Материал. Литература по теме Тема Циклические и узловые подсети Вопрос Циклическое кольцо
 Скачать 3.12 Mb.
|
|
Тема 13. Методы оценки эффективности информационных сетей Цели и задачи изучения темы: Получить представление о требованиях, предъявляемые к сетям. Получить представление о показателях эффективности сети. Научиться рассчитывать показатели эффективности сети. Вопросы темы: 1. Требования к качеству услуг и критерии оценки сетей ЭВМ. 2. Показатели производительности. 3. Критерии качества обслуживания. 4. Показатель эффективности сети. Вопрос 1. Требования к качеству услуг и критерии оценки сетей ЭВМ. Основное требование – это обеспечение всем пользователям доступа к разделяемым ресурсам сети с заданным качеством обслуживания (QoS – Quality of Service). Основными критериями оценки качества обслуживания являются производительность, надежность и безопасность. В качестве показателей производительности используются время реакции, пропускная способность и задержка передачи. Время реакции – это интервал времени между возникновением запроса пользователя к сетевой службе и получением ответа. Время реакции зависит от загруженности сегментов среды передачи и активного сетевого оборудования (коммутаторов,маршрутизаторов, серверов). Пропускная способность – это объем данных, передаваемых в единицу времени (бит/с, пакетов/с). Пропускная способность составного пути в сети определяется самым медленным элементом (как правило, это маршрутизатор). Задержка передачи – это интервал времени между моментом поступления пакета на вход сетевого устройства и моментом появления его на выходе устройства. Безопасность – это защищенность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа. В качестве показателей надежности используются: среднее время наработки на отказ T ОТК , среднее время ремонта T РЕМ и коэффициент готовности: K Г = T ОТК /(T ОТК + T РЕМ ),определяющий вероятность работоспособного состояния сети в любой момент времени. Важным требованием к надежности вычислительных сетей является отказоустойчивость, т. е. сохранение работоспособности при отказе отдельныхэлементов. Ряд требований к компьютерным сетям связан с их эксплуатацией и развитием, атакже с обеспечением удобства работы для пользователей. Совместимость сетевого оборудования и программного обеспечения позволяетобъединять разнообразные компоненты, приобретенные от разных производителей. Расширяемость – это возможность расширения сети (добавления отдельныхэлементов, наращивания длины сегментов, замены оборудования на более мощное) безособых проблем. Масштабируемость – это возможность расширения сети в широкихпределах без снижения производительности.Важным требованием, характеризующим удобство работы пользователей, является Прозрачность доступа к сетевым ресурсам. Прозрачность означает, что при работе в сети пользователю не требуется знать детали устройства системы. Современные тенденции развития вычислительных сетей: 1. Сократился разрыв между локальными и глобальными сетями: за счет высокоскоростных территориальных каналов связи; за счет новых служб доступа к ресурсам Internetа. 2. В ЛВС используется коммуникационное оборудование: коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. 3. В корпоративных сетях используются суперЭВМ (мэйнфреймы) в качестве серверов, поддерживающих технологии Ethernet и стек протоколов TCP/IP. 4. Внедряется обработка мультимедийной информации (аудио и видео). 5. Происходит слияние технологий ЛВС, глобальных сетей и любых информационных сетей (вычислительных, телефонных, телевизионных). Прозрачность – это такое состояние сети, когда пользователь, работая в сети, не видит ее. Коммуникационная сеть является прозрачной относительно проходящей сквозь нее информации, если выходной поток битов, в точности повторяет входной поток. Но сеть может быть непрозрачной во времени, если из-за меняющихся размеров очередей блоков данных изменяется и время прохождения различных блоков через узлы коммутации. Прозрачность сети по скорости передачи данных указывает, что данные можно передавать с любой нужной скоростью. Если в сети по одним и тем же маршрутам передаются информационные и управляющие (синхронизирующие) сигналы, то говорят, что сеть прозрачна по отношению к типам сигналов. Если передаваемая информация может кодироваться любым способом, то это означает, что сеть прозрачна для любых методов кодировок. Прозрачная сеть является простым решением, в котором для взаимодействия локальных сетей, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, используется принцип Plug-and-play (подключись и работай). Прозрачное соединение. Служба прозрачных локальных сетей обеспечивает сквозное (end-to-end) соединение, связывающее между собой удаленные локальные сети. Привлекательность данного решения состоит в том, что эта служба объединяет удаленные друг от друга на значительное расстояние узлы как части локальной сети. Поэтому не нужно вкладывать средства в изучение новых технологий и создание территориально распределенных сетей (Wide-Area Network – WAN). Пользователям требуется только поддерживать локальное соединение, а провайдер службы прозрачных сетей обеспечит беспрепятственное взаимодействие узлов через сеть масштаба города (Metropolitan-Area Network – MAN) или сеть WAN. Службы Прозрачной локальной сети имеют много преимуществ. Например, пользователь может быстро и безопасно передавать большие объемы данных на значительные расстояния, не обременяя себя сложностями, связанными с работой в сетях WAN. Вопрос 2. Показатели производительности. Производительность – это характеристика сети, позволяющая оценить, насколько быстро информация передающей рабочей станции достигнет приемной рабочей станции. Производительность информационно- вычислительной сети – это среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени. На производительность сети влияют следующие характеристики сети: конфигурация; скорость передачи данных; метод доступа к каналу; топология сети; технология. Если производительность сети перестает отвечать предъявляемым к ней требованиям, то администратор сети может прибегнуть к различным приемам: изменить конфигурацию сети таким образом, чтобы структура сети более соответствовала структуре информационных потоков; перейти к другой модели построения распределенных приложений, которая позволила бы уменьшить сетевой трафик; заменить мосты более скоростными коммутаторами. Но самым радикальным решением в такой ситуации является переход на более скоростную технологию. Если в сети используются традиционные технологии Ethernet или Token Ring, то переход на Fast Ethernet, FDDI или 100VG-AnyLAN позволит сразу в 10 раз увеличить пропускную способность каналов. С ростом масштаба сетей возникла необходимость в повышении их производительности. Одним из способов достижения этого стала их микросегментация. Она позволяет уменьшить число пользователей на один сегмент и снизить объем широковещательного трафика, а значит, повысить производительность сети. Более подходящими устройствами для микросегментации сетей стали коммутаторы. ISO внесла большой вклад в стандартизацию сетей. Модель управления сети является основным средством для понимания главных функций систем управления сети. Эта модель состоит из 5 концептуальных областей: управление эффективностью; управление конфигурацией; управление учетом использования ресурсов; управление неисправностями; управление защитой данных. Вопрос 3. Критерии качества обслуживания. Критерии качества обслуживания определяются эффективностью работы информационной сети с технической точки зрения, а целесообразность ее разработки, внедрения эксплуатации – эффективностью использования денежных средств с экономической точки зрения. Эффективность информационной сети — это ее способность достигать поставленную цель в заданных условиях применения и с определенным качеством. Конкретизируя это понятие, можно сказать, что эффективность информационной сети — это характеристика, отражающая степень соответствия сети своему назначению, техническое совершенство и экономическую целесообразность. Понятие эффективности связано с получением некоторого полезного результата - эффекта использования информационных сетей. Эффект достигается ценой затрат определенных ресурсов, поэтому эффективность сети часто рассматривается в виде соотношения между эффектом (выигрышем) и затратами. Показатель эффективности сети — количественная характеристика информационной сети, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее функционирования. При оценке эффективности информационной сети необходимо учитывать характеристики трудовой деятельности человека, взаимодействующего с ЭВМ и другими техническими средствами сети. Следовательно, сеть рассматривается как система «человек-машина» (СЧМ). Показатель эффективности информационной сети определяется процессом ее функционирования, он является функционалом от этого процесса. В общем виде: W = W(t, L П , L ТП , L А , L Д , L У ) где W — множество показателей эффективности сети; t — время; L П , L ТП , L А , L Д , L У — множества параметров соответственно входящих потоков запросов на обслуживание пользователей (L П ), технических и программных средств сети (L ТП ), алгоритмов обработки и передачи информации в сети (L А ), деятельности пользователей (L Д ), условий функционирования сети (L У ). В свою очередь: L Д = {L Т , L В , L Н }, где L Т , L В , L Н — множества выходных показателей деятельности пользователей информационной сети соответственно точностных (L Т ), временных (L В ), надежностных (L Н ). Значения компонентов множеств L Т , L В , L Н определяются конкретными процессами деятельности пользователей в рассматриваемой информационной сети, средствами, которые имеются в их распоряжении для выполнения своих функций, и условиями работы. В соответствии с конкретизацией понятия эффективности показатели множества W можно разделить на три группы: W = {W Ц , W Т , W Э }, где W Ц — показатели целевой эффективности информационной сети, или эффективности использования (целевого применения) информационной сети, это количественная мера соответствия сети своему назначению; W Т — показатели технической эффективности информационной сети, это количественная мера, отражающая техническое совершенство сети; W Э — показатели экономической эффективности информационной сети, это количественная мера экономической целесообразности сети. Выбор показателей целевой эффективности сети определяется ее назначением, в связи с чем имеет место большое многообразие показателей группы W Ц . С помощью этих показателей оценивается эффект (целевой результат), получаемый за счет решения тех или иных прикладных задач на ЭВМ сети (с использованием общесетевых ресурсов - аппаратных, программных, информационных), а не вручную (если эти задачи вообще могут быть решены вручную в приемлемые сроки) или с использованием других, малоэффективных средств. Для количественной оценки этого эффекта могут применяться самые различные единицы измерения. Примеры показателей целевой эффективности: точностные (W ТН ), надежностные (W Н ) и временные (W В ) показатели, применяемые в системах специального назначения для оценки эффективности использования в них сетевых структур. Например, прирост вероятности выполнения некоторого задания, сокращение времени на выполнение этого задания, повышение точности решения некоторой задачи; временные показатели целевого использования сетевых структур в управлении народным хозяйством на различных его уровнях, характеризующие повышение оперативности управления; показатели целевой эффективности информационной сети при решении задач планирования производства на различных его уровнях (отрасль, подотрасль, объединение, организация, фирма, предприятие и т.д.); показатели, характеризующие повышение качества продукции, технология производства которой включает использование информационной сети (например, использование ЛВС на предприятиях); показатели, характеризующие экономику производства продукции с применением сетевых структур (например, повышение производительности труда, увеличение объема выпускаемой продукции, снижение ее себестоимости, увеличение доли экспортируемой продукции и т.д.), если цель использования информационной сети заключается именно в улучшении характеристик производственно-хозяйственной деятельности предприятия или организации. В этом случае показатели целевой эффективности одновременно являются и показателями экономической эффективности. Важнейшей характеристикой вычислительной сети является надежность - способность правильно функционировать в течение продолжительного периода времени. Это свойство имеет три составляющих: собственно надежность, готовность и удобство обслуживания. Повышение надежности заключается в предотвращении неисправностей, отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечения тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратуры. Надежность измеряется интенсивностью отказов и средним временем наработки на отказ. Надежность сетей как распределенных систем во многом определяется надежностью кабельных систем и коммутационной аппаратуры. Отказоустойчивость – это такое свойство вычислительной системы, которое обеспечивает ей как логической машине возможность продолжения действий, заданных программой, после возникновения неисправностей. Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения. Направления, связанные с предотвращением неисправностей и отказоустойчивостью, основные в проблеме надежности. На параллельных вычислительных системах достигается как наиболее высокая производительность, так и, во многих случаях, очень высокая надежность. Имеющиеся ресурсы избыточности в параллельных системах могут гибко использоваться как для повышения производительности, так и для повышения надежности. Повышение готовности предполагает подавление в определенных пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с помощью средств контроля и коррекции ошибок, а также средств автоматического восстановления циркуляции информации в сети после обнаружения неисправности. Повышение готовности представляет собой борьбу за снижение времени простоя системы. Критерием оценки готовности является коэффициент готовности, который равен доле времени пребывания системы в работоспособном состоянии и может интерпретироваться как вероятность нахождения системы в работоспособном состоянии. Коэффициент 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. Существуют различные градации отказоустойчивых компьютерных систем, к которым относятся и вычислительные сети. Приведем несколько общепринятых определений: высокая готовность - характеризует системы, выполненные по обычной компьютерной технологии, использующие избыточные аппаратные и программные средства и допускающие время восстановления в интервале от 2 до 20 минут; устойчивость к отказам - характеристика таких систем, которые имеют в горячем резерве 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; непрерывная готовность - это свойство систем, которые также обеспечивают время восстановления в пределах одной секунды, но в отличие от систем устойчивых к отказам, системы непрерывной готовности устраняют не только простои, возникшие в результате отказов, но и плановые простои, связанные с модернизацией или обслуживанием системы. Все эти работы проводятся в режиме on-line. Дополнительным требованием к системам непрерывной готовности является отсутствие деградации, то есть система должна поддерживать постоянный уровень функциональных возможностей и производительности независимо от возникновения отказов. С помощью показателей технической эффективности информационной сети оценивается эффективность информационной сети как сложной аппаратно-программно-информационной кибернетической системы «человек-машина» при работе ее в различных режимах. При этом не принимается во внимание эффект, получаемый за счет реализации результатов решения задач (удовлетворения запросов) пользователей информационной сети. Показатели группы W Т могут использоваться для количественной оценки эффективности всей сети, ее отдельных систем и подсистем, звеньев и узлов сети. Для инвентаризационной ревизии и ревизии установленного оборудования предусмотрено использование центральной рабочей станции или сервера мониторинга которые работают с протоколом CMIP. Наряду с этим в настоящее время существует множество специализированных программ для сбора информации о работающих в сети устройствах. Цель инвентаризационной ревизии — Составление инвентаризационной описи всего программного и аппаратного обеспечения, используемого в сети. При этом цель ревизии установленного оборудования — это идентификация местонахождения каждого элемента сети. Для анализа и решения проблемы в сети после сбора данных о работе следует составить список возможных причин; расставить приоритеты причин; используя средства управления сетью или метод замены, идентифицировать причины. Для оценки технической эффективности сети целесообразно использовать следующие показатели: V ПД — пропускная способность сети, т.е. средний поток данных, фактически передаваемых через сеть (измеряется в Мбит/с). Этот показатель может использоваться для оценки как многомагистральной информационной сети, так и одномагистральной (например, локальной сети, где данные передаются по моноканалу). Следует отличать фактическую пропускную способность канала или линии связи от физической пропускной способности V К , которая определяется возможностями и свойствами передающей среды и является одним из главных ее параметров. Очевидно, что величина V ПД существенно зависит от физической пропускной способности канала или линии связи. Но она определяется и многими другими факторами: используемыми методами доступа в передающую среду, загрузкой канала, способами управления сетью, качеством и возможностями сетевой операционной системы и т.д. Все эти факторы обусловливают потоки передаваемых данных и фактическую скорость их передачи, т.е. фактическую (а не физическую) пропускную способность канала; T ЗС — задержка в сети, вносимая в передачу данных пользователя, т.е. время доставки сообщения от отправителя к получателю; V Ф — скорость передачи фреймов (коротких сообщений длиной 1000-2000 бит), т.е. количество фреймов, передаваемых за единицу времени по сети. Это дополнительный показатель, используемый в случае, когда поток данных (трафик) содержит в основном только короткие фреймы; T ЗС = f(V ПД ) — зависимость времени задержки сообщения в сети от ее средней пропускной способности. Описание эффективности сети с помощью такой зависимости имеет большое значение, так как при увеличении загрузки сети (увеличении фактического потока данных) пользователь должен ожидать больше времени для начала передачи своих данных. Для оценки технической эффективности отдельных звеньев информационной сети (узлов обработки информации, узлов связи, центров коммутации пакетов и т.д.), обслуживающих запросы пользователей сети, удобными оказываются следующие показатели. 1. Интегральная пропускная способность звена сети на отрезке времени : где , — число запросов, соответственно обслуженных звеном сети на отрезке времени и поступивших на этом же отрезке. Она показывает, как в среднем звено сети справляется с обслуживанием входящего потока запросов от момента начала отсчета работы до некоторого момента t (например, за смену, сутки, месяц). 2. Динамическая пропускная способность , представляющая собой отношение числа запросов , обслуженных звеном сети на сравнительно небольшом интервале к моменту времени , к числу запросов , поступивших в звено на том же интервале и к тому же моменту времени : = Динамическая пропускная способность позволяет судить о том, как звено сети справляется с обслуживанием входящего потока запросов на любом заданном (наиболее характерном) отрезке времени к любому текущему моменту. Она дает возможность отслеживать работу звена сети в динамике и вырабатывать рекомендации по обеспечению ритмичности его функционирования. 3. Среднее время реакции звена сети на запрос пользователя - Т Р . Оно складывается из времени ожидания обслуживания запроса и времени собственно обслуживания. Этот показатель очень важен для оценки эффективности системы обслуживания при работе в интерактивном режиме. 4. Максимально возможное число активных абонентов, т.е. абонентов, обращающихся с запросами на обслуживание в данный момент. 5. Коэффициент задержки обслуживания абонентов; это отношение среднего времени реакции на запрос абонента при максимальном количестве активных абонентов к этому же времени при минимальном их количестве. Вопрос 4. Показатели эффективности сети. Для оценки экономической эффективности всей сети или отдельных ее элементов и звеньев могут использоваться две группы показателей: интегральные показатели и частные показатели. С помощью интегральных показателей оценивается общий (суммарный, интегральный) эффект, а затем и интегральная экономическая эффективность информационной сети (элемента или звена сети) с учетом всех капитальных и текущих (эксплуатационных) затрат и всей экономии за счет использования информационной сети, т.е. по всем источникам прямой и косвенной экономии и по всем ее видам. Частные показатели необходимы для оценки частного экономического эффекта, получаемого по отдельным источникам экономии, которые создаются при внедрении новых аппаратных, программных, информационных средств или новых технологий работы информационной сети. В качестве интегральных показателей экономической эффективности информационной сети можно рекомендовать давно апробированные показатели: Э Г — годовой экономический эффект, руб; — среднегодовой экономический эффект, руб; Э П — полный экономический эффект за расчетный период, руб; Е Э — коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (или единовременных затрат, имеющих характер капитальных вложений) на создание и внедрение всей сети или отдельных ее элементов или на совершенствование и развитие сети, 1/год; Т ОК — срок окупаемости этих капитальных вложений, год. Эти показатели могут быть как ожидаемыми (при априорной оценке), так и фактическими (при апостериорной оценке). Использование исследуемой системы экономически целесообразно, если выполняются условия: Е Э Е Н или Т ОК Т Н , где Т Н — нормативный срок окупаемости капитальных вложений; Е Н нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений. Оценка частного экономического эффекта от внедрения новых аппаратных, программных, информационных средств или новых технологий работы информационной сети проводится с целью: обоснования экономической целесообразности их внедрения (особенно тех средств и технологий, экономическая эффективность которых вызывает сомнение и которые вместе с тем не дают сколько-нибудь заметного целевого эффекта, ради