Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Основные показатели функционирования глобальных компьютерных сетей






Важнейшей характеристикой управляемой глобальной ТКС является её производительность. Реальная производительность ТКС существенно зависит от используемой системы управления и может приближаться к определённому пределу, который естественно назвать потенциальной производительностью ТКС.

Производительность глобальных ТКС характеризуется следующими основными показателями [1, 2, 3, 6]:

- время реакции ТКС,

- пропускная способность ТКС,

- задержка передачи потоков данных.

Время реакции ТКС - это длительность T интервала времени между начальным моментом t0 запроса пользователя к ТКС и конечным моментом tT получения ответа на этот запрос, т.е.

T=tT-t0. (4.1)

Значение этого показателя T=T(a1, a2, …) зависит от ряда факторов:

a1 - тип службы ТКС, к которой обращается пользователь;

a2 - тип узлового сервера, к которому обращается пользователь;

a3 - текущее состояние элементов ТКС (загруженность сегментов, маршрутизаторов и коммутаторов, через которые проходит запрос, и т.п.);

a4 - время дня, в которое пользователь обращается с запросом в ТК, и т. п.

Время реакции ТКС является глобальной характеристикой производительности ТКС с точки зрения пользователя. Оно определяется по формуле

(4.2)

где T1 - время подготовки запроса на компьютере пользователя, T2 - время передачи запроса между пользователем (клиентом) и узловым сервером ТКС через коммуникационное оборудование и сегменты ТКС, T3 -время обработки запроса на сервере ТКС; T4 - время передачи ответов от сервера к пользователю (клиенту); T5 - время обработки полученного ответа на компьютере пользователя (клиента).

Представленное аддитивное разложение времени реакции T на составляющие Ti не интересует пользователя. Ему важен конечный результат - минимальное значение времени реакции глобальной ТКС на его запрос.

Знание сетевых локальных составляющих Ti времени реакции T позволяет оценить производительность отдельных элементов ТКС, выявить наиболее непроизводительные элементы ТКС и минимизировать глобальное время реакции T средствами управления или путём модернизации используемого оборудования ТКС.

Таким образом, открывается принципиальная возможность повышения производительности ТКС за счёт оптимизации (по быстродействию) управления. Например, можно минимизировать T3 за счёт управляемого выбора кратчайших или быстрейших маршрутов “клиент-сервер”, удовлетворяющих информационный запрос пользователя. Для этого можно использовать нейросетевые модели оптимальных маршрутизаторов.

Пропускная способность ТКС V - это объём потока данных, переданных ТКС или её компонентами за единицу времени. Обычно величина V изменяется в битах в секунду или в пакетах в секунду.

В отличие от времени реакции ТКС, зависящего, в частности, от пользователя, пропускная способность ТКС V является объективным показателем производительности сети, характеризующим скорость передачи потоков данных между узлами ТКС через различное коммуникационное оборудование. Принято различать среднюю, мгновенную и максимальную пропускную способность ТКС.

Средняя пропускная способность ТКС V* определяется как объём потока данных, переданный за достаточно большое время (например, за час, день или неделю).

Мгновенная пропускная способность ТКС V0 - это объём потока данных, переданных за достаточно малое время (например, за 1 мс или 1 с).

Максимальная пропускная способность Vmax определяется как наибольшее значение величины V0, зафиксированная на всём интервале наблюдения за работой ТКС.

Среди этих показателей пропускной способности ТКС или её компонентов наиболее информативными являются величины V* и Vmax. Средняя пропускная способность V* оценивает производительность ТКС на достаточно большом интервале времени, когда непредсказуемые ими случайные “пики” и “спады” трафика в какой-то мере компенсируют друг друга. Максимальная пропускная способность Vmax характеризует работоспособность ТКС при “пиках” трафика (например, в начале рабочего дня, когда многие пользователи одновременно регистрируются и обращаются с запросами в ТКС).

Глобальная пропускная способность ТКС V зависит от локальных пропускных способностей Vj её компонент, измеряемых, например, между узлами сети или входным и выходным портами маршрутизатора. Вследствие последовательного характера передачи потоков данных различными компонентами ТКС глобальная пропускная способность любого сложного маршрута движения данных в ТКС будет равна минимальной из пропускных способностей элементов этого маршрута, т.е.

(4.3)

Поэтому для повышения глобальной пропускной способности ТКС необходимо повысить пропускную способность её самых медленных компонент. Это можно сделать, в частности, средствами управления ТКС (например, путём оптимизации маршрутизаторов) по критерию поиска кратчайших или быстрейших коммуникационных маршрутов.

Производительность глобальной ТКС снижается из-за неизбежной задержки передачи информации по сетевым каналам и устройствам. Величина задержки D определяется как разность между моментом t1 появления пакета на выходе и моментом t0 его поступления на вход соответствующего сетевого устройства, т.е.

D= t1 - t0 . (4.4)

Этот показатель обычно лежит в пределах 100 мс - 10 с. Он отличается от времени реакции ТКС тем, что не учитывает задержки обработки информации в каналах связи ТКС. Задержка передачи не зависит от пропускной способности ТКС. В частности, канал связи через геостационарный спутник имеет задержку передачи D ³ 0, 2 с, хотя его пропускная способность достаточно высока (например, 2 Мбит/c).

Глобальные ТКС представляют собой распределённую систему компьютеров, связанных между собой каналами связи и телекоммуникационным оборудованием. Именно распределённый характер ТКС позволяет повысить их надёжность и отказоустойчивость (Fault Tolerance). Для этого в структуру ТКС вводится определённая избыточность, заключающаяся в дублировании (однократном или многократном) основных компонент ТКС.

В ТКС с избыточной структурой отказ одного или нескольких из компонентов не всегда приводит к потере работоспособности ТКС. Однако такие отказы, как правило, ухудшают качество работы глобальных ТКС. Например, при отказе одного из файловых серверов увеличивается время доступа к БД вследствие уменьшения степени параллелизма запросов, но ТКС в целом сохраняет свою работоспособность.

Отказоустойчивостью глобальной ТКС принято называть её способность скрыть от пользователя сбои и отказы отдельных компонентов ТКС. Эта способность поддерживается системой управления потоками информации и средствами диагностики состояний компонент ТКС.

Важное значение для правильного функционирования ТКС имеет сохранность, согласованность и защита данных и информационных потоков. Например, если для повышения надежности ТКС на нескольких файловых серверах хранится несколько копий (репликаций) БД, то нужно постоянно проверять и обеспечивать их идентичность.

Масштабируемость (Scalability) ТКС означает возможность изменения числа её узлов и каналов связей между ними в достаточно широких пределах без заметного ухудшения её производительности и других показателей качества. Будем называть эти пределы классом расширяемости ТКС.

Масштабируемые ТКС обладают свойством расширяемости “в большом”, т.е. в достаточно широких пределах. Если пределы расширяемости ТКС весьма ограничены, то класс расширяемости достаточно узок. В этом случае будем называть ТКС расширяемой или масштабируемой в “малом”.

В расширяемых (масштабируемых) ТКС всегда имеется возможность сравнительно лёгкого добавления отдельных элементов сети (компьютеров, служб, пользователей и т.п.). Это свойство особенно важно в глобальных ТКС с большой информационной мощностью и телекоммуникационной производительностью. Расширение возможностей ТКС приводит к естественному усложнению её системы управления.

Глобальные ТКС могут состоять из различных программных и аппаратных компонент (различные локальные операционные системы, компьютеры, приложения и т.п.), т.е. являются гетерогенными. Если такие компоненты совместимы, т.е. не нарушают работоспособность гетерогенной сети, то ТКС называется интегрированной. Обычно такие ТКС строятся из разнородных стандартизированных модулей.

Гетерогенность интегрированных ТКС предъявляет дополнительные требования к системам управления потоками разнородных данных.

Трафик сообщений, передаваемых в телефонных сетях или в сетях кабельного телевидения, значительно отличается от трафика информационных потоков в глобальных ТКС типа Internet. Эти потоки передают не только файлы, БД и т.п., но и мультимедийные данные, представляющие в цифровой форме изображения и речь. Именно поэтому глобальные ТКС всё шире используются для проведения телеконференций, дистанционного обучения и т.п.

