Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
ПРИМЕЧАНИЕ Заметим, что выше мы говорили о скорости передачи отдельного пакета. Другое дело – скорость потока пакетов. В этом случае измерение скорости выполняется на относительно большом интервале времени (большем, чем время передачи одного пакета), в течение этого времени может передаваться разное, но, как правило, большое количество пакетов. Как следует из определения скорости, чем больше объем передаваемых данных (количество переданных пакетов), тем выше скорость. И чем больше интервалы между пакетами, тем ниже скорость. Очевидно, что в отличие от скоростей отдельных пакетов, потоки данных могут передаваться по одному и тому же каналу с разными скоростями, но при этом скорости потоков не превосходят пропускную способность канала. Вариация мгновенной скорости, то есть степень отклонения мгновенных значений от средней скорости, характеризует неравномерность трафика. Ela рис. 5.7 показан реальный график изменения скорости выходного трафика, передаваемого от университетского кампуса к серверам провайдера в течение рабочего дня (нижний график описывает входной трафик). На графике имеются участки, имеющие форму пиков, на которых мгновенная скорость значительно отличается от средней. Такие участки называют пульсациями. На рисунке отмечены пульсация 1 и пульсация 2. Каждая из них характеризуется периодом пульсации и пиковой скоростью. Пиковая скорость передачи данных (Peak Information Rate, PIR) – это средняя скорость на периоде пульсации. Пиковая скорость является краткосрочной характеристикой, она отражает способность сети справляться с пиковыми нагрузками, характерными для пульсирующего трафика и приводящими к перегрузке. Если период усреднения в определении пиковой скорости выбран достаточно небольшим, то можно говорить, что пиковая скорость является заданным верхним пределом для мгновенной скорости пользовательского потока.  Величина пульсации (обычно обозначаемая В от англ. Burst) служит для оценки емкости буфера коммутатора, необходимого для хранения данных во время перегрузки. Величина пульсации равна общему объему данных, поступающих на коммутатор в течение периода пульсации Тпередачи данных с пиковой скоростью (PIR): В = PIR х Т. Еще одной характеристикой неравномерности передачи данных является коэффициент пульсации трафика – это отношение максимальной пиковой скорости к средней скорости трафика, измеренной за длительный период времени. Неопределенность временных периодов делает коэффициент пульсации качественной характеристикой трафика. Скоростные характеристики процесса передачи данных играют важную роль в отношениях поставщика услуг с клиентами. В соглашении SLAоб уровне услуг провайдер указывает ограничения на трафик, передаваемый клиентом, в виде максимально допустимой скорости на заданных интервалах усреднения. Иногда в соглашении SLA фигурирует один такой период, иногда больше – тогда речь идет об ограничениях на скорости, вычисленных по-разному, например, на продолжительном и на коротком периодах усреднения, что позволяет более точно описать процесс передачи пульсирующего компьютерного трафика через сеть. На рис. 5.8 показаны ограничения провайдера на максимально допустимую среднюю скорость и максимально допустимую пиковую скорость пользовательского трафика. Скорость передачи данных можно измерять между любыми двумя узлами, или точками, сети, например, между клиентским компьютером и сервером, между входным и выходным портами маршрутизатора.  Характеристики надежности сети В том случае, если пакет не прибыл в узел назначения за некоторое достаточно большое время (точное значение определяет разработчик системы измерений), пакет считается утерянным. В качестве характеристики потерь пакетов используется доля потерянных пакетов (обозначим ее £), равная отношению количества потерянных пакетов (NL) к общему количеству переданных пакетов (N): L= NL/N. Может использоваться и аналогичная характеристика, оперирующая не количествами потерянных и переданных пакетов, а объемами данных, содержащихся в этих пакетах. Для описания надежности отдельных устройств служат такие показатели надежности, как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели пригодны только для оценки надежности простых элементов и устройств, которые при отказе любого своего компонента переходят в неработоспособное состояние. Сложные системы, состоящие из многих компонентов, могут при отказе одного из компонентов сохранять свою работоспособность. В связи с этим для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик. Доступность (availability) означает долю времени, в течение