢出后到达,MAC只能发送同步帧。3FDDI性能指标FDDI性能主要通过下面两个参数刻划环利用率U及站访问延迟Do环利用率是指已经使用的FDDI带宽与全部带宽的比值。站访问延迟是指一个要发送数据的站等待下一次发送机会的时间。而网络管理者最关心的是网络的最大利用率和最大站访问延迟时间。最大站访问延迟D和环利用率U分别为D=(n-1)T+2L(1)U=n(T-L)/(nT+L)(2)其中：T-TTRT的运行值；n-站点数；L-由TRT测量的空载环延迟时间。主要由光缆延迟和站延迟组成，其中光缆延迟是5085ns/km,站延迟约为750ns/站。对于一个很大的环，且所有站活跃时，L与n(T-L)相比较小，可以忽略，则站访问延迟和环利用率的最大值为：D=(n-1)TU=n(T-L)/(nT+L)〜(T-L)/T=1-L/T4参数对FDDI性能的影响FDDI的一些固定的参数和可变参数均会对站访问延迟和环的利用率有很大的影响。固定的参数有：站的数目、fddi环的长度、站延迟；可变参数有：ttrt、帧的大小、异步优先级阂值以及同步和受限令牌带宽的分配。4.1ttrt对fddi性能得影响公式（2）说明了采用较大的TTRT值可增加环利用率，这是因为增加TTRT会得到更多的可用带宽，从而增大吞吐量，但是在重载情况下也将大幅度地增加网络站访问延迟。另一方面，较低的TTRT值可保证令牌公平而快速的旋转，所有站都能较快地获得发送数据的机会但减少厂环利用率，当TTRT的值接近于环延迟时，将使得环的最大利用率减少至零。图1说明小型和大型FDDI环网中TTRT与环利用率的关系。图2为一个校园网中TTRT与环利用率的关系图，其活跃站数为20，光缆长度约6KM,当TTRT超过4ms以后，环利用率增加得相当缓慢;当TTRT大约为环延迟的5倍时,才能使环利用率达到0.8。图3说明了最大站访问延迟与TTRT的关系。由于环网较小，所以增加TTRT使之大于25ms，最大站访问延迟并没有超过2s。当环利用率明显增加时，增大TTRT才有意义。图4表明了大型和小型FDDI网络的令牌旋转时间随负载变化时的情况，它的TTRT是40ms。一般情况下，令牌旋转时间总是小于TOpr（TOpr为TTRT的运行值）。只有当负载接近或超过环容量时，令牌旋转时间才接近TOpr。当环网的负载较低时（一般少于80%），TTRT的增加对实际的或平均的令牌旋转时间影响不大即对于一个运行在饱和点以下的网络,TTRT的增加对站访问延迟的影响较小。因此,TTRT值的设置应根据用户所能忍受的最大站访问延迟及整个网络的环利用率来决定。从模拟和仿真的结果可知：对于大多数应用和网络类型来说，将TTRT值调节在8~10ms之间可以提供较合理的站访问延迟和环利用率。4.2环延迟对FDDI性能的影响环延迟是指信号绕环运行一周的时间延迟,主要由总的站延迟和总的光缆延迟组成。总的站延迟是环中总的站数n乘以每个站的站延迟。通过公式（1）可知,当n增加时,总的站延迟将增大,并增大总的环延迟。图5说明了当n从10增加到1000和所有的其它参数均保持不变时,环延迟对网络利用率的影响。在图5中,当环延迟增加到1ms时，环利用率下降到87%。这表明一个不超过100个站且网络距离小于25km的网络，延迟对环利用率的影响较小。减少环延迟与增加TOpr一样，可以增加环利用率。在轻负载情况下，增加活跃站的数目可以改善环的利用率,这是因为令牌旋转时没有数据传输的可能性减小了。而在较重负载下,因为任何环延迟的增加与发送数据可能性的增加相比是较小的故增加n虽然增加了环延迟，但也改进了环吞吐量和总的利用率。环延迟总的来说是一个固定的参数,它只能通过减小站的数目或减小FDDI环的光缆设备的长度来减小。4.3帧的长度对FDDI性能的影响FDDI帧的最大长度为4500字节。如果站较少而环延迟较大，那么每次发送数据时，帧的长度越大且发送帧的个数越多，那么环利用率越高（帧的长度越大，意味着每个帧的开销越小。就速率来说,如果在每次发送时,站点能传输多个帧且能在接收端被适当地缓冲和处理,那么较大的帧的长度对吞吐量的影响较小。4.4同步传输和多优先级异步传输对FDDI性能的影响站访问延迟也可以通过使用同步和异步传输模式来控制。由于同步服务中的带宽能得到保证,从而使站访问延迟有个上限。FDDIMAC协议保证被分配了同步带宽的站在2XT0pr内至少得到一次服务。只有当令牌提前到达时,才能提供异步传输服务。由图6可以看出,当环利用率增加时,同步传输的站访问延迟相对来说变化缓慢,而异步优先级0和1的站访问延迟几乎以指数增长,但优先级2~7的站访问延迟变化就没有那么大。异步优先级机构的使用可能会在重负载时对网络性能带来不好的影响,因此优先级的数目应该尽可能少,并且要注意较低优先级数据的传输。在确定具有异步传输优先级服务的FDDI网络的吞吐量时,首先要考虑它的优先级闺值,改变优先级阑值可使低优先级数据推迟发送，从而影响总的环吞吐量。其次是发送第i级优先级数据所需的实际时间。在轻载情况下,任何给定的活跃站发送低优先级数据所需时间可能长于发送高优先级数据的时间。发送某个优先级数据的吞吐最是所有发送该优先级数据站的吞吐量的总和。因此,增加该级活跃站的数目可以增加该级数据的环吞吐量。如果低优先级传输的负载可能多于高优先级传输负载,这个差别可能会使低优先级数据传输的吞吐量较高。4.5受限令牌异步传输对FDDI性能的影响请求受限令牌以进行扩展对话并不影响同步传输的站访问延迟和吞吐量。当一个具有已排队等待的受限异步数据的站接收到一个非受限令牌时,它发送该受限异步数据,然后释放一个受限令牌。因此,受限数据传输优先于非受限数据的传输。而最大令牌旋转时间仍被限于2XTOpr,且平均的令牌旋转时间仍然是TOpr。5总结通过以上分析，可知提高FDDI性能的主要方法有：TTRT是调节一个FDDI性能的最关键参数。在环初始化期间,FDDI站请求的TTRT值应该是所需服务间隔时间的一半。这种设置在网络重负载情况下尤其重要。如果需改进环利用率则应使TOpr值远远地大于环延迟。相反,如使TOpr值较小，虽然可降低站访问延迟，但也大大地减少了环利用率。在重负载情况下较大的TOpr值要求在FDDI站中配置较大数日的帧缓冲器。调节FDDI性能的另一参数是同步带宽。因为同步传输优先于异步传输,受限令牌异步传输优先于非受限令牌异步传输,因此应该统筹考虑和仔细规划。为多优先级传输分配带宽时,应在了解每个优先级的数据到达率、异步优先级阈值以及每个优先级数据站的数