Для управляемой передачи мультимедийной инфоромации необходимы не только специальное оборудование, но и новые протоколы и алгоритмы управления, обеспечивающие адаптацию к изменяющемуся мультимедийному трафику. Дело в том, что звуковые колебания и световые волны являются непрерывными процессами. Поэтому для их высококачественного воспроизведения необходимо их измерить, закодировать и синхронно передать так, чтобы не было значительных искажений и запаздываний.

Традиционный трафик данных, передаваемых ТКС, может непредсказуемо изменяться в широких пределах. По существу этот трафик имеет “пульсирующий” характер и заранее неизвестную интенсивность. Например, запрос пользователя в БД удалённого компьютера порождает поток данных между его локальным и удалённым компьютерами, зависящий от многих факторов (редактирование текстов и т.п.), причём его незначительная задержка практически не влияет на качество обслуживания пользователя ТКС.

Однако при изменении трафика в широких пределах качество обслуживания может значительно ухудшиться. Поэтому возникает необходимость в адаптации системы управления ТКС к неизвестному трафику, изменяющемуся в широких пределах непредсказуемым образом.

Другая причина возникновения необходимости в адаптивном управлении связана с тем, что в глобальных ТКС должны передаваться как обычные потоки данных, так и мультимедийная информация. Это означает, что реальный трафик глобальных ТКС обычно является неопределенным и гетерогенным. Поэтому системы управления потоками информации в глобальных ТКС должны адаптироваться к заранее неизвестным особенностям гетерогенного трафика и обеспечивать высокое качество обслуживания пользователей, состав которых также может непредсказуемо изменяться.

4.5 Особенности децентрализированного сетевого управления типа “клиент – сервер”

Среди компьютерных сетей хронологически первыми появились глобальные ТКС, объединявшие между собой компьютеры, распределённые по разным городам и странам, и обеспечивающие возможность управляемого обмена информацией на большом расстоянии [2, 3].

Именно при проектировании глобальных ТКС были предложены и отработаны основные идеи, механизмы и технология работы современных компьютерных сетей. К ним относятся принципы многоуровнего построения телекоммуникационных протоколов, технология маршрутизации и коммуникации информационных пакетов и т.п.

Эти принципы и технологии нашли воплощение в наиболее популярной ТКС Internet и продолжают совершенствоваться с учётом новых потребностей информационного общества [5].

Глобальные ТКС относятся к распределённым компьютерным сетям с децентрализованным управлением локальными центрами (узлами) обработки и передачи информации на базе компьютеров с сетевыми адаптерами, связанных между собой коммуникационными каналами. Для локального управления компьютерами в режиме запроса его ресурсов необходимы программные модули – серверы (server), постоянно ожидающие и оперативно обслуживающие запросы пользователей глобальной ТКС на доступ к ресурсам.

С другой стороны, для локального управления компьютерами в режиме формирования запросов к ресурсам удалённых компьютеров ТКС необходимы программные модули – клиенты (Client), вырабатывающие и передающие запросы в адрес нужного компьютера ТКС.

Эти пары модулей «клиент - сервер» являются важной частью сетевой операционной системы. Они обеспечивают управляемый совместный доступ к определённому типу удалённых информационных ресурсов (например, к файлам).

Множество таких пар (по всем типам ресурсов) образует сетевую службу (service), управляющую обменом информацией между компьютером – сервером, представляющим свои ресурсы другим компьютерам ТКС, и компьютером – клиентом, потребляющим эти ресурсы.

Одни и те же компьютеры ТКС могут одновременно играть роль и сервера, и клиента.

Система управления глобальной ТКС состоит из сетевой операционной системы, системы управления локальными и распределенными ресурсами, называемой сетевой службой, и системы управления информационными потоками, связанной с так называемыми сетевыми приложениями (сетевые БД и БЗ, системы архивирования данных, почтовые системы, системы разрешения сетевых конфликтов и т.п.).

При этом глобальная ТКС централизована и имеет иерархическую структуру. Каждый узел (компьютер) связан с центральным) канал связи. Поэтому каждый узел (компьютер) должен иметь по одному порту на каждую линию связи. Это увеличивает производительность, управляемость и пропускную способность ТКС при адресной передаче данных. Однако “полносвязные” ТКС являются очень сложными и дорогостоящими.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.