بررسی تاخیر در شبکه های سوییچ بسته

همانطور که میدانید در شبکه های سویچ بسته (Packet-Switched)، یک بسته ارسالی، سفر خود را از یک میزبان (مبدأ) شروع میکند، از تعدادی سوییچ و مسیریاب میگذرد و در پایان سفر خود، به میزبان دیگر (مقصد) میرسد. با حرکت بسته از یک گره (میزبان یا مسیریاب) به گره دیگر در طول مسیر، در هر گره انواع مخلفی از تاخیر میتواند برای بسته در حال ارسال اتفاق بیوفتد.

تاخیر در شبکه های کامپیوتری

 

مهم ترین این تأخیرها در چهار عنوان مطرح میشوند:

تأخیر پردازش در گره (Nodal Processing Delay)

تأخیر صف بندی (Queuing Delay)

تأخیر انتقال (Transmission Delay)

تأخیر انتشار (Propagation Delay)

مجموع زمان تاخیر در موارد فوق، تأخیر کل گره (Nodal Delay) را به ما میدهد.

 

تأخیرهای شبکه کارایی بسیاری از برنامه های کاربردی اینترنت (مانند جستجو، وب گری، ارسال ایمیل، استفاده از نقشه های آنلاین، پیام رسان ها و ارسال صدا روی IP یا VOIP) را به طور کامل تحت تأثیر قرار میدهد.

برای داشتن درک بهتری از سوئیچینگ بسته و شبکه های کامپیوتری بهتر است ماهیت و دلیل اتفاق افتادن این تاخیرها را بشناسیم؛ که در ادامه این مقاله با زبانی ساده به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

 

فرض کنیم بخشی از یک شبکه فرضی به صورت تصویر زیر باشد. در اینصورت با ارسال یک بسته توسط یکی از کامپیوترها، بسته ارسالی باید وارد مسیریاب A شده، و از طریق این مسیریاب (Router) به روتر B برود. ما میخواهیم تاخیرهای موجود در گره روتر A را مورد بررسی قرار داده و محاسبه کنیم.

انواع تاخیر در شبکه های کامپیوتری

 

همانطور که مشخص است، مسیریاب A یک لینک خروجی منتهی به روتر B دارد. هر لینک خروجی یک صف (Queue – که به آن بافر هم گفته میشود) دارد. وقتی بسته از یک از سیستم ها به مسیریاب A میرسد، این روتر header بسته را بررسی میکند تا لینک خروجی مناسب را برای این بسته پیدا کرده و سپس بسته را به آن لینک میفرستد.

در مثال فرضی ما، لینک مناسب بسته همان لینکی است که به مسیریاب B ختم میشود. اما یک بسته فقط زمانی واقعاً به لینک خروجی فرستاده میشود که این لینک مشغول ارسال هیچ بسته دیگری نباشد، یا بسته دیگری در صف جلوی آن نباشد؛ اگر لینک خروجی مشغول باشد یا بسته های دیگری در صف وجود داشته باشند، بسته جدید باید منتظر خالی شدن صف (رسیدن به نوبت ارسال) بماند.

 

تاخیر پردازش (Processing Delay)

زمانی که مسیریاب صرف بررسی header (سرآیند) بسته و تعیین لینک خروجی مناسب برای آن میکند، بخشی از تأخیر پردازش است. عوامل دیگری نیز میتوانند در تأخیر پردازش مؤثر باشند، مانند زمانی که مسیریاب صرف بررسی سالم بودن بیت های بسته میکند.

تاخیر پردازش در مسیریاب های پر سرعت عموماً از مرتبه میکروثانیه و کمتر از آن است. بعد از پردازش بسته، روتر A آنرا به صف لینک خروجی منتهی به مسیریاب B میفرستد.

 

تاخیر صف (Queuing Delay)

بسته ها در صف خروجی منتظر می مانند تا نوبت ارسال آنها برسد؛ این تاخیر به تاخیر صف معروف است. مقدار این تاخیر برای یک بسته خاص بستگی به تعداد بسته هایی دارد که جلوتر از آن در نوبت ارسال هستند.

اگر صف خالی باشد و هیچ بسته ای در حال ارسال روی لینک خروجی نباشد، تاخیر صف بسته ما صفر خواهد بود. از طرف دیگر، اگر ترافیک مسیریاب سنگین باشد و بسته های زیادی در نوبت ارسال وجود داشته باشند، بسته ما مجبور است زمان زیادی در صف منتظر بماند.

تاخیر صف در عمل میتواند از مرتبه میکروثانیه تا میلی ثانیه متغیر باشد.

 

تاخیر انتقال (Transmission Delay)

با فرض این که هر بسته ای که زودتر وارد صف شده، زودتر ارسال میشود (قانون صف و روشی که در شبکه های Packet-Switching متداول است)، بسته فرضی ما فقط بعد از ارسال همه بسته هایی که قبل از آن وارد صف شده اند، ارسال خواهد شد.

اگر طول این بسته L بیت و آهنگ انتقال لینک متصل کننده مسیریاب A به مسیریاب B، به اندازه R بیت بر ثانیه باشد، آنگاه تاخیر انتقال آن برابر با L/R خواهد بود.

در واقع، تاخیر انتقال برابر است با زمان لازم برای ارسال تمامی بیت های بسته روی لینک خروجی.

تاخیر انتقال، در عمل و به صورت معمول از مرتبه میکروثانیه تا میلی ثانیه است.

 

تاخیر انتشار (Propagation Delay)

به محض آنکه مسیریاب A یک بیت را روی لینک خروجی فرستاد، این بیت باید تا مسیریاب B منتشر شود. زمان لازم برای منتشر شدن این بیت از ابتدای لینک تا مسیریاب B را تاخیر انتشار میگویند.

سرعت حرکت بیت ها روی یک لینک در واقع همان سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در لینک است، که به نوع رسانه فیزیک مورد استفاده در لینک (فیبر نوری، زوج به هم تابیده، بی سیم و …) بستگی دارد.

تاخیر انتشار در یک لینک ارتباطی برابر است با فاصله بین دو مسیریاب (طول لینک که با d نشان میدهند) تقسیم بر سرعت انتشار (s) یعنی d/s.

لحظه ای که آخریت بیت بسته به گره B رسید، این بسته در مسیریاب B ذخیره میشود و این مسیریاب هم دقیقا همین فرآیندها را انجام میدهد (پردازش و هدایت بسته به خروجی مناسب).

به صورت معمول و اکثراً، تاخیر انتشار شبکه های گسترده از مرتبه میلی ثانیه است.

 

در تعاریف تاخیر انتقال و تاخیر انتشار می بایست توجه داشته باشید، برخی افراد که به تازگی وارد دنیای شبکه شده اند ممکن است درک مبهمی از تفاوت این دو نوع تاخیر داشته باشند. تفاوت این دو مورد، ظریف ولی مهم است!

تاخیر انتقال زمان لازم برای بیرون دادن تمامی بیت های یک بسته توسط مسیریاب است و به صورت تابعی از طول بسته و آهنگ انتقال به لینک خروجی در مسیریاب تعریف میشود؛ در نتیجه هیچ ارتباطی با فاصله بین دو مسیریاب (یا همان طول لینک) ندارد.

از طرفی، تاخیر انتشار زمانی است که طول میکشد تا یک بیت از یک مسیریاب به مسیریاب بعدی برسد، این تاخیر تابعی از فاصله بین دو مسیریاب و سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در رسانه فیزیکی لینک می باشد و هیچ ارتباطی با طول بسته یا آهنگ انتقال لینک ندارد.

 

مجموع چهار نوع تاخیری که تعریف و بررسی شدند معادل تاخیر کل گره خواهد بود.

البت هر کدام از این تاخیر ها میتواند در تاخیر کل گره تاثیر کم یا زیاد داشته باشند. برای مثال، تاخیر انتشار بین دو روتر که در یک سازمان قرار دارند بسیار بسیار کمتر از تاخیر انتشار بین دو گره در دو قاره مختلف خواهد بود.



[ برچسب ها ] : , , , , , ,
ارسال شده در : بخش کامپیوتر
نظر شما در مورد اين پست چيست ؟

دیدگاه خود را به ما بگویید.

 
 
  دکتری تخصصی برق الکترونیک
طراح مدارهای الکترونیکی
برنامه نویس انواع میکروها
مشاوره و اجرای لینک های وایرلس
پیاده سازی سیستم های مبتنی بر شبکه
E_mail: electronic@sabzelco.ir
Tel: 09150462401
توسعه دهنده برنامه های سمت سرور

طراحی و برنامه نویسی سایت و پرتال های حرفه ای

E_mail: computer@sabzelco.ir
Tel: 09371974233