14 Методы исследования характеристик сетевого трафика ВС

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАФИКА КОРПОРАТИВНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

 

Абросимов Л.И.

 

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

 

         Объектом исследования является корпоративная вычислительная сеть (КВС), которая содержит в своем составе рабочие станции пользователей, серверы и коммуникационные узлы, объединенные единой средой передачи данных. КВС предоставляет пользователям в диалоговом режиме информацию, необходимую для выполнения функциональных обязанностей.

         Цель исследования состоит в получении количественных характеристик трафика КВС, которые необходимы:

·        для определения характеристик производительности КВС,

·        для определения перегруженности участков КВС («узких мест»),

·        для выработки обоснованных решений по модернизации аппаратных и программных средств КВС.

 

Методика предусматривает выполнение следующих этапов:

o                  Анализ организации исследуемой КВС

o                  Формирование состава измеряемых параметров

o                  Выбор и описание инструментальных средств для проведения измерений параметров

o                  Составление плана проведения измерения параметров

o                  Проведение измерений параметров

o                  Обработка результатов и расчет требуемых характеристик

 

Анализ организации исследуемой КВС позволит:

§        зарегистрировать состав пользователей и их привязку к функциональной структуре корпорации, (в каком отделе сколько пользователей) (в каком сегменте сколько рабочих станций),

§        зарегистрировать состав серверов и их функциональную ориентацию (какие базы данных и какие услуги предоставляет сервер), (в каком сегменте КВС расположен сервер),

§        задокументировать структуру сегментов КВС (как связаны сегменты между собой)

 

Формирование состава измеряемых параметров

Для определения понятия производительности КВС используется система взаимосвязанных определений различной степени детальности, каждая из которых определяется показателями двух типов:

- производительность элементов каждого из узлов КВС, которая оценивается:

o       множеством интервалов времени, которые затрачивает каждый элемент каждого обслуживающего узла при обработке транзакции соответствующего типа,

o       множеством интенсивностей обработки каждым элементом каждого обслуживающего узла транзакции соответствующего типа.

- производительность узлов КВС, которая оценивается:

o       множеством интервалов времени, которые затрачивает каждый обслуживающий узел при обработке транзакции соответствующего типа,

o       множеством интенсивностей обработки каждым обслуживающим узлом транзакции соответствующего типа.

- комплексная производительность КВС, которая оценивается:

o       множеством интервалов времени, которые затрачивает при обработке транзакции каждого рассматриваемого типа соответствующий набор обслуживающих узлов,

o       множеством интенсивностей обработки транзакций каждого рассматриваемого типа соответствующим набором обслуживающих узлов.

- рабочая производительность КВС, которая оценивается:

o       множеством интервалов времени, которые затрачивает при обработке транзакции каждого рассматриваемого типа соответствующий набор обслуживающих узлов при известном соотношении типов транзакций, составляющих рабочий трафик,

o       множеством интенсивностей обработки транзакций каждого рассматриваемого типа соответствующим набором обслуживающих узлов при известном соотношении типов транзакций, составляющих рабочий трафик.

- пиковая производительность КВС, которая оценивается:

o       множеством интервалов времени, которые затрачивает при обработке транзакций каждого рассматриваемого типа транзакции соответствующий набор обслуживающих узлов при известном соотношении типов транзакций, составляющих пиковый трафик нагрузки,

o       множеством интенсивностей обработки транзакций каждого рассматриваемого типа соответствующим набором обслуживающих узлов при известном соотношении типов транзакций составляющих пиковый трафик нагрузки.

- предельная производительность КВС, которая оценивается:

o       множеством интервалов времени, которые затрачивает при обработке транзакций каждого рассматриваемого типа соответствующий набор обслуживающих узлов при известном соотношении типов транзакций, составляющих пиковый трафик нагрузки, и предельной нагрузке в одном из обслуживающих узлов КВС.

o       множеством интенсивностей обработки транзакций каждого рассматриваемого типа соответствующим набором обслуживающих узлов при известном соотношении типов транзакций, составляющих пиковый трафик нагрузки, и предельной нагрузке в одном из обслуживающих узлов КВС.

 

Приведенная классификация производительностей КВС основана на разбиении диалогового (замкнутого) потока транзакций сетевого трафика по различным контурам.

Каждый контур сетевого трафика определяется:

-         идентификаторами пользователя и сервера,

-         типом обработки в сервере,

-         идентификаторами транзитных коммутирующих узлов.

Пользователи в различные интервалы времени могут начинать и отменять трафик для функционирования различных контуров. Следовательно, каждый пользователь в разное время может быть участником различных контуров.

 

Таким образом, в результате измерений необходимо:

ü     определить и идентифицировать перечень всех контуров КВС,

ü     установить, в каких контурах участвует каждый пользователь,

ü     измерить на канальном уровне интенсивности трафика для каждого контура (среднечасовую, среднесуточную, средненедельную, среднемесячную),

ü     измерить интенсивность служебного сетевого трафика на канальном уровне в каждом сегменте,

ü     измерить длину кадра на канальном уровне и количество кадров в каждом кадре пользователя для контуров всех типов.

 

Выбор и описание инструментальных средств для проведения измерений параметров

Инструментальные средства для обеспечения измерений должны обеспечивать выполнение следующих требований:

ü     точность фиксирования в микросекундах времени поступления каждого кадра в соответствующий канал,

ü     фиксацию и хранение информации заголовков всех уровней для каждого кадра и время поступления кадра,

ü     возможность проводить измерения во всех сегментах КВС,

ü     возможность проводить измерения одновременно в нескольких сегментах,

ü     возможность организации наполнения и хранения дампа с информацией заголовков при определении среднечасовой, среднесуточной, средненедельной, среднемесячной информации о трафике,

 

Составление плана проведения измерения параметров

При составлении плана проведения экспериментальных исследований следует учитывать, что измерения должны производиться на функционирующей сети, и поэтому перед началом плановых измерений необходимо провести комплексную апробацию инструментальных средств.

Планы проведения измерений составляются отдельно для определения характеристик среднечасового, среднесуточного, средненедельного, среднемесячного трафика каждого контура.

В каждом плане исследований необходимо предусмотреть:

- достаточный объем памяти для оперативной фиксации дампа,

- возможность перезаписи дампа в базу данных для последующей обработки.

Формат дампа и базы данных выбирается с учетом возможностей выбранных инструментальных средств для проведения измерений.

 

Проведение измерений параметров

Начинать проведения измерений параметров трафика следует с фиксирования данных для определения среднечасового трафика. На этом этапе необходимо провести оценку максимально возможного объема дампа и установить оценки – какому интервалу времени функционирования КВС соответствует этот дамп.

В связи с тем, что при первых измерениях могут отсутствовать даже предварительные количественные оценки, может происходить потеря информации. Проведение таких «пилотных» исследований, может потребовать корректировки плана исследований.

При проведении последующих измерений для определения характеристик пикового среднесуточного, пикового средненедельного, пикового среднемесячного трафика каждого контура из условий требуемой точности, а также учитывая измеренную «пиковость» трафика, выбирается интервал сканирования измерений.

 

Обработка результатов и расчет требуемых характеристик

Для приведенной системы производительностей КВС предложена система математических соотношений, выведенных для ассоциации одноканальных СМО, каждая из которых соответствует узлу КВС (серверу, коммуникационному узлу, каналу, абонентской станции)

Основой для вычисления оценок производительности КВС является метод контуров, содержащий следующие этапы:

·        описание структуры вычислительной сети,

·        описание функциональной схемы вычислительной сети,

·        представление графовой модели вычислительной сети,

·        составление линейных уравнений баланса,

·        составление нелинейных уравнений баланса,

·        решение линейных уравнений баланса,

·        решение нелинейных уравнений баланса,

·        определение функциональных характеристик КВС.

 

Определение нормативных параметров трафика КВС осуществляется на основе обработки экспериментальных данных, полученных на функционирующих сегментах КВС, для этого проводится:

- измерение характеристик трафика для функционирующей КВС и при этом фиксируется тип выполняемой функции и количество работающих пользователей;

- статистическая обработка результатов измерения трафика для определения значений рабочего трафика и пикового трафика для разных типов функций;

- обработка измеренных значений трафика для классификации типовых контуров, составляющих трафик, и формирование на этой основе нормативно-справочных данных

 

Реализованные разработки являются методологической основой, чтобы выполнить:

-         анализ информационно-управляющих потоков и коммуникационной инфраструктуры взаимообмена между объектами управления в системе образования,

-         оценку аппаратно-программной оснащенности  ядра КВС и отраслевой  телекоммуникационной сети сферы образования.