которого система или служба находится в работоспособном состоянии. Доступность является долговременной статистической характеристикой, поэтому измеряется за большой промежуток времени, которым может быть день, месяц или год. Примером высокого уровня доступности является коммуникационное оборудование телефонных сетей, лучшие представители которого обладают так называемой доступностью «пять девяток». Это означает, что доступность равна 0,99999, что соответствует чуть более 5 минутам простоя в год. Заметим, что существующее оборудование и услуги передачи данных только стремятся к такому рубежу, но рубеж трех девяток уже достигнут. Доступность услуги является универсальной характеристикой, которая важна как пользователям, так и поставщикам услуг. Еще одной характеристикой надежности сложных систем является отказоустойчивость (fault tolerance). Под отказоустойчивостью понимается способность системы скрывать от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если коммутатор оснащен двумя коммутационными центрами, работающими параллельно, то отказ одного их них не приведет к полной остановке коммутатора. Однако производительность коммутатора снизится, он будет обрабатывать пакеты вдвое медленнее. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы – деградации, а не к полной ее остановке. В качестве еще одного примера можно назвать использование двух физических каналов для соединения коммутаторов. В нормальном режиме работы трафик передается по двум каналам со скоростью С Мбит/с. При отказе одного из них трафик будут продолжать передаваться, но уже со скоростью С/2 Мбит/с. Однако из-за того, что во многих случаях количественно определить степени деградации системы или услуги достаточно сложно, отказоустойчивость чаще всего применяется как качественная характеристика. Характеристики сети поставщика услуг Рассмотрим основные характеристики, которыми оперирует поставщик услуг, оценивая эффективность своей сети. Эти характеристики – расширяемость, масштабируемость, управляемость и совместимость – являются качественными, то есть не могут бцргь выражены числами и соотношениями. Термины «расширяемость» и «масштабируемость» иногда используют как синонимы, что неверно. Принципиальные смысловые различия заключаются в следующем. Расширяемость означает возможность сравнительно простого добавления отдельных компонентов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов кабелей и замены существующей аппаратуры более мощной. При этом принципиально важно, что простота расширения системы иногда может обеспечиваться в определенных пределах. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного разделяемого сегмента коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью в том смысле, что позволяет легко подключать новые станции. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций, которое не должно превышать 30-40. Хотя сеть допускает физическое подключение к сегменту и большего числа станций (до 100), при этом резко снижается производительность сети. Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при ее хорошей расширяемости. Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не снижается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Обычно масштабируемое решение обладает многоуровневой иерархической структурой, которая позволяет добавлять элементы на каждом уровне иерархии без изменения главной идеи проекта. Примером хорошо масштабируемой сети является Интернет, технология которого (ТСР/ IP) оказалась способной поддерживать сеть глобально, то есть в масштабах земного шара. Не только сама сеть должна быть масштабируемой, но и устройства, работающие на магистрали сети, также должны обладать этим свойством, так как рост сети не должен приводить к необходимости постоянной смены оборудования. Поэтому магистральные коммутаторы и маршрутизаторы строятся обычно по модульному принципу, позволяя наращивать количество интерфейсов и производительность обработки пакетов в широких пределах. Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, анализировать производительность и планировать развитие сети. Управляемость предполагает наличие в сети некоторых автоматизированных средств администрирования, которые взаимодействуют с программным и аппаратным обеспечением сети с помощью коммуникационных протоколов. В идеале средства администрирования сети обеспечивают наблюдение и контроль за каждым элементом сети, и обнаружив проблему, активизируют определенное действие, например, исправляют ситуацию и уведомляют администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно с этим система администрирования должна накапливать данные, на основании которых можно планировать развитие сети. Наконец, система администрирования должна быть независима от производителя и обладать удобным интерфейсом, позволяющим выполнять все действия с одной консоли. Решая тактические задачи, администраторы и технический персонал сталкиваются с ежедневными проблемами поддержания работоспособности сети. Эти задачи требуют быстрого решения, обслуживающий сеть персонал должен оперативно реагировать на сообщения о неисправностях, поступающие от пользователей или автоматических средств администрирования сети. Постепенно становятся заметными более общие проблемы производительности, конфигурирования сети, обработки сбоев и безопасности данных, требующие стратегического подхода, то есть планирования сети. Планирование, кроме того, подразумевает умение прогнозировать изменения в требованиях пользователей к сети, решение вопросов о применении новых приложений, новых сетевых технологий и т. п. Полезность систем администрирования особенно ярко проявляется в больших сетях: корпоративных или публичных глобальных. Без систем администрирования в таких сетях потребовалось бы содержание огромного штата обслуживающего персонала. Однако в настоящее время большинство существующих средств вовсе не управляет сетью, а всего лишь обеспечивает наблюдение за ее работой и фиксацию важных событий, например отказов устройств. Реже системы администрирования выполняют активные действия, автоматически ликвидируя последствия нежелательного события или предотвращая его. Совместимость, или интегрируемость, сети означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, а также аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной, или гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной Степень равномерности порождаемого трафика В отношении равномерности порождаемого трафика приложения делятся на два класса: приложения с потоковым трафиком и приложения с пульсирующим трафиком. Приложения с потоковым трафиком (stream) порождают равномерный поток данных, который поступает в сеть с постоянной битовой скоростью (Constant Bit Rate, CBR). В случае коммутации пакетов трафик таких приложений представляет собой последовательность пакетов одинакового размера (равного В бит), следующих друг за другом через один и тот же интервал времени Т(рис. 5.9, а).  Рис. 5.9. Потоковый (а) и пульсирующий (б) трафики CBR потокового трафика может быть вычислена путем усреднения на интервале: CBR = В/Т бит/с. Приложения с пульсирующим трафиком (burst) отличаются высокой степенью непредсказуемости, в этих приложениях периоды молчания сменяются пульсациями, в течение которых пакеты «плотно» следуют друг за другом. В результате трафик характеризуется переменной битовой скоростью (Variable Bit Rate, VBR), что иллюстрирует рис. 5.9, б. Так, при работе приложений файлового сервиса интенсивность трафика, генерируемого приложением, может падать до нуля, когда файлы не передаются, и повышаться до максимально доступной интенсивности, ограниченной только возможностями сети, когда файловый сервер передает файл. На рисунке показана ситуация, когда за период длительностью 5Т передано три пакета (все пакеты имеют одинаковый размер В), затем (за период длительностью Т) передано 5 пакетов, а за период длительностью 6Т – 2 пакета. Пиковой скоростью трафика является скорость за второй период, когда за время Тбыло передано 5 пакетов, поэтому PIR = 5В/Т. В то же время средняя скорость передачи данных (Sustained Information Rate, SIR) за все периоды наблюдений составила 10В/12Т= эВ/ЬТ. Для приведенного примера можно подсчитать коэффициент пульсации. Он равен отношению пиковой скорости к средней скорости трафика, измеренной за длительный период времени. Таким образом, коэффициент пульсации равен PIR/SIR = (5В/Т)/(5В/6Т) = 6. Практически любой трафик, даже трафик потоковых приложений, имеет ненулевой коэффициент пульсации. Просто значения коэффициентов пульсации у потокового и пульсирующего трафиков существенно различаются. У приложений с пульсирующим трафиком он обычно находится в пределах от 2 до 100, а у потоковых приложений он близок к 1. В локальных сетях коэффициент пульсации обычно выше, чем в глобальных, поскольку на магистралях глобальных сетей трафик представляет собой сумму трафиков многих источников, что по закону больших чисел приводит к сглаживанию результирующего трафика. Чувствительность приложений к задержкам пакетов Еще один критерий классификации приложений – их чувствительность к задержкам пакетов и их вариациям. Далее перечислены основные типы приложений в порядке повышения чувствительности к задержкам пакетов: |