МОДЕЛЬ СЕТЕВОГО КОММУНИКАЦИОННОГО УЗЛА

Л.И. Абросимов, М.А. Трущенко

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

Развитие вычислительных сетей (ВС) привело к повышению требований к технико-экономическим показателям, одним из которых является производительность ВС. Наличие разных потребностей пользователей и администраторов ВС приводит к необходимости использования нескольких оценок производительности ВС, к которым в первую очередь можно отнести следующие [1]: производительность элементов ВС; производительность узлов ВС; комплексную производительность ВС; рабочую производительность ВС; пиковую производительность ВС; - предельную производительность ВС.

Среди перечисленных базовой является производительность элементов ВС, так как на ее основе могут быть рассчитаны все остальные значения производительностей. Под элементом узла ВС понимаются единица обработки, временно сосредотачивающая ресурсы узла для обработки транзакции (процессы, подпрограммы) [1].

Чтобы по численным характеристикам элементов определить значения производительности узлов, необходима модель.

В соответствии с предложенной концепцией [1] можно построить модель, на основе стека TCP/IP. На рис. 1 представлена модель коммуникационного узла, которая содержит в качестве элементов следующие функциональные модули:

API – программы прикладного уровня; OS – операционную систему; SOCKET – сетевой порт ; протоколы TCP; UDP; ARP; IP; RIP ; SHEDULER - планировщик; NIC – сетевую интерфейсную карту.

Экспериментальные измерения вероятностно-временных характеристик производились с использованием измерительного комплекса, состоящего из программных средств: Trace Toolkit-0.9.5a, Kernprof 2.5, для которых были сделаны дополнительные настройки, и разработанных скриптов.

Рисунок 1. Модель коммуникационного узла на базе ISO

Цель экспериментов – получить список вызываемых функций с временными отметками их работы.

Проведенный анализ результатов экспериментальных измерений позволил:

· установить, что для элементов модели, представленной на рис. 1, практически невозможно экспериментально определить вероятностно-временные характеристики;

· предложить детализированную модель коммуникационного узла.

Модель коммуникационного узла для фазы обработки полученного пакета представлена на рис. 2. В полученной детализированной модели представлены функции, которые выполняются в коммуникационном узле при сетевом обмене, последовательность, частота и длительность их выполнения. Для каждой функции статистическими методами определяются функции FX(r,v,e) распределения вероятностей времени обслуживания.

Основные аналитические соотношения, приведенные в [1], [3] позволяют определить:

- обобщенные параметры узлов по известным параметрам элементов и связям между ними;

- интенсивности потоков для каждой фазы φ контуров q в каждом элементе Е(r,v,e) всех узлов относительно соответствующей базовой интенсивности транзакций;

- интенсивности потоков базовых интенсивностей транзакций каждого замкнутого контура q .

Рис. 2. Детализированная модель коммуникационного узла

(фаза обработки полученного пакета)

Соотношения для расчета сетевых характеристик коммуникационных узлов выведены из следующих посылок. Каждый узел рассматривается как система массового обслуживания, в которой транзакции соответствующего контура q задерживаются на время обслуживания в узле и на время ожидания в очереди. Время обслуживания в узле определяется сверткой функции FX(r,v,e) распределения вероятностей времени обслуживания каждым элементом Е(r,v,e) транзакций соответствующей фазы φ контура q.

Для использования преобразований Лапласа, выполняемых для вычисления вероятностно-временных характеристик (ВВХ) узлов ВС, произвольно ветвящийся алгоритм взаимодействия элементов представляется в последовательно-параллельной форме, каждая ветвь Ц(b), (где b=) которого начинается во входном элементе Е(е₀) и заканчивается в оконечном элементе Е(е_к) и имеет для каждой ветви вероятность ά(b, r,v,e,q,φ). Тогда первый и второй моменты времени обслуживания в узле V(v) транзакций контура q могут рассчитываться по соотношениям:

= (1)

= —

+ (2)

Таким образом, проведенные исследования позволяют:

o экспериментально определять сетевые характеристики элементов коммуникационных узлов,

o рассчитывать сетевые характеристики узлов ВС,

o обосновать реализуемость предложенного подхода к определению производительности ВС.

ЛИТЕРАТУРА

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

[2] Abrosimov L.I. Conception of creation of intelligent integrated management platform for heterogeneous computer networks on the basis of tensortransform modeling. International Conference DISTRIBUTED COMPUTER COMMUNICATION NETWORKS. Theory and Applications 4 - 8.11.1997 Tel-Aviv (Israel). Institute for Information Transmission Problems RAS, Tel-Aviv Universiti, M:. 1997 s.3 - 11.

[3] Абросимов Л.И. Анализ и проектирование вычислительных сетей: Учебное пособие - М.:, Изд-во МЭИ. 2000. - 52 с