ГПОУ ТО "ДКИТ"

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Требования, предъявляемые к компьютерным сетям. Параметры качества обслуживания в компьютерных сетях

Параметры качества обслуживания в компьютерных сетях

Пользователей различных категорий в первую очередь интересует вопрос, каким требованиям должна удовлетворять КС. Это касается как проектировщиков КС, так и пользователей эксплуатирующих сети. Для оценки выполнения КС основной функции, связанной с обеспечением пользователей потенциальной возможностью доступа к разделяемым ресурсам сети, вводятся параметры качества обслуживания, к которым относятся производительность и надежность. Параметры или требования не ограничиваются только надежностью и производительностью, а включают также управляемость, совместимость, открытость, расширяемость, масштабируемость, прозрачность, поддержку различных видов трафика.

Надежность КС является одним из определяющих требований, предъявляемых к сетям и ИВС, построенным на их базе, так как, если система не обеспечивает необходимой надежности, то смысл пользоваться ее услугами сводится практически к нулю. Одной из первоначальных целей создания распределенных систем являлось достижение большей надежности по сравнению с отдельными вычислительными машинами.

Для технических устройств используются такие показатели надежности, как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели пригодны для оценки надежности простых элементов и устройств, которые могут находиться только в двух состояниях - работоспособном или неработоспособном. Сложные системы, состоящие из многих элементов, к которым относятся КС, кроме состояний работоспособности и неработоспособности, могут иметь и другие промежуточные состояния, которые эти характеристики не учитывают. В связи с этим для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик.

Отказоустойчивость - способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если копии таблицы базы данных хранятся одновременно на нескольких файловых серверах, то пользователи могут просто не заметить отказ одного из них. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы (деградации), а не к полному останову. Так, при отказе одного из файловых серверов в предыдущем примере увеличивается только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени распараллеливания запросов, но в целом система будет продолжать выполнять свои функции.

Вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов между конечными узлами, то одной из важных характеристик надежности является вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери пакета, вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным. Для контроля за правильностью доставки пакетов вводят контрольные суммы.

Готовность, или коэффициент готовности, означает долю времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирование системы обеспечивали другие.

Непротиворечивость данных. Если для повышения надежности на нескольких файловых серверах хранится несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их идентичность.

Безопасность является ключевым требованием общей надежности, т. е. способность системы защитить данные от несанкционированного доступа (НСД). В сетях сообщения передаются по линиям связи, часто проходящим через общедоступные помещения, в которых могут быть установлены средства прослушивания линий. Другим уязвимым местом могут быть оставленные без присмотра персональные компьютеры. Кроме того, всегда имеется потенциальная угроза взлома защиты сети от неавторизованных пользователей, заражение вирусными программами, если сеть имеет выходы в сети MAN, WAN, GAN общего пользования.

Производительность. Существует несколько основных характеристик производительности сети:

Пропускная способность отражает объем данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени. Эта характеристика непосредственно харастеризует качество выполнения основной функции сети - транспортировки сообщений - и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем другие характеристики.

Пропускная способность измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду. Пропускная способность может быть:

средняя - вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени - час, день или неделя;

мгновенная - отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени (например, 10 мс или 1 с);

максимальная - наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Время реакции сети определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос.

Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих. В общем случае в него входят:

Знание сетевых составляющих времени реакции дает возможность оценить производительность отдельных элементов сети, выявить узкие места и в случае необходимости выполнить модернизацию сети для повышения ее общей производительности.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки компьютерами сети. Обычно качество сети характеризуют величинами максимальной задержки передачи и вариацией задержки.

Пропускная способность и задержки передачи являются независимыми параметрами, так что сеть может обладать, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета. Пример такой ситуации дает канал связи, образованный геостационарным спутником. Пропускная способность этого канала может быть весьма высокой, например 2 Мбит/с, в то время как задержка передачи всегда составляет не менее 0,24 с, что определяется скоростью распространения сигнала (около 300 000 км/с) и длиной канала (72 000 км).

Управляемость является одним из важнейших показателей и подразумевает возможность:

В идеале средства управления сетями представляют собой систему, осуществляющую наблюдение, контроль и управление каждым элементом сети - от простейших до самых сложных устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а не как разрозненный набор отдельных устройств, то есть с позиций системного подхода.

Расширяемость (extensibility) - возможность добавления отдельных элементов сети (ЭВМ, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. При этом принципиально важно, что легкость расширения системы иногда может обеспечиваться в некоторых весьма ограниченных пределах. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного сегмента толстого коаксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, в том смысле, что позволяет легко подключать новые сегменты, хотя и в ограниченном количестве. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций - оно не должно превышать 30-40. Хотя сеть допускает физическое подключение к сегменту большего числа станций (до 100), но при этом чаще всего резко снижается производительность сети. Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при хорошей расширяемости.

Масштабируемость (scalability) - возможность сети наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Например, хорошей масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структуру связей. Такая сеть может включать несколько тысяч компьютеров и при этом обеспечивать каждому пользователю сети нужное качество обслуживания.

Прозрачность достигается в том случае, когда от пользователя скрывается реальное представление сети и он видит всю сеть как единую вычислительную машину с системой разделения времени. Известный лозунг компании Sun Microsystems: "Сеть - это компьютер" - говорит именно о такой прозрачной сети.

Прозрачность может достигаться на двух разных уровнях - на уровне пользователя и на уровне программиста. На уровне пользователя прозрачность означает, что для работы с удаленными ресурсами он использует те же команды и привычные ему процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам. Прозрачность на уровне пользователя достигается проще, так как все особенности процедур, связанные с распределенным характером системы, маскируются от пользователя программистом, который создает приложение. Прозрачность на уровне приложения требует сокрытия всех деталей распределенности средствами сетевой операционной системы.

Поддержка разных видов трафика. Компьютерные сети изначально предназначены для совместного доступа пользователя к ресурсам компьютеров: файлам, принтерам и т.п. Трафик, создаваемый этими традиционными службами компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от трафика сообщений в телефонных сетях или, например, в сетях кабельного телевидения.

В 90-е гг. компьютерные сети стали использоваться для организации видеоконференций, обучения и развлечения на основе видеофильмов и т.п. Естественно, что для динамической передачи мультимедийного трафика требуются иные алгоритмы и протоколы, и, соответственно, другое оборудование. Хотя доля мультимедийного трафика пока невелика, он уже начал свое проникновение как в глобальные, так и локальные сети, и этот процесс, очевидно, будет продолжаться с возрастающей скоростью.

Особую сложность представляет совмещение в одной сети традиционного компьютерного и мультимедийного трафиков в силу их отличий. Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений, в то время как трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. Для качественного воспроизведения непрерывных процессов, которыми являются звуковые колебания или изменения интенсивности света в видеоизображении, необходимо получение измеренных и закодированных амплитуд сигналов с той же частотой, с которой они были измерены на передающей стороне. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения.

Сегодня практически все новые протоколы в той или иной степени предоставляют поддержку мультимедийного графика.

Совместимость, или интегрируемость, означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь построения интегрированных сетей - выполнение всех модулей в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями [5, 9, 10, 22].

2.2. Организация компьютерных сетей.