Розрахунок розподілу навантаження

 

Цікавим виявляється оцінювання ступеня завантаження кожного каналу та порівняння між собою для знаходження найбільш завантажених ланок, знаходження вузьких місць та реалізації політик рівномірного завантаження мережі.

Нехай задано мережу, що складається з декількох вузлів. Навантаження на кожному вузлі мережі складає f_ej, пропускна здатність – C_ej. Визначення розподілу коефіцієнта утилізації можна здійснити двома методами. Перший метод заснований на ідеї, яка полягає в тому, що необхідно здійснювати баланс навантаження між каналами. Якщо канал має ресурс у системі, то його віддача має бути пропорційно такою ж.

У цьому випадку нехай кожний канал має пропускну здатність C_e, навантаження f_e. Тоді сумарне навантаження і сумарна пропускна здатність дорівнює

.

 

Для кожного каналу можна визначити частку пропускної здатності і частку навантаження: a_j = C_ej/.C_s, b_j = f_ej/F_s.

Коефіцієнти використання можна визначити за формулою

 

U_j(Ratio(1))=b_j/a_j.

 

Другий метод засновано на розрахунку коефіцієнтів використання на основі формули

U_j(Ratio(2))=f_j/C_j.

 

Значення Ratio (1) і Ratio (2) можна вважати однаково значущими, тому що вони відрізняються тільки коефіцієнтом. Чим же відрізняються ці методи?

Метод 2 зручний, коли необхідно максимально завантажити канал і забезпечити для всіх каналів максимальний рівень Uj(Ratio(2)). Він дозволяє визначити рівномірний принцип використання каналів. Отже для кожного каналу можна встановити рівень 0,75 і тоді дуже просто отримати необхідні значення, наприклад

F_j (0,75;R2)=0,75* C_j.

 

Усі оцінки у цьому випадку утворюються незалежно і кожну з них можна розглядати окремо від інших.

Для методу Ratio (1) оцінки залежать одна від одної і вираховуються шляхом розв’язання системи рівнянь. Зміна однієї оцінки потребує зміни навантаження по всіх каналах. Цей метод враховує фіксований внесок у загальну частку. Він зручний для оптимізації всієї мережі, оскільки навіть, якщо ми забезпечимо 100% завантаження одного каналу, ми все одно матимемо значення Uj(Ratio(1)) >1. Погіршення показників для одного каналу, погіршує всі показники для всієї мережі.

 

Приклад аналізу інформації

 

В деяких випадках виявляється корисним визначення залежностей пропускної здатності Ce_. від окремих показників передачі даних у мережі. Іноді такі залежності зручно подавати у графічному вигляді і далі проводити графо-візуальний аналіз. Наприклад, залежність продуктивності від розміру кадру наведено на рис. 1.6. А саме, продуктивність Сe=f(Lo.k), де Lo.k – довжина інформаційного поля кадру, Сe – ефективна пропускна здатність.

 

 

Рисунок 1.6 – Залежність продуктивності від розміру кадру

 

Наприклад, на підставі графіка залежності продуктивності мережі від розміру кадру можна визначити діапазон припустимих розмірів кадру, за яких продуктивність буде не нижча 8 Mbps. Цей діапазон [400Б, 1500Б].

 

1.3 Контрольні запитання

 

1. Наведіть приклад двох будь-яких стеків протоколів.

2. Чим функціонально відрізняються TCP і IP?

3. Чим відрізняються стеки IBM\MS і TCP\IP?

4. Наведіть приклад протоколів рівня 2.

5. Який розмір займають заголовки TCP і IP?

6. Для чого в Ethernet поле preamble?

7. Для чого застосовують міжкадровий інтервал в Ethernet?

8. Яку частку кадру займає міжкадровий інтервал для кадру розміром 1500Б і кадру розміром 46Б.

9. Скільки кадрів можна передати за 1 с (10Base, 100Base)?

10. Чим відрізняються кадри 802.3 від 802.2 (LLC)?

11. Чим відрізняються кадри 802.3 від SNAP?

12. Яку частку займає інформаційне поле у кадрах 802.3 та SNAP?

13. Чому ефективна пропускна здатність менше номінальної?

14. Чому реальна пропускна здатність зазвичай менше ефективної?

15. Чим відрізняються методи оцінки завантаження каналів?

16. Для чого використовують оцінку Ratio (1) при аналізі завантаження каналів?

17. Які параметри ми можемо контролювати в мережі?

18. Чим можна керувати в мережі?

19. Як правильно вибрати оцінку продуктивності мережі (одиниці виміру і спосіб оцінювання)?

20. Чому не можна стверджувати, що оцінка продуктивності мережі, яка виміряна у визначений момент у конкретній точці, є абсолютно достовірною? Які події заважають цьому твердженню?

 

Домашні завдання

А1. Нехай розглядається комп'ютерна мережа деякої установи. Мережа має деревоподібну топологію, засновану на комутаторах 100Base-T. Експериментальні дослідження показали, що кожний комутатор на кожному порту підтримує швидкість передачі не більше 45 000 fps при повному навантаженні. Яка ефективна пропускна здатність мережі і який розмір кадру використовується у мережі в цьому випадку? Який відсоток використання мережі? (Для порівняння розглянути найкращі умови передачі) (Варіанти: усього портів =1 порт, 5 портів, 10 портів, 20 портів; швидкість=10000, 30000, 45000, 70000)

А2. Нехай є деяка корпоративна мережа. У мережі прийнята багатосегментна топологія на основі маршрутизаторів і комутаторів, мережа побудована на технології 100Base-TX, але при цьому існує обмеження на MTU=512Б (розмір пакета IP). Яка ефективна пропускна здатність? (MTU=512, 1024, 1500)

А3. Нехай у мережі з топологією типу «дерево» за допомогою систем моніторингу виявлено, що реальна можливість передачі даних для магістральних комутаторів склала 10 000 fps на порт. При цьому середній розмір кадру Ethernet 100Base-TX дорівнює 1000Б. Який відсоток використання мережі? (Для порівняння розглянути найкращі умови передачі) (Варіанти: швидкість = 400, 800, 1000, 1200, 5000, 10000, 20000).

А4. Нехай у мережі Ethernet 100Base-TX потрібно робити резервне копіювання БД розміром D=1GB при відключенні електричного струму. Яка має бути гарантована пропускна здатність С'_е, щоб це робити за заданий час t_r (t_r =10 хв.)? Яким має бути мінімально припустимий розмір кадру? Яким має бути максимально припустимий розмір міжкадрового інтервалу?

А5.Нехай у мережі Ethernet 100Base-TX потрібно робити резервне копіювання БД розміром D=5GB при відключенні електричного струму. Яка має бути гарантована пропускна здатність С'_е, щоб це робити за заданий час t_r (t_r =10 хв.)? Яким має бути мінімально припустимий розмір кадру? Яким має бути максимально припустимий розмір міжкадрового інтервалу?

А6. Якого обсягу може бути база даних при фіксованих параметрах мережі (див. табл. 1.), якщо потрібно за 10 хвилин робити резервне копіювання.

А7. Отримати залежність <обсяг БД>=f(<пропускна здатність>). Розмір кадру 1КБ. Побудувати графік. Провести аналіз результатів.

А8. Яка гарантована пропускна здатність допускається при одночасній роботі станцій. Мережа локальна. У домені колізій 10 станцій (з’єднання через HUB).

А9. Мережа має пропускну здатність (див. табл.1.1) при розмірі кадру 1500Б. Нехай у мережі в середньому передається 50 МБ/год. Умова така, що при передачі файла 0,1 МБ канал захоплюється цілком однією станцією. Чому дорівнює коефіцієнт утилізації (С'_е / С_е) у пікові моменти (відрізок 1 с) і який цей коефіцієнт на відрізку 1 година. Що зміниться, якщо захоплення каналу не буде здійснюватиметь.

А10. Мережа має 10 станцій. Архітектура мережі 100BASE-TX. Середня інтенсивність роботи станцій 50 МБ/год. Передача відбувається блоками не менш 0.1 МБ із монопольним захопленням каналу. У цей час інші станції можуть отримати відмову. Яка фактична пропускна здатність мережі в цих умовах? Скільки максимально станцій можна тримати в мережі?

А11. Нехай той самий файл (1 МБ) можна передати за протоколу TCP і UDP. В скільки разів передача за протоколом UDP виявиться більш виграшною.

 

Перелік задач блоку Б:

Б1. У комп'ютерній локальній мережі виникають помилки. Устаткування автоматично здійснює підстроювання мережі шляхом збільшення міжкадрового інтервалу, зміни розміру кадру або переходу з технології 100Base-TX на 10Base-T. Як погіршиться продуктивність мережі у разі таких змін, тобто якщо зміниться розмір міжкадрового інтервалу або зміниться MTU (допустимий розмір кадру), або зміниться технологія 1000Base-T, 100Base-TХ? Визначити ефективну пропускну здатність (С_e), якщо параметри відповідають одному з варіантів табл.1.1. Провести порівняльний аналіз.

 

Таблиця 1 - Варіанти вихідних даних для завдань блоку Б

 

Варіант	Довжина кадру, Lk, Б	Міжкадровий інтервал, Tмеж.до, мкс	Архітектура мережі
		9,6	10Base-T
	9,6	10Base-T
		10Base-Т
			10Base-Т
		10Base-T
		10Base-T
		0,96	100Base-TX
	0,96	100Base-TX
		100Base-TX
		0,96	100Base-TX
		100Base-Tх
		100Base-Tх
		0,1	1000Base-T
	0,096	1000Base-T
		1000Base-T
			100Base-TX
		100Base-Tх
		10Base-Tх
			100Base-TX
		10Base-Tх
		10Base-Tх
			10Base-T
		1000Base-Tх
	0,2	1000Base-T

 

Перелік задач блоку В:

В1. Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для продуктивності С_e=F(L_о), де L_o – довжина інформаційного поля кадру, С_e – ефективна пропускна здатність (для 100Base-TX, 1000Base-T);

В2. Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для продуктивності С_e=F(t_f), де t_f – час міжкадрового інтервалу, С_e – ефективна пропускна здатність (для 100Base-TX, 1000Base-T);

В3. Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для продуктивності в одиницях виміру [число кадрів]\s: С_ef = F(L_o) (для 100Base-TX, 1000Base-T);

В4 Скласти формулу і побудувати графіки залежностей для технічної утилізації каналу: h_e=F(L_o)= (С_e \ С_n) (для 100Base-TX, 1000Base-T).

Приклади розв’язання задач