которого можно было бы пожертвовать экономическим эффектом); определения влияния этих средств и технологий на интегральную экономическую эффективность; сравнения конкурирующих вариантов внедряемых средств и технологий по частным показателям, поскольку в ряде случаев именно эти показатели имеют решающее значение при выборе того или иного варианта. Частные показатели отличаются большим многообразием. Примеры частных показателей: сокращение численности обслуживающего персонала всей сети или отдельных ее систем, элементов, звеньев за счет внедрения новых средств и технологий; годовая экономия на текущих затратах за счет продления эффективного срока эксплуатации сети, вызванного совершенствованием профподготовки ее обслуживающего персонала; годовая экономия на текущих затратах за счет реализации мероприятий, направленных на улучшение условий труда обслуживающего персонала и, следовательно, способствующих повышению эффективности их трудовой деятельности, и др. Эффективность информационной сети оценивается на различных стадиях жизненного цикла сети — от этапа ее проектирования, когда выполняется априорная (доопытная) оценка с целью определения ожидаемой эффективности и решения вопроса о целесообразности реализации проекта, до этапа эксплуатации, когда проводится апостериорная (послеопытная, на основе конкретного опыта эксплуатации) оценка с целью определения фактической эффективности, подтверждающей или в какой-то степени опровергающей прогнозы. Апостериорная оценка обычно проводится методами прямого счета с использованием аналитических соотношений, характеризующих влияние различных факторов и параметров на показатели эффективности. Гораздо более сложной и трудоемкой задачей является априорная оценка, которая, как правило, осуществляется с помощью методов математическою моделирования. К математическим моделям сложных кибернетических человеко- машинных систем (информационные сети представляют собой именно такие системы), работающим в диалоговом режиме, когда необходимо учитывать характеристики человека (пользователя, оператора, администратора сети), предъявляется ряд требований. Существуют два класса математических моделей - аналитические и имитационные, отличающиеся принципами построения и методами исследования. В аналитических моделях весь процесс функционирования исследуемой системы и отдельные его части представляются аналитически, в виде функциональных зависимостей (алгебраических и логических соотношений, интегрально-дифференциальных уравнений). В имитационных моделях процесс функционирования описывается (отображается) алгоритмически. Преимущества и недостатки аналитических и имитационных моделей широко известны. Задача состоит в том, чтобы при исследовании эффективности системы использовать те и другие модели комплексно, в рациональном сочетании. Цель ревизии эффективности — это определение того, работает ли сеть в соответствии со своим потенциалом. В отчет о проведении оценки должны быть включены журналы, показывающие тенденцию к уменьшению скорости трафика в определенных сегментах сети. Вопросы для самопроверки: 1. Какие основные требования предъявляются к сетям? 2. Что такое производительность сети? 3. Какие характеристики влияют на производительность сети? 4. Какие есть способы повышения производительности сетей? 5. Как обеспечить высокоскоростную пересылку трафика? 6. Чем обеспечивается надежность сети? 7. Что такое отказоустойчивость? 8. Что такое прозрачность сетей? 9. Что такое прозрачное соединение? 10. Назовите показатели целевой эффективности информационной сети. Литература по теме: Основная литература: 1. Компьютерные сети. / А.В. Кузин, Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ФОРУМ, 2013. 192 с. 2. Таненбаум Э.С. Компьютерные сети. 5-е изд, – СПб.: Питер, 2013. – 960с. Дополнительная литература: 1. Калачанов В.Д., Кобко Л.И. Экономическая эффективность внедрения информационных технологий. Учебное пособие - Москва: МАИ, 2006.- 180 с.,ISBN 5-7035-1674-9. 2. Компьютерные сети. / Н.В. Максимов, И.И. Попов. Учебное пособие. 5-е изд., перераб. и доп. М.: ФОРУМ, 2012. 464 с. 3. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей. – М.: Лори, 2002. – 350 с. 4. Хогдал А. Анализ и диагностика компьютерных сетей. – М.: Лори, 2000. –353 с. Интернет-ресурсы: 1. Оптимизация IP-трафика // http://www.citforum.ru/nets/hard/accelerator/ 2. Средства анализа и оптимизации локальных сетей // http://www.citforum.ru/nets/optimize/index.shtml 3. Качество и эффективность информационных систем // http://rus- lib.ru/book/38/men/21/2.5.html |