Лекция №12. Требования к современным сетям ЭВМ и

Лекция №12. Требования к современным сетям ЭВМ и
средствам коммуникаций
Соответствие стандартам не является единственным
требованием, предъявляемым к современным сетям.
Самое общей задачей сети является выполнение ею того
набора услуг, для оказания которых она предназначена.
Все
остальные
требования
(производительность,
надежность,
совместимость,
управляемость,
защищенность, расширяемость и масштабируемость)
связаны с качеством выполнения этой основной задачи.
Понятие "качество обслуживания" (Quality of Service,
QoS) компьютерной сети трактуется более узко: в него
включаются только две самые важные характеристики сети
— производительность и надежность.
Производительность
Потенциально высокая производительность — это одно из
основных преимуществ распределенных систем, к которым
относятся
компьютерные
сети.
Это
свойство
обеспечивается принципиальной, но не всегда практически
реализуемой возможностью распределения работ между
несколькими компьютерами сети.
Основные характеристики производительности сети:
 время реакции;
 скорость передачи трафика;
 пропускная способность;
 задержка передачи и вариация задержки передачи.
Время реакции сети является важной характеристикой
производительности сети с точки зрения пользователя.
В общем случае время реакции определяется как интервал
между возникновением запроса пользователя к какой-либо
сетевой службе и получением ответа на него.
Значение этого показателя зависит от ряда показателей
(текущего состояния элементов сети, загруженности
коммутаторов и маршрутизаторов, загруженности сервера).
1
Часто используют средневзвешенную оценку времени
реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям,
серверам и времени дня.
Время реакции сети обычно складывается из нескольких
составляющих:
 время подготовки запросов на клиентском компьютере;
 время передачи запросов между клиентом и сервером
через
сегменты
сети
и
промежуточное
коммуникационное оборудование;
 время обработки запросов на сервере;
 время передачи ответов от сервера клиенту и время
обработки получаемых от сервера ответов на
клиентском компьютере.
Знание сетевых составляющих времени реакции позволяет
оценить производительность отдельных элементов сети,
выявить узкие места и при необходимости выполнить
модернизацию
сети
для
повышения
ее
общей
производительности.
Производительность сети может характеризоваться также
скоростью передачи трафика.
Скорость передачи трафика может быть мгновенной,
максимальной и средней.

средняя скорость вычисляется путем деления общего
объема переданных данных на время их передачи,
причем выбирается достаточно длительный промежуток
времени — час, день или неделя;

мгновенная скорость отличается от средней тем, что
для
усреднения
выбирается
очень
маленький
промежуток времени — например, 10 мс или 1 с;

