Методы оценки характеристик вычислительных сетей

Для развития, проектирования и управления вычислительными сетями необходимо оценивать следующие характеристики:

- время реакции,

- время передачи,

- коэффициент загрузки и другие.

Полные и достоверные данные о параметрах каждого компонента вычислительной сети можно получить только в том случае, когда ВС введена в эксплуатацию (хотя бы в пусковом, неполном объеме), либо в том случае, когда введена в эксплуатацию аналогичная сеть. В этом случае на функционирующей вычислительной сети проводятся изменения требуемых параметров. Если имеется в наличии вычислительная сеть - аналог, то после проведения измерений следует производить тщательный анализ адекватности полученных данных для разрабатываемой сети.

Однако, проведение измерений трудоемко и дорого, не все параметры поддаются непосредственному измерению, не все параметры, измеренные в вычислительной сети — аналоге могут быть адекватны разрабатываемой сети, поэтому для получения требуемых временных параметров широко используются методы моделирования (рис. 1).

Модель системы — это материальный или логической объект, построенный по определенным правилам представления моделируемых свойств системы с целью изучения функционирования системы. Поскольку перед разработчиком ВС возникает очень много вопросов, может быть создан ряд различных моделей системы. Все эти модели отображают одну и ту же систему, но либо рассматривают ее с различных точек зрения, либо имеют различную степень детальности.

Разработка всякой модели начинается с создания концептуальной модели, которая является основой для любой модели: аналитической или имитационной.

Достаточно широко распространенным классом моделей являются имитационные модели, в которых воспроизводится во времени поведение реальной системы введением в модель условий и временных задержек, которые определяют последовательность переходов компонентов системы из одного состояния в другое.

Имитационная модель ВС или ее компонент описывает их функционирование в виде последовательности операций или групп операций, выполняемых компьютерами. Составными частями имитационной модели являются описания элементов, составляющих систему, и описание структуры системы. Описание представляются в виде программ. Поэтому процесс имитационного моделирования сводится к проведению экспериментов, состоящих из серии реализации программ на компьютере при различных исходных данных.

Имитационные модели ВС в зависимости от используемых входных данных можно разделить на трассоориентированные и статистические. В трассоориентированных имитационных моделях входные данные задаются трассой, т.е. потоком событий, имеющих место при работе системы, которые регистрируются в хронологическом порядке. В статистических имитационных моделях входные данные задаются с помощью датчиков случайных чисел, характеристики которых известны.

Важным преимуществом имитационных моделей перед аналитическими, является потенциальная возможность приблизить ее введением дополнительных усложнений к моделируемому объекту. Но при этом следует учитывать, что сложные имитационные модели требуют для своей реализации больших вычислительных ресурсов, поэтому целесообразно применение имитационных моделей в тех случаях, когда аналитические методы являются непригодными.

Кроме того, следует подчеркнуть, что имитационное моделирование, не проконтролированное измерениями на реальном объекте, не может быть достаточной гарантией точности полученных результатов.

Аналитическая модель представляет собой набор математических соотношений, которые могут быть использованы для вычисления количественных значений требуемых параметров системы по заданным параметрам системы и рабочей нагрузки.

Аналитические модели используют для описания объектов и отношений математические символы. Любая аналитическая модель строится на основе понятий и символики некоторой теории. По специфике математического аппарата различают детерминированные и вероятностные модели. К категории детерминированных относятся модели, использующие теоретические концепции машины Тьюринга, сетей Петри, автоматы, графические модели программ. Несмотря на то, что некоторые из этих моделей могут оказать существенную помощь в понимании вычислительных систем и их компонент в получении строгого описания функционирования, а также в создании их имитационных моделей, пока их приложения в качестве аналитических моделей для оценки производительности систем ограничены. Одним из главных препятствий для использования детерминированных моделей в исследованиях оценки производительности является их относительная неспособность отображать изменчивость рабочей нагрузки, наблюдаемую в любой вычислительной сети.

Детерминированная модель рабочей нагрузки применима в том случае, если делается предположение, что рабочая нагрузка состоит из нескольких заданий, которые возникают периодически. В этом случае поведение этих заданий может быть охарактеризовано с большей детальностью, чем в случае непериодической рабочей нагрузки.

Частным случаем, для которого детерминированная модель обычно легко применима, является периодическая рабочая нагрузка, состоящая из одинаковых заданий.

Такая модель рабочей нагрузки не слишком далека от действительности для многих специализированных вычислительных устройств.

 

Практическая часть

Получить у преподавателя вариант задания. При помощи пакета Net Cracker собрать сеть с заданной топологией и спецификацией. Задать сетевой трафик.

Вывести статистику в зависимости от варианта, запустить модель и добиться устойчивой работы сети (без перегрузки). Показать результаты преподавателю.

Ответить на контрольные вопросы, написать отчёт о проделанной работе.

 

Варианты заданий:

 

Вариант 1. Построить ЛВС следующей топологии: 5 персональных компьютеров (РС) и сервер образуют сегмент 10BASE-T. Другие пять компьютеров объединены в сегмент по технологии 10BASE-2, оба сегмента соединены мостом.
Сервер может обслуживать клиентов базы данных, CAD/CAM-приложений и предоставлять FTP доступ к файлам. Рабочие станции сегмента 10BASE-T являются клиентами CAD/CAM приложений, рабочие станции сегмента 10BASE-2 являются клиентами базы данных. Кроме этого, все рабочие станции обращаются на сервер за файлами по FTP, а внутри каждого сегмента взаимодействуют друг с другом по трафику Small office peer-to-peer. Размер ответа сервера на запрос (Reply Size) рассчитывается по нормальному закону.
Мат. ожидание - 1000, дисперсия - 800, размер в байтах. Задержка ответа на запрос (Replay Delay) рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 5, время в секундах.

Вывести статистику: для сервера - текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для сегмента 10BASE-2 - процент использования (average utilization).

 

Вариант 2. Построить ЛВС следующей топологии: сегмент 10BASE-T, состоящий из 3-х РС (РС1-РС3) на базе 10/100Мбит/с концентратора фирмы DLink, и сегмент на базе концентратора Fast Ethernet из 2-х РС (РС4, РС5) соединены с помощью коммутатора (SWITCH& apos; а) по технологии 100BASE-TX, к которому подключены 2 сервера по той же технологии. Сервер (1) обслуживает клиентов CAD/CAM приложений и является файл-сервером. РС1-РС3 являются клиентами CAD/CAM-приложений, РС4 и РС5 - клиентами файл-сервера.
Сервер (2) обслуживает HTTP, FTP, POP3 - клиентов. РС4-РС5 являются FTP, POP3 -клиентами. Все рабочие станции являются также HTTP-клиентами. Помимо серверов рабочие станции внутри каждого сегмента взаимодействуют друг с другом по трафику Small office peer-to-peer. Размер ответа сервера (1) на запрос (Reply Size) рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание -1000, дисперсия - 800, размер в байтах.
Задержка ответа сервера (1) на запрос (Replay Delay) рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 5, время в секундах. Для сервера (2) сохраняются установки по умолчанию.

Вывести статистику: для серверов текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для концентраторов - процент использования (average utilization).

 

Вариант 3. Создать проект ЛВС следующей топологии:
Внутри здания (1) три рабочих станции (PC1-PC3) образуют сегмент 10BASE-T на базе концентратора, который подключен к SWITCH& apos; у. К SWITCH& apos; у также подключен сегмент 10BASE5 из трех рабочих станции (РС4-РС6) и по 10Мбит/с витой паре многопротокольный маршрутизатор. К маршрутизатору подключено устройство DSU/CSU использующее технологию ATM (например, DataSMART T3 ADSU/ATM фирмы ADC Kentrox). Устройство DSU/CSU имеет WAN-соединение с сетью ATM.
К сети АТМ, в свою очередь, через витую пару подключено другое здание (2). PC1 - PC3 обрабатывают данные, передаваемые из здания (2). От PC1 в здание (2) поступают данные. От рабочих станций РС4-РС6 поступают данные в здание (2). Весь трафик межсетевой ( Small interLAN traffic).
Вывести статистику: текущую нагрузку (current workload) для станции PC(3), время прохождения пакета от PC(1) до концентратора, процент использования (average utilization) концентратора; текущую нагрузку (current workload) канала от сети АТМ до DSU/CSU; Текущую нагрузку (current workload) канала от здания (2) до сети АТМ.

 

Вариант 4. Построить ЛВС следующей топологии:
Имеется 2 HUB" а (10BASE-2). К первому HUB" у с помощью коаксиального кабеля (10BASE-2) непосредственно подключены рабочие станции (work station) (1), (2), (3), а станции (4), (5) -соединены с ним общей шиной (10BASE-2). К сегменту Thin Ethernet подключены HUB(2) и сервер(1). К хабу (2) подключены непосредственно станции (6), (7) и сервер(2), а через сегмент Тhin Ethernet подключена станция (8). Сервер(1) может обслуживать клиентов базы данных и предоставлять FTP-доступ к файлам.
Сервер (2) обслуживает HTTP, POP3. Все рабочие станции являются HTTP-клиентами. Станции 1-5 являются POP3-клиентами сервера(2). Станции 6-8 являются database-клиентами сервера(1). Станциям 6-8 предоставлен FTP-доступ к файлам на сервере(1).

Размер ответа сервера (1) на запрос (Reply Size) рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание -1000, дисперсия - 800, размер в байтах.
Задержка ответа сервера (1) на запрос (Replay Delay) рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 5, время в секундах. Размер ответа сервера (2) на запрос (Reply Size) рассчитывается по равномерному закону. Мат. ожидание - 400, дисперсия - 1000, размер в байтах. Задержка ответа сервера (2) на запрос (Replay Delay) рассчитывается по нормальному закону, мат. ожидание - 1, дисперсия - 0, 7 время в секундах.
Вывести статистику: для серверов - текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для коаксиального сегмента от станций (4), (5) до HUB& apos; а - процент использования (average utilization).

 

Вариант 5. Построить ЛВС следующей топологии: рабочие станции (work station) (WS1)-(WS6) и сервер(1) соединены между собой в FDDI сеть, используя неэкранированную витую пару категории 5. FDDI кольцо, в свою очередь, посредством маршрутизаторов связано с двумя сетями Token Ring, в каждую из которых входит по одному серверу и по две рабочих стации. Сервер (1) может обслуживать клиентов базы данных (WS4-WS6) и CAD/CAM-приложений (WS1-WS3). Сервер (2) предоставляет FTP-доступ к файлам.
Сервер (3) обслуживает HTTP, POP3, - клиентов. Все рабочие станции являются HTTP-клиентами. Рабочие станции сетей Token Ring являются также FTP, POP3 - клиентами. Кроме этого все рабочие станции обращаются на сервер (2) за файлами. Помимо серверов рабочие станции взаимодействуют внутри своих сетей друг с другом по трафику Small office peer-to-peer.. Размер ответа сервера (1) на запрос (Reply Size) рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание - 2048, дисперсия-1024, размер в байтах.
Задержка ответа сервера на запрос (Replay Delay) рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание -5, время в секундах. Размер ответа сервера (2) на запрос (Reply Size) рассчитывается по экспоненциальному закону. Мат. ожидание - 512, размер в байтах. Задержка ответа сервера (2) на запрос (Replay Delay) рассчитывается по равномерному закону, мат. ожидание - 1, дисперсия - 0, 5, время в секундах. Размер ответа сервера (3) на запрос (Reply Size) рассчитывается по нормальному закону.
Мат. ожидание -2048, дисперсия - 512, размер в байтах. Задержка ответа сервера (3) на запрос (Replay Delay) рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 2, время в секундах.

Вывести статистику: для любого сервера - текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для сегмента от маршрутизатора до сети Тoken Ring текущую нагрузку.

 

Вариант 6. Построить ЛВС следующей топологии: рабочие станции РС1-РС3 и сервер (1) образуют сегмент 100BASE-TX на базе HUB& apos; а. HUB, в свою очередь, подключен к Switch" у по технологии 10BASE-T. Switch подключен к маршрутизатору по этой же технологии. Станции (4), (5) и сервер (2) соединены с помощью толстого коаксиального кабеля со Switch" ом. Маршрутизатор соединен с сервером удаленного доступа (Access server) через Thick Ethernet Segment. К серверу доступа подключены 2 устройства: DSU/CSU и телефонный модем, обеспечивающие доступ к сетям ISDN и PSTN соответственно. К этому серверу имеют доступ удаленные рабочие станции (6) и (7) через сети ISDN и PSTN соответственно. На рабочей станции(6) установлен адаптер ISDN. Сервер(1) может обслуживать HTTP, POP3-клиентов. Сервер(2) предоставляет FTP-доступ к файлам и может обслуживать клиентов базы данных. Все рабочие станции являются HTTP, POP3-клиентами. Станция (2) является клиентом базы данных сервера(2). При обращении к этому серверу станции(1) и (5) создают обычный (равноправный) сетевой трафик.
Кроме того, сервер(2) предоставляет FTP-доступ к файлам удаленным станциям (6)и (7).

Размер ответа всех серверов на запрос (Reply Size) рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание - 1024, дисперсия - 512, размер в байтах. Задержка ответа на запрос (Replay Delay) сервера (1) рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 5, сервера (2) - по равномерному закону, мат. ожидание - 2, дисперсия - 1, время в секундах. Вывести статистику:
Текущую нагрузку (current workload) для витой пары ISDN и PSTN. Для серверов (1) и (2)-текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для коаксиального сегмента до Switch& apos; а-процент использования (average utilization).

 

Вариант 7. Построить ЛВС следующей топологии: Имеется сеть Frame Relay. К этой сети с использованием витой пары (10BASE-T) подключены устройства DSU/CSU (1), (2) и (3). DSU/CSU и DSU/CSU (2), в свою очередь, подключены к устройствам Frame relay access device - FRAD (1) и (2). К устройству FRAD (1) подключен концентратор Fast Ethernet. Рабочая группа, станция РС1 и сервер(1) подключены к концентратору витой парой 100BASE-TХ К FRAD(2) подключен сегмент Thick Ethernet c сервером(2), рабочей станцией РС2 и принтером. Устройство DSU/CSU(3) подключается к маршрутизатору.
В свою очередь, маршрутизатор, используя оптоволоконный кабель подключен к FDDI. К FDDI подключены рабочие станции (РС3), (РС4) и выделенный сервер (3).. Сервер(1) обслуживает клиентов базы данных из рабочей группы, сервер(2) -CAD/CAM-приложений, сервер(3) предоставляет FTP-доступ к файлам удаленной станции РС2 и локальным РС3 и РС4. РС1 является клиентом сервера (2). Станции (2) и (3) используют CAD/CAM приложения на сервере(2). Станция (2) периодически посылает данные на принтер.
Размер ответа на запрос (Reply Size) сервера (2) рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание -1024, дисперсия-768, размер в байтах. Задержка ответа на запрос рассчитывается по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 5, время в секундах. Для серверов 1 и 3 - установки по умолчанию.

Вывести статистику: для серверов - текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для коаксиального сегмента - процент использования (average utilization).

 

Вариант 8. Имеется ЛВС следующей топологии: рабочие станции (work station) (1), (2), (3) и сервер (1) соединены между собой в FDDI сеть, используя неэкранированную витую пару категории 5. FDDI кольцо, в свою очередь, посредством маршрутизатора и моста, связано с сетями 16 Мбит/с Token Ring и 100 Мбит/с Ethernet соответственно. Рабочие станции (4), (5)и сервер(2) соединены в сеть Token Ring. Станции (6), (7), (8) и сервер(3) соединены по технологии Fast Ethernet.
FDDI cервер обслуживает WS1-WS3 - клиентов базы данных и CAD/CAM-приложений. Сервер Token Ring является файл-сервером для WS4, WS5 и обслуживает их как клиентов базы данных. Сервер Ethernet обслуживает HTTP, FTP, POP3 - клиентов. Все рабочие станции являются HTTP-клиентами. Рабочие станции (3), (5), (7), (8) являются также POP3-клиентами. Кроме этого все рабочие станции обращаются на FTP-сервер за файлами.
Помимо серверов рабочие станции внутри своих сетей взаимодействуют друг с другом по трафику Small office peer-to-peer.

Размер ответа на запрос (Reply Size) всех серверов рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание - 2048, дисперсия - 512, размер в байтах.
Задержка ответа на запрос (Replay Delay) сервера (1) распределена по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 5, сервера (2) - по нормальному закону, мат. ожидание - 2, дисперсия - 0, 7, сервера (3) - по закону Эрланга, мат. ожидание - 1, 5, дисперсия - 0, 4, время в секундах.

Вывести следующую статистику: для всех серверов - текущую нагрузку (current workload) и количество полученных пакетов; для сегментов - процент использования (average utilization).

 

Вариант 9. Два компьютера через внешние модемы и телефонную сеть общего пользования PSTN имеют FTP-доступ к серверу, расположенному в локальной сети отдельного здания. Эта ЛВС имеет следующую топологию: рабочие станции (РС1-РС4), серверы(1) и (2), а также сервер удаленного доступа (Access Server) образуют сегмент сети 100Base-T. К серверу (2) подключен принтер.
К серверу удаленного доступа подключен внешний модем, имеющий доступ к PSTN, и через сегмент Thick Ethernet - сервер (3) и рабочие станции (РС5-РС8). Эти станции через сервер(3) имеют доступ к серверам (1) и (2) и принтеру на сервере(2). Сервер(1) может обслуживать клиентов базы данных и CAD/CAM-приложений. Рабочие станции (1), (2), являются клиентами баз данных. Рабочие станции (3) и (4), являются CAM/CAD клиентами.
Кроме этого, все рабочие станции обращаются на сервер(2) за файлами по протоколу FTP, а локальные станции (5)-(8) регулярно запускают на нем офисные приложения (Small office data base client-server). Принтер обслуживает все локальные рабочие станции. Помимо серверов локальные рабочие станции взаимодействуют друг с другом по трафику Small office peer-to-peer. Сервер (3) является HTTP, POP3 сервером. Все локальные станции являются HTTP, POP3 клиентами.
Размер ответа на запрос (Reply Size) для всех серверов рассчитывается по нормальному закону. Мат. ожидание - 1024, дисперсия - 768, размер в байтах. Задержка ответа на запрос (Replay Delay) распределена по экспоненциальному закону, мат. ожидание - 2, время в секундах.

Вывести статистику: для серверов - текущую нагрузку (current workload); для сегмента Fast Ethernet - процент использования (average utilization).

Вариант10.

Построить географически распределенную интерсеть, в состав которой включить подсети следующих технологий: Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM, Frame Relay, ISDN, X.25, PSTN. Для организации сети использовать различные типы каналов связи, в том числе спутниковые. Обеспечить доступ к сети удаленным пользователям, в том числе по радиоканалу. Трафик и статистику задавать по своему усмотрению. Использовать многоуровневый проект и карты местности, где расположены подсети.

 

Контрольные вопросы

1. Почему при проектировании вычислительных сетей необходимо использовать моделирование?

2. В чем состоят основные трудности моделирования?

3. Назовите (перечислите) основные характеристики, оценивающие качество функционирования вычислительных сетей.

4. Назовите достоинства и недостатки аналитических и имитационных моделей.

5. Можно ли при разработке одной вычислительной сети использовать несколько различных моделей?

 

Практическая работа № 4.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: