ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СЕТЕВОГО ТРАКТА ETHERNET

 

 

Л.И. Абросимов, Р.С. Лёвочка

 

(г. Москва, Московский энергетический институт (Технический университет) Россия)

 

 

 

 

В настоящее время неуклонно возрастает актуальность проблемы оценки производительности вычислительных сетей (ВС). Основу оценки производительности ВС [1, 2]  составляет множество оценок производительности элементов ВС, которые определяются методами экспериментальных измерений.

В настоящих исследованиях в качестве объекта используется сетевой тракт передачи, который является фрагментом вычислительной сети, состоящим из двух рабочих станций, связанных каналом связи ETHERNET и взаимодействующих в диалоговом режиме. Измерения производятся в процессе сетевого обмена транзакциями между узлами  фрагмента сети. Инструментом, который позволяет определять производительность узлов ВС с необходимой точностью, являются программные средства. Исследуется фрагмент локальной сети, использующий канал Ethernet 10 Base2, с протоколом CSMA/CD, который объединяет 4 узла (см. рис. 1) 

 

Целью исследований является  определение временных характеристик, к которым относятся:

- время t_s1 передачи транзакции первым узлом, – t_s1,

- время t_s1,2, передачи транзакции по каналу связи от первого узла ко второму, 

- время t_r2, приема транзакции вторым узлом,

- время t_s2, передачи транзакции вторым узлом,

- - время t_s2.1, передачи транзакции по каналу связи от второго узла к первому,

время t_r1, приема транзакции первым узлом.

 

                                             

Рис. 1. Исследуемый фрагмент локальной сети

 

В соответствии с целью  эксперимента исследуются временные характеристики обслуживания нормального потока транзакций, для которого управляющие команды имеют более высокий приоритет обслуживания. Для определения сетевых характеристик узлов используются программные измерители, которые должны  взаимодействовать с операционными системами узлов, непосредственно участвующих в процедурах соответствующих исследований. Программные измерители являются наиболее распространенными, не требуют больших финансовых и ресурсных затрат, а кроме того обладают высокой готовностью, т.к. их подготовка и запуск могут производиться администратором сети  дистанционно, в различных фрагментах сети.

               В режимах  передачи и приема каждая транзакции может задерживаться в узле при выполнении соответствующими программными модулями узлов функций следующих уровней архитектуры: канального, сетевого, транспортного и сессионного. Операционные системы (ОС) осуществляют диспетчеризацию программных модулей сетевого, транспортного и сессионного уровней и поэтому посредством ОС  может быть обеспечен доступ к точкам контроля измерительных средств, которые могут фиксировать значения измеряемых параметров.

Передача и задержки каждой транзакции при обработке их модулями сетевого, транспортного, сессионного и прикладного уровней управляются ОС, поэтому выбираемые или разрабатываемые измерительные программы должны непосредственно взаимодействовать с соответствующими ресурсами ОС. Однако указанные средства не позволяют измерять время задержки транзакции в сетевой карте, которая входит в состав узла и поддерживает взаимодействие с каналом связи, работа которого асинхронна  процессам в узле. Следовательно, необходимо иметь в виду, что программы-измерители, взаимодействующие с ОС, не могут измерять время задержки транзакции в сетевой карте.

Отмеченные особенности определяют необходимость использования при проведении измерений нескольких программных продуктов одновременно.

В описываемых исследованиях потребовалось использовать две группы программных продуктов:

- генератор G измерительных транзакций в одном узле и отражатель R («зеркало») этих транзакций в другом узле исследуемого фрагмента сети,

- измерители М задержек времени при обработке транзакций, взаимодействующие с ОС. 

Первая группа (G, R) позволяет измерить интервал времени от момента генерации транзакции до момента ее возврата, т.е. интервал времени T_{G out} - пребывания тестового транзакция в системе (КС + зеркало + КС), который фиксируется генератором тестовых транзакций.

Вторая группа М позволяет измерить интервалы времени, обработки транзакций в узлах, а именно: 

- интервалы времени T_{G snd} выполнения функции передачи стеком протоколов TCP/IP генератора,

- интервалы времени T_{G rcv} выполнения функции приема стеком протоколов TCP/IP узлом-генератором,

- интервалы времени T_{m rcv} выполнения функции приема стеком протоколов TCP/IP зеркалом,

- интервалы времени T_{m snd} выполнения функции передачи стека протоколов TCP/IP зеркалом.

 

Проведенные измерения позволили собрать большое количество данных, которые были обработаны статистическими методами.  В качестве интересных примеров можно привести следующие результаты.

1) В результате измерений, были получены следующие средние значения параметров (в данном случае приводятся данные для одной сессии – 100 транзакций по 2 байта):

- суммарное время прохождения транзакциями канала и обработки его зеркалом:     T_dump = T’’_dump – T’_dump= 1470 мкс,

где T’_dump – время появления тестовой транзакции на выходе сетевого интерфейса генератора,

T’’_dump - время появления тестовой транзакции на выходе сетевого интерфейса зеркала.

- время отправки тестовой транзакции генератором:    T_{G snd} = 667 мкс

- время получения тестовой транзакции генератором:  T_{G rcv} = 306 мкс

- время пребывания тестовой транзакции в системе:   T_{G out} = 1926 мкс

- время отправки тестовой транзакции зеркалом:   T_{m snd} = 677 мкс

2) Если предположить, что время пребывания транзакций в сетевом адаптере одинаковое для "отправки" и "получения", то можно оценить время задержки транзакций в сетевом адаптере как:   T_адапт =  T_{G out} / 2 =  116 / 2 = 58 мкс

При этом стоит отметить, что данное значение фактически соответствует рассчитанному теоретически времени передачи транзакций минимальной длины через сегмент сети Ethernet. А постоянство величины для разной длины транзакций (в отличие от передачи транзакций разной длины через канал связи) можно объяснить тем, что при обработке данных в адаптере они туда передаются параллельным кодом, а в канал связи выдаются последовательным.

Таким образом, полученные данные еще раз подтверждают правомерность модели передачи данных, в которой канал связи выступает не как одна СМО, а как три: адаптер à  канал à адаптер.

 

Проведенные исследования подтвердили методику проведения измерений, а также работоспособность комплекса программных инструментальных средств, которые использовались при проведении исследований.

Кроме того, исследования позволили перейти к более точной аналитической модели, описывающей функционирование локальной сети на базе Ethernet.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Абросимов Л.И. Анализ и проектирование вычислительных сетей: Учебное пособие. М.: Изд-во МЭИ, 2000

2. Абросимов Л.И. Основные положения теории производительности вычислительных сетей // Вестник МЭИ.2001. №4. С. 70 – 75.