максимальная скорость — это наибольшая скорость,
зафиксированная в течение периода наблюдения.
Пропускная способность — максимально возможная
скорость обработки трафика, определенная стандартом
технологии, на которой построена сеть. Пропускная
2
способность отражает максимально возможный объем
данных, передаваемый сетью или ее частью в единицу
времени.
Пропускная способность не является пользовательской
характеристикой, но непосредственно характеризует
качество
выполнения
основной
функции
сети
(транспортировки
сообщений)
и
поэтому
чаще
используется при анализе производительности сети, чем
время реакции или скорость.
Пропускная способность измеряется либо в битах в
секунду, либо в пакетах в секунду.
Пропускная способность сети зависит от характеристик
физической среды передачи и от принятого способа
передачи данных, но не зависит от загруженности сети и
имеет постоянное значение, определяемое используемыми в
сети технологиями.
Для характеристики качества сети в целом полезно
оперировать общей пропускной способностью сети,
которая определяется как среднее количество информации,
переданной между всеми узлами сети за единицу времени.
Задержка передачи определяется как задержка между
моментом поступления данных на вход какого-либо
сетевого устройства или части сети и моментом появления
их 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 конечными узлами сети.
Обычно качество сети характеризуют величинами
максимальной задержки передачи и вариацией задержки.
Пропускная способность и задержки передачи являются
независимыми параметрами, так сеть может обладать
высокой
пропускной
способностью,
но
вносить
значительные задержки при передаче каждого пакета.
3
Надежность и безопасность
Первоначальной целью создания распределенных систем
(вычислительных сетей) являлось достижение большей
надежности по сравнению с отдельными вычислительными
машинами.
Важно различать несколько аспектов надежности. Для
сравнительно
простых
технических
устройств
используются следующие показатели надежности:
 среднее время наработки на отказ;
 вероятность отказа;
 интенсивность отказов.
Сложные системы, состоящие из многих элементов, кроме
состояний работоспособности и неработоспособности,
могут иметь и другие промежуточные состояния, которые
эти характеристики не учитывают.
Для оценки надежности сложных систем применяется
другой набор характеристик:
 готовность или коэффициент готовности;
 сохранность данных;
 согласованность (непротиворечивость) данных;
 вероятность доставки данных;
 безопасность;
 отказоустойчивость.
Готовность или коэффициент готовности (availability)
означает период времени, в течение которого система
может использоваться. Готовность может быть повышена
путем введения избыточности в структуру системы.
Безопасность (security) – способность системы защитить
данные от несанкционированного доступа.
В сетях под отказоустойчивостью (fault tolerance)
понимается способность системы скрыть от пользователя
отказ отдельных ее элементов. В отказоустойчивой системе
выход из строя одного из ее элементов приводит к
некоторому снижению качества ее работы (деградации), а
не к полному останову.
4
Расширяемость и масштабируемость
Расширяемость (extensibility) означает возможность
сравнительно легкого добавления отдельных элементов
сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб),
наращивания
длины
сегментов
сети
и
замены
существующей аппаратуры более мощной.
Масштабируемость (scalability) означает, что сеть
позволяет наращивать количество узлов и протяженность
связей в очень широких пределах, при этом
производительность сети не ухудшается.
Прозрачность
Прозрачность (transparency) сети достигается в том
случае, когда сеть представляется пользователям не как
множество отдельных компьютеров, связанных между
собой сложной системой кабелей, а как единая
традиционная вычислительная машина с системой
разделения времени.
Прозрачность может достигаться на 2 различных уровнях
— на уровне пользователя и на уровне программиста.
На уровне пользователя прозрачность означает работу с
удаленными ресурсами, используя те же команды и
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.
Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя
детали внутреннего устройства, что упрощает работу в
сети.
Концепция прозрачности применима к различным аспектам
сети. Прозрачность расположения означает, что от
пользователя не требуется знать местонахождение
программных и аппаратных ресурсов. Прозрачность
перемещения означает, что ресурсы могут свободно
перемещаться из одного компьютера в другой без
5
изменения имен. Прозрачность параллелизма, которая
заключается в том, что процесс распараллеливания
вычислений происходит автоматически, без участия
программиста, при этом система сама распределяет
параллельные ветви приложения по процессорам и
компьютерам сети.
Поддержка разных видов трафика
Трафик,
создаваемый
традиционными
службами
компьютерных сетей, имеет свои особенности и
существенно отличается от трафика сообщений в
телефонных сетях и сетях кабельного телевидения.
С 90-ых годов в компьютерных сетях появился трафик
мультимедийных данных, для динамической передачи
которого требуются иные алгоритмы, протоколы и другое
оборудование.
Главной особенностью трафика, образующегося при
динамической передаче голоса или изображения, является
наличие
жестких
требований
к
синхронности
передаваемых сообщений. В то же время трафик
компьютерных
данных
характеризуется
крайне
неравномерной интенсивностью поступления сообщений в
сеть.
Особую сложность представляет совмещение в одной сети
традиционного
компьютерного
и
мультимедийного
трафика, так как данные типы трафика имеют
противоположные требования к качеству обслуживания.
Управляемость
Управляемость
сети
подразумевает
возможность
централизованно контролировать состояние основных
элементов сети, выявлять и решать проблемы,
возникающие при работе сети, выполнять анализ
производительности и планировать развитие сети.
Планирование сети включает прогноз изменений
требований пользователей к сети, вопросы применения
новых приложений, новых сетевых технологий и т.п.
6
Необходимость в системе управления особенно ярко
проявляется в больших сетях: корпоративных или
глобальных.
В настоящее время в области систем управления сетями
много нерешенных проблем (недостаточно удобных,
компактных и многопротокольных средств управления
сетью, мало масштабируемых систем и т.д.).
Совместимость
Совместимость или интегрируемость означает, что сеть
может включать в себя разнообразное программное и
аппаратное обеспечение.
Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется
неоднородной или гетерогенной и в случае ее успешной
работы она является интегрированной.
Основной путь построения интегрированных сетей —
использование модулей, выполненных в соответствии с
открытыми стандартами и спецификациями.
Качество обслуживания
Качество
обслуживания
(QoS)
определяет
количественные оценки вероятности того, что сеть будет
передавать определенный поток данных между двумя
узлами в соответствии с потребностями приложения или
пользователя.
Разрабатываемые и уже существующие механизмы QoS
ограничиваются
решением
простой
задачи
—
гарантированием неких усредненных требований, заданных
для основных типов приложений.
Чаще всего параметры, фигурирующие в разнообразных
определениях качества обслуживания, регламентируют
следующие показатели работы сети:
 пропускная способность;
 задержки передачи пакетов;
 уровень потерь и искажений пакетов.
7
Механизмы QoS управляют распределением имеющейся
пропускной способности в соответствии с требованиями
приложений и настройками сети. Самый очевидный способ
перераспределения пропускной способности сети состоит в
управлении очередями пакетов.
Реализация в компьютерных сетях механизмов поддержки
QoS является сравнительно новой тенденцией.
Существует два основных подхода к обеспечению качества
работы сети.
Первый состоит в том, что сеть гарантирует пользователю
соблюдение некоторой числовой величины показателя
качества обслуживания (например, сети frame могут
гарантировать пользователю заданный уровень пропускной
способности).
При втором подходе ("best effort" - сервис "с
максимальными усилиями" или "по возможности") сеть
старается по возможности более качественно обслужить
пользователя, но ничего при этом не гарантирует.
В условиях, когда многие механизмы поддержки качества
обслуживания только разрабатываются, использование для
этих целей избыточной пропускной способности часто
оказывается единственно возможным, хотя и временным
решением.
8