62762 (Принципи мережевого аналізу та оптимізації)

Принципи мережевого аналізу та оптимізації

1. СУТНІСТЬ ТА ШЛЯХИ ОПТИМІЗАЦІЇ МЕРЕЖЕВОГО АНАЛІЗУ

Для підвищення ефективності роботи будь-якої транспортної інфокомунікаційної мережі необхідно:

1. Сформулювати критерії ефективності роботи мережі. Найчастіше такими критеріями стають продуктивність і надійність, для яких, у свою чергу, потрібно обрати конкретні показники оцінки, наприклад, час реакції і коефіцієнт готовності, відповідно.

2. Обмежити безліч варійованих параметрів мережі, що прямо або побічно впливають на критерії ефективності визначеною множиною. Ці параметри дійсно повинні бути варійованими, тобто потрібно переконатися в тому, що їх можна змінювати в деяких межах за нашим бажанням. Так, якщо розмір пакету якого-небудь протоколу в конкретній операційній системі встановлюється автоматично і не може бути змінений шляхом налаштування, то цей параметр в даному випадку не є варійованим, хоча в іншій операційній системі він може відноситься до змінних за бажанням адміністратора, а значить і варійованим. Іншим прикладом може служити пропускна спроможність внутрішньої шини маршрутизатора - вона може розглядатися, як параметр оптимізації тільки в тому випадку, якщо допускаємо можливість заміни обладнання в мережі.

Всі варійовані параметри можуть бути згруповані різним чином.

3. Визначити поріг чутливості для значень критерію ефективності. Так, продуктивність мережі можна оцінювати логічними значеннями "Працює"/"Не працює", і тоді оптимізація зводиться до діагностики несправностей і приведення мережі в будь-який працездатний стан. Іншим крайнім випадком є тонке налаштування мережі, при якій параметри працюючої мережі (наприклад, розмір кадру або величина вікна непідтверджених пакетів) можуть варіюватися з метою підвищення продуктивності (наприклад, середнього значення часу реакції) хоч би на декілька відсотків. Як правило, під оптимізацією мережі розуміють деякий проміжний варіант, при якому потрібно вибрати такі значення параметрів мережі, щоб показники її ефективності істотно покращилися, наприклад, користувачі в комп'ютерній мережі отримували відповіді на свої запити до сервера баз даних не за 10 секунд, а за 3 секунди, а передача файлу на віддалений комп'ютер виконувалася не за 2 хвилини, а за 30 секунд.

Таким чином, можна запропонувати три різні трактування завдання оптимізації:

1. Приведення мережі в будь-який працездатний стан. Зазвичай це завдання вирішується першим, і включає:

• пошук несправних елементів мережі - кабелів, роз'ємів, адаптерів, комп'ютерів;

• перевірку сумісності устаткування і програмного забезпечення;

• вибір коректних значень ключових параметрів програм і пристроїв, що забезпечують проходження повідомлень між всіма вузлами мережі, - адрес мереж і вузлів, використовуваних протоколів, типів кадрів Ethernet і т.п.

2. Грубе налаштування - вибір параметрів та конфігурації, що різко впливають на характеристики (надійність, продуктивність) мережі. Якщо мережа працездатна, але обмін даними відбувається дуже поволі (час очікування складає десятки секунд або хвилини) або ж сеанс зв'язку часто розривається без видимих причин, то працездатною таку мережу можна назвати тільки умовно, і вона безумовно потребує грубого налаштування. На цьому етапі необхідно знайти ключові причини істотних затримок проходження пакетів в мережі. Зазвичай причина серйозного уповільнення або нестійкої роботи мережі криється в одному невірно працюючому елементі або некоректно встановленому параметрі, але через велику кількість можливих винуватців пошук може зажадати тривалого спостереження за роботою мережі і громіздкого перебору варіантів. Грубе налаштування багато в чому схоже на приведення мережі в працездатний стан. Тут також зазвичай задається деяке порогове значення показника ефективності і потрібно знайти такий варіант мережі, у якого це значення було б не гірше порогового. Наприклад, потрібно побудувати транспортну мережу так, шоб пропускна здатність задовольнила субпровайдерів з деяким запасом на майбутнє.

3. Тонке налаштування параметрів мережі (власне оптимізація). Якщо мережа працює задовільно, то подальше підвищення її продуктивності або надійності навряд чи можна досягти зміною тільки якого-небудь одного параметра, як це було у разі повністю непрацездатної мережі або ж у разі її грубого налаштування. У разі нормальної працюючої мережі подальше підвищення її якості зазвичай вимагає знаходження деякого вдалого поєднання значень великої кількості параметрів, тому цей процес і отримав назву "Тонкого налаштування".

Навіть при тонкому налаштуванні мережі оптимальне поєднання її параметрів (у строгому математичному розумінні терміну "оптимальність") отримати неможливо, та і не потрібно. Немає сенсу витрачати колосальні зусилля по знаходженню строгого оптимуму, що відрізняється від близьких до нього режимів роботи на величини такого ж порядку, що і точність вимірювань трафіку в мережі. Досить знайти будь-яке з близьких до оптимального рішень, щоб рахувати завдання оптимізації мережі вирішеної. Такі близькі до оптимального рішення зазвичай називають раціональними варіантами, і саме їх пошук цікавить на практиці адміністратора мережі або мережевого інтегратора.

Пошук несправностей в мережі - це поєднання аналізу (вимірювання, діагностика і локалізація помилок) і синтезу (ухвалення рішення про те, які зміни треба внести до роботи мережі, щоб виправити її роботу).

■ Аналіз - визначення значення критерію ефективності (або, що одне і те ж, критерію оптимізації) системи для даного поєднання параметрів мережі. Іноді з цього етапу виділяють підетап моніторингу, на якому виконується простіша процедура, - процедура збору первинних даних про роботу мережі: статистики про кількість циркулюючих в мережі кадрів і пакетів різних протоколів, стан портів концентраторів, комутаторів і маршрутизаторів і т.п. Далі виконується етап власне аналізу, під яким в цьому випадку розуміється складніший і інтелектуальний процес осмислення зібраної на етапі моніторингу інформації, зіставлення її з даними, отриманими раніше, і вироблення припущень про можливі причини сповільненої або ненадійної роботи мережі. Завдання моніторингу вирішується програмними і апаратними вимірниками, тестерами, мережевими аналізаторами і вбудованими засобами моніторингу систем управління мережами і системами. Завдання аналізу вимагає активнішої участі людини, а також використання таких складних засобів як експертні системи, що акумулюють практичний досвід багатьох мережевих фахівців.

■ Синтез - вибір значень варійованих параметрів, при яких показник ефективності має якнайкраще значення. Якщо задано порогове значення показника ефективності, то результатом синтезу повинен бути один з варіантів мережі, що перевершує заданий поріг. Приведення мережі в працездатний стан - це також синтез, при якому знаходиться будь-який варіант мережі, для якого значення показника ефективності відрізняється від стану "не працює". Синтез раціонального варіанту мережі - процедура найчастіше неформальна, оскільки вона пов'язана з вибором дуже великого і дуже різнорідної безлічі параметрів мережі - типів вживаного комунікаційного устаткування, моделей цього устаткування, числа серверів, типів комп'ютерів, використовуваних як сервери, типи та виробник транспортних систем, параметри цих транспортних систем, стеки комунікаційних протоколів, їх параметри і т.д. і т.п. Дуже часто мотиви, що впливають на вибір "в цілому", тобто вибір типа або моделі обладнання, стека протоколів або операційної системи, не носять технічного характеру, а приймаються з інших міркувань - комерційних, "політичних" і т.п. Тому формалізувати постановку завдання оптимізації в таких випадках просто неможливо. Тут основна увага приділяється етапам моніторингу і аналізу мережі, як формальнішим процедурам, що автоматизуються. У тих випадках, коли це можливо, у даній роботі даються рекомендації з виконання деяких послідовностей дій по знаходженню раціонального варіанту мережі або приводяться міркування, що полегшують його пошук.

2. КРИТЕРІЇ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ МЕРЕЖІ

Вся множина найбільш часто використовуваних критеріїв ефективності роботи мережі може бути розділена на дві групи. Одна група характеризує продуктивність роботи мережі, друга, - надійність.

Продуктивність мережі вимірюється за допомогою показників двох типів - тимчасових, таких, що оцінюють затримку, що вноситься мережею при виконанні обміну даними, і показників пропускної спроможності, що відображають кількість інформації, переданою мережею в одиницю часу. Ці два типи показників є взаємно зворотними, і, знаючи один з них, можна обчислити інший.

2.1 ЧАС РЕАКЦІЇ

Зазвичай, як тимчасова характеристика продуктивності мережі використовується такий показник як час реакції. Термін "час реакції" може використовуватися в дуже широкому сенсі, тому у кожному конкретному випадку необхідно уточнити, що розуміється під цим терміном.

У загальному випадку, час реакції визначається як інтервал часу між виникненням запиту користувача до будь-якого мережевому сервісу і отриманням відповіді на цей запит. Очевидно, що сенс і значення цього показника залежать від типу сервісу, до якого звертається користувач, від того, який користувач і до якого сервера звертається, а також від поточного стану інших елементів мережі - завантаженості сегментів, через які проходить запит, завантаженості сервера і т.п.

Для кінцевого користувача таким чином певний час реакції є зрозумілим і найбільш природним показником продуктивності мережі (розмір файлу, який вносить деяку невизначеність до цього показника, можна зафіксувати, оцінюючи час реакції при передачі, наприклад, одного мегабайта даних). Проте, мережевого фахівця цікавить в першу чергу продуктивність власне мережі, тому для точнішої її оцінки доцільно відокремити з часу реакції складові, відповідні етапам немережевої обробки даних - пошуку потрібної інформації на диску, записи її на диск і т.п. Отриманий в результаті таких скорочень час можна вважати іншим визначенням часу реакції мережі на прикладному рівні.

При оцінці продуктивності мережі не по відношенню до окремих пар вузлів, а до всіх вузлів в цілому використовуються критерії двох типів: середньо-зважені і порогові.

Середньо-зважений критерій є сумою часів реакції всіх або деяких вузлів при взаємодії зі всіма або деякими серверами мережі за певним сервісом, тобто сумою вигляду

де Тij - час реакції і-го клієнта при зверненні до j-ro сервера, n - число клієнтів, m - число серверів. Якщо усереднювання проводиться і за сервісами, то в приведеному виразі додасться ще одне підсумовування - по кількості сервісів, що враховуються. Оптимізація мережі за даним критерієм полягає в знаходженні значень параметрів, при яких критерій має мінімальне значення або принаймні не перевищує деяке задане число.

Пороговий критерій відображає найгірший час реакції за всіма можливими поєднаннями клієнтів, серверів і сервісів:

де і і j мають той же сенс, що і у попередньому випадку, а k позначає тип сервісу. Оптимізація також може виконуватися з метою мінімізації критерію, або ж з метою досягнення їм деякої заданої величини, розумної, що визнається, з практичної точки зору.

Частіше застосовуються порогові критерії оптимізації, оскільки вони гарантують всім користувачам деякий задовільний рівень реакції мережі на їх запити. Середньо-зважені критерії можуть дискримінувати деяких користувачів, для яких час реакції дуже великий при тому, що при усереднюванні отриманий цілком прийнятний результат.

Можна застосовувати і більш диференційовані за категоріями користувачів і ситуаціями критерії. Наприклад, можна поставити перед собою мету гарантувати будь-якому користувачеві доступ до сервера, що знаходиться в його сегменті, за час, що не перевищує 5 секунд, до серверів, що знаходяться в його мережі, але в сегментах, відокремлених від його сегменту комутаторами, за час, не що перевищує 10 секунд, а до серверів інших мереж - за час до 1 хвилини.

2.2 ПРОПУСКНА ЗДАТНІСТЬ

Основне завдання, для вирішення якої будується будь-яка мережа - швидка передача інформації між комп'ютерами. Тому критерії, пов'язані з пропускною спроможністю мережі або частини мережі, добре відображають якість виконання мережею її основної функції.

Існує велика кількість варіантів визначення критеріїв цього вигляду, точно таких, як і у разі критеріїв класу "час реакції". Ці варіанти можуть відрізнятися один від одного: вибраною одиницею вимірювання кількості передаваної інформації, характером даних, що враховуються, - тільки призначені для користувача або ж призначені для користувача разом із службовими, кількістю точок вимірювання передаваного трафіку, способом усереднювання результатів на мережу в цілому. Розглянемо різні способи побудови критерію пропускної спроможності детальніше.

А) Критерії вимірювання, які відрізняються одиницею інформації, шо передається: