Компьютерные сети

При оценке продуктивности сети не по отношению к отдельным парам узлов, а ккаждом узлу в совокупности применяются критерии 2-х типов: средно - взвешенные и пороговые.

Средно - взвешенный критерий представляет собой сумму времен реакции всех либо некоторых узлов при взаимодействии со всеми либо некоторыми серверами сети по определенному сервису, то есть сумму вида:

(∑i∑jTij)/(nxm),

где T ij - время реакции i - гоклиента при обращении к j - му серверу, n - число клиентов, m - число серверов. Если усреднение производится и по сервисам, то в приведенном выражении добавится еще одно суммирование - по числу рассматриваемых сервисов. Оптимизация сети по данному критерию заключается в нахождении значений параметров, при которых критерий имеет минимальное значение либо, по крайней мере не превышает некоторое заданное число.

Пороговый критерий отражает наихудшее время реакции по каждому допустимому сочетанию клиентов, серверов и сервисов:

maxijkTijk,

где i и j имеют тот же смысл, что и в первом случае, а k обозначает тип сервиса. Оптимизация также может выполняться с целью минимизации критерия, либо же с целью достижения им некоторой заданной величины, признаваемой разумной с практической точки зрения.

2.2. Пропускная  способность

Пропускная способность - отражает объем данных, переданных сетью либо ее частью в единицу времени. Различают среднюю, мгновенную и максимальную пропускную способность.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается довольно долгий интервал времени - час, день либо неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней пропускной способности тем, что для усреднения выбирается очень маленький интервал времени - скажем, 10 мс либо 1 с.

Максимальная пропускная способность - это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода отслеживания.

Главная задача, для решения которой строится любая сеть - стремительная передача информации между компьютерами. Следовательно, критерии, связанные с пропускной способностью сети либо части сети, отлично отражают качество выполнения сетью ее главной функции.

Существует огромное число вариантов определения критериев этого вида, также, как и в случае критериев класса "время реакции". Эти варианты могут отличаться друг от друга: выбранной единицей измерения числа передаваемой информации, характером рассматриваемых данных - только пользовательские либо же пользовательские совместно со служебными, числом точек измерения передаваемого трафика, методом усреднения итогов на сеть в совокупности. Разберём  разные методы построения критерия пропускной способности детально.

Критерии, отличающиеся единицей измерения передаваемой информации. В качестве единицы измерения передаваемой информации традиционно применяются пакеты (либо кадры, дальше эти термины будут применяться как синонимы) либо биты. Следовательно, пропускная способность измеряется в пакетах в секунду либо же в битах в секунду.

Так как вычислительные сети работают по тезису коммутации пакетов (либо кадров), то измерение числа переданной информации в пакетах имеет смысл, тем более что пропускная способность коммуникационного оборудования, работающего на канальномуровнее и выше, также чаще каждого измеряется в пакетах в секунду. Впрочем, из-за переменного размера пакета (это свойственно для всех протоколов за исключением АТМ, имеющего фиксированный размер пакета в 53 байта), измерение пропускной способности в пакетах в секунду связано с некоторой неопределенностью - пакеты какого протокола и какого размера имеются в виду? Чаще всего подразумевают пакеты протокола Ethernet, как самого распространенного, имеющие наименьший для протокола размер в 64 байта. Пакеты минимальной длины выбраны в качестве эталонных из-за того, что они создают для коммуникационного оборудования наиболее весомый режим работы - вычислительные операции, производимыес всяким пришедшим пакетом, в  слабой степени зависят от его размера, следственно на единицу переносимой информации обработка пакета минимальной длины требует выполнения значительно много операций, чем для пакета максимальной длины.

Измерение пропускной способности в битах в секунду (для локальных сетей больше характерны скорости, измеряемые в миллионах бит в секунду - Мб/c) дает более точную оценку скорости передаваемой информации, чем при применении пакетов.

Критерии, отличающиеся учетом служебной информации. В любом протоколе имеется заголовок, переносящий служебную информацию, и поле данных, в котором переносится информация, считающаяся для данного протокола пользовательской. Скажем, в кадре протокола Ethernet малейшего размера 46 байт (из 64) представляют собой поле данных, а оставшиеся 18 являются служебной информацией. При измерении пропускной способности в пакетах в секунду отделить пользовательскую информацию от служебной немыслимо, а при побитовом измерении - возможно.

Если пропускная способность измеряется без деления информации на пользовательскую и служебную, то в этом случае невозможно ставить задачу выбора протокола либо стека протоколов для данной сети. Это объясняется тем, что даже если при замене одного протокола на иной мы получим высокую пропускную способность сети, то это не обозначает, что для финальных пользователей сеть будет работать быстрее - если доля служебной информации, доводящаяся на единицу пользовательских данных, у этих протоколов разная, то разрешается в качестве оптимального предпочесть более замедленный вариант сети.

 Если же тип протокола  не меняется при настройке сети, то можно применять и критерии, не выделяющие пользовательские данные из всеобщего потока.

При тестировании пропускной способности сети на прикладном уровнепроще измерять как раз пропускную способность по пользовательским данным. Для этого довольно измерить время передачи файла определенного размера между сервером и клиентом и поделить размер файла на полученное время. Для измерения всеобщей пропускной способности нужны особые инструменты измерения - анализаторы протоколов либо SNMP либо RMON агенты, встроенные в операционные системы, сетевые адаптеры либо коммуникационное оборудование.

Критерии, отличающиеся числом и расположением точек измерения. Пропускную способность, возможно, измерять между всякими двумя узлами либо точками сети, скажем, между клиентским компьютером 1 и сервером 3 из примера, приведенного на рис. 2.2. При этом получаемые значения пропускной способности будут изменяться при одних и тех же условиях работы сети в зависимости от того, между какими двумя точками производятся измерения. Потому что в сети единовременно работает огромное число пользовательских компьютеров и серверов, то полные данные о пропускной способности сети дает комплект пропускных способностей, измеренных для разных сочетаний взаимодействующих компьютеров - так называемая матрица трафика узлов сети. Существуют особые средства измерения, которые фиксируют матрицу трафика для всего узла сети.

В связи с тем, что в сетях данные на пути до узла назначения традиционно проходят через несколько транзитных промежуточных этапов обработки, то в качестве критерия результативности может рассматриваться пропускная способность отдельного промежуточного элемента сети - отдельного канала, сегмента либо коммуникационного устройства.

Знание всей  пропускной способности между двумя узлами не может дать полной информации о допустимых путях ее возрастания, потому что из всеобщей цифры невозможно осознать, какой из промежуточных этапов обработки пакетов в наибольшей степени тормозит работу сети. Следовательно, данные о пропускной способности отдельных элементов сети могут быть пригодны для принятия решения о методах ее оптимизации.

В рассматриваемом примере пакеты на пути от клиентского компьютера 1 до сервера 3 проходят через следующие промежуточные элементы сети:

Сегмент  АR Коммутатор R сегмент ВR Маршрутизатор R сегмент СR Повторитель R сегмент D.

Всякий из этих элементов владеет определенной пропускной способностью, следовательно, общая пропускная способность сети между компьютером 1 и сервером 3 будет равна минимальной из пропускных способностей элементов маршрута, а задержка передачи одного пакета (один из вариантов определения времени реакции) будет равна сумме задержек, вносимых всяким элементом. Для возрастания пропускной способности составного пути нужно в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы - в данном случае таким элементом скорее  будет маршрутизатор.

Необходимо определить всеобщую пропускную способность сети как среднее число информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. Общая пропускная способность сети может измеряться как в пакетах в секунду, так и в битах в секунду. При делении сети на секции либо подсети общая пропускная способность сети равна сумме пропускных способностей подсетей плюс пропускная способность межсегментных либо межсетевых связей.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-нибудь сетевого устройства либо части сети и моментом появления его на выходе этого устройства.

2.3. НАДЕЖНОСТЬ

Надёжность – это способность верно работать в течение продолжительного периода времени. Это качество имеет три составляющих: собственно безопасность, подготовленность и удобство сервиса.

Увеличение безопасности заключается в предотвращении неисправностей, отказов и сбоев за счет использования электронных схем и компонентов с высокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечения тепловых режимов их работы, а также за счет улучшения способов сборки аппаратуры. Надёжность измеряется интенсивностью отказов и средним временем наработки на отказ. Надёжность сетей как распределенных систем во многом определяется безопасностью кабельных систем и коммутационной аппаратуры - разъемов, кроссовых панелей, коммутационных шкафов и т.п., обеспечивающих собственно электрическую либо оптическую связность отдельных узлов между собой.

Повышение готовности полагает подавление в определенных пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с поддержкой средств контроля и коррекции ошибок, а также средств механического восстановления циркуляции информации в сети после выявления неисправности. Увеличение готовности представляет собой борьбу за снижение времени простоя системы.

Критерием оценки готовности является показатель готовности, тот, что равен доле времени нахождения системы в работоспособном состоянии и может интерпретироваться как вероятность нахождения системы в работоспособном состоянии. Показатель готовности вычисляется как отношение среднего времени наработки на отказ к сумме этой же величины и среднего времени восстановления. Системы с высокой готовностью называют также отказоустойчивыми.

Основным методом увеличения  готовности является избыточность, на основе которой реализуются разные варианты отказоустойчивых архитектур. Вычислительные сети включают огромное число элементов разных типов, и для обеспечения отказоустойчивости нужна избыточность по всему из ключевых элементов сети.

Если рассматривать сеть только как транспортную систему, то избыточность должна существовать для всех магистральных маршрутов сети, то есть маршрутов, являющихся общими для большого числа клиентов сети. Такими маршрутами традиционно являются маршруты к корпоративным серверам - серверам баз данных, Web-серверам, почтовым серверам и т.п. Следовательно, для организации отказоустойчивой работы все элементы сети, через которые проходят такие маршруты, обязаны быть зарезервированы: обязаны иметься резервные кабельные связи, которыми дозволено воспользоваться при отказе одного из основных кабелей, все коммуникационные устройства на магистральных путях обязаны либо сами быть реализованы по отказоустойчивой схеме с резервированием всех основных своих компонентов, либо для всего коммуникационного устройства должно иметься резервное схожее устройство.

Переход сосновной связи на резервную либо с основного устройства на резервное может протекать как в механическом режиме, так и вручную, при участии администратора. Видимо, что механический переход повышает показатель готовности системы, потому что время простоя сети в этом случае будет значительно меньше, чем при вмешательстве человека. Для выполнения механических процедур реконфигурации нужно иметь в сети интеллектуальные коммуникационные устройства, а также централизованную систему управления, помогающую устройствам распознавать отказы в сети и адекватно на них реагировать.

Высокую степень готовности сети возможно обеспечить в том случае, когда процедуры тестирования работоспособности элементов сети и перехода на резервные элементы встроены в коммуникационные протоколы. Примером такого типа протоколов может служить протокол FDDI, в котором непрерывно тестируются физические связи между узлами и концентраторами сети, а в случае их отказа выполняется механическая реконфигурация связей за счет вторичного резервного кольца.

Существуют и особые протоколы, поддерживающие отказоустойчивость сети, скажем, протокол SpanningTree, исполняющий механический переход на резервные связи в сети, построенной на основе мостов и коммутаторов.

Существуют разные градации отказоустойчивых компьютерных систем, к которым относятся и вычислительные сети. Приведем несколько общепризнанных определений:

· высокая готовность (highavailability) - характеризует системы, исполненные по традиционной компьютерной спецтехнологии, использующие избыточные аппаратные и программные средства и допускающие время исправления в промежутке от 2 до 20 минут;

· устойчивость к отказам (faulttolerance) - характеристика таких систем, которые имеют в запасе избыточную аппаратуру для всех функциональных блоков, включая процессоры, источники питания, подсистемы ввода/вывода, подсистемы дисковой памяти, причем время восстановления при отказе не превышает одной секунды;