Требования, предъявляемые современным вычислительным сетям

Главное требование, предъявляемое к сетям – это предоставлять пользователям потенциальную возможность доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть.

Все остальные требования – связаны с качеством выполнения этой задачи. Хотя все эти требования весьма важны, часто понятие «качество обслуживания» трактуется более узко – в него включаются только две самые важные характеристики сети – производительность и надежность.

 Производительность xарактеризуется следующими параметрами:

• Время реакции сети – интегральная характеристика. Именно она имеется в виду, когда пользователь говорит «Сегодня сеть работает медленно». В общем случае определяется как интервал времени между возникновением запроса к сетевой службе и получением ответа на этот запрос. Значение этого показателя зависит и от типа службы, к которой идет обращение и от текущего состояния элементов сети, загруженность коммутаторов, маршрутизаторов и т.д. Поэтому имеет смысл использовать средневзвешенную оценку загруженности, усредняя этот показатель по пользователям, серверам, времени суток и т.д.

• Пропускная способность – объем данных, переданный в единицу времени.

• Средняя пропускная способность. Отношение общего объема переданных данных к времени передачи (час, день, неделя).

• Мгновенная пропускная способность (10 мс –1 сек)

• Максимальная пропускная способность – наибольшая мгновенная за интервал измерения.

• Общая пропускная способность сети – количество информации, переданное между всеми узлами сети за время наблюдения.

• Задержка передачи – это параметр по смыслу близок ко времени реакции, но характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки компьютерами сети. Т.е., это задержка между временем поступления пакета на вход сетевого устройства и временем появления на выходе.

 

Пропускная способность и задержка – величины независимые. Сеть может иметь высокую ПС, но вносить большие задержки при передаче каждого пакета. Пример – спутниковая связь. Пропускная способность – 2 Mbit/s, а задержка передачи не менее 0,24 с. Что определяется длиной канала в 72000 км.

Надежность  и безопасность сети характеризуется:

• Коэффициентом готовности – это доля времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена путем введения избыточности в структуру системы. Ключевые элементы должны существовать в нескольких экземплярах. Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна как минимум обладать высокой готовностью, но этого недостаточно. Необходимо обеспечить

• Сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме того, должна поддерживаться согласованность данных, например при резервировании данных на нескольких файловых серверах (ресурсах) должна постоянно обеспечиваться их идентичность.

• Вероятность доставки пакета без искажений либо другие показатели, напр. Вероятность потери пакета

• Безопасность от несанкционированного доступа. Это другой аспект надежности.

• Отказоустойчивость. Способность системы скрыть от пользователя выход из строя отдельных элементов. В отказоустойчивой системе отказ одного из элементов приводит к некоторому снижению качества работы, а не к полному останову. Так при отказе одного из файловых серверов увеличивается только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени распараллеливания запросов, но в целом система будет выполнять свои функции.

Расширяемость и масштабируемость.

• Расширяемость означает возможность добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), замены аппаратуры, наращивания сегментов сети. Однако расширение всегда ограничивается некоторыми пределами. Например, локальная сеть Ethernet, построенная на коаксиальном кабеле обладает хорошей расширяемостью, в смысле что позволяет легко подключить новые станции. Однако такая сеть имеет ограничения – при числе компьютеров 30-40 штук она перестает корректно работать. Наличие такого ограничения – признак плохой масштабируемость системы при хорошей расширяемости.

•  Масштабируемость говорит о том, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженности связей без ухудшения производительности. Для обеспечения масштабируемости чаще всего приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование.

Прозрачность сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователю не как множество отдельных компьютеров, связанной сложной системой оборудования, а как единая вычислительная машина. Известный лозунг компании Sun Microsystems: «Сеть – это компьютер».

Прозрачность может быть достигнута на двух различных уровнях — на уровне пользователя и на уровне программиста. На уровне пользователя прозрачность означает, что для работы с удаленными ресурсами он использует те же команды и привычные ему процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На про­граммном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам. Прозрачность на уровне пользователя достигается проще, так как все особенности процедур, связанные с распределенным характером системы, маски­руются от пользователя программистом, который создает приложение. Прозрач­ность на уровне приложения требует сокрытия всех деталей распределенности средствами сетевой операционной системы.

Сеть должна скрывать все особенности операционных систем и различия в ти­пах компьютеров. Пользователь компьютера Macintosh должен иметь возможность обращаться к ресурсам, поддерживаемым UNIX-системой, а пользователь UNIX должен иметь возможность разделять информацию с пользователями Windows 95. Подавляющее число пользователей ничего не хочет знать о внутренних форматах файлов или о синтаксисе команд UNIX.

В настоящее время нельзя сказать, что свойство прозрач­ности в полной мере присуще многим вычислительным сетям, это скорее цель, к которой стремятся разработчики современных сетей.

Поддержка разных видов трафика.

Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения. В то же время трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравно­мерной интенсивностью поступления сообщений в сеть при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. Например, доступ пользо­вателя, работающего с текстом на удаленном диске, порождает случайный поток сообщений между удаленным и локальным компьютерами, зависящий от действий пользователя по редактированию текста, причем задержки при доставке в опреде­ленных (и достаточно широких с компьютерной точки зрения) пределах мало вли­яют на качество обслуживания пользователя сети. Все алгоритмы компьютерной связи, соответствующие протоколы и коммуникационное оборудование были рас­считаны именно на такой «пульсирующий» характер трафика, поэтому необходи­мость передавать мультимедийный трафик требует внесения принципиальных изменений как в протоколы, так и оборудование.

Особую сложность представляет совмещение в одной сети традиционного ком­пьютерного и мультимедийного трафика. Передача исключительно мультимедий­ного трафика компьютерной сетью хотя и связана с определенными сложностями, но вызывает меньшие трудности. А вот случай сосуществования двух типов трафи­ка с противоположными требованиями к качеству обслуживания является намно­го более сложной задачей. Обычно протоколы и оборудование компьютерных сетей относят мультимедийный трафик к факультативному, поэтому качество его обслу­живания оставляет желать лучшего. Сегодня затрачиваются большие усилия по созданию сетей, которые не ущемляют интересы одного из типов трафика. Наибо­лее близки к этой цели сети на основе технологии ATM, разработчики которой изначально учитывали случай сосуществования разных типов трафика в одной сети.

Управляемость.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникаю­щие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать разви­тие сети.

Хорошая система управления наблюдает за сетью и, обнаружив проблему, акти­визирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет администра­тора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно с этим система управления должна накапливать данные, на основании которых можно планиро­вать развитие сети. Наконец, система управления должна быть независима от про­изводителя и обладать удобным интерфейсом, позволяющим выполнять все действия с одной консоли.

Полезность системы управления особенно ярко проявляется в больших сетях: корпоративных или публичных глобальных. Большинство существующих средств вовсе не управляют сетью, а всего лишь осуществляют наблюдение за ее работой. Они следят за сетью, но не выполняют активных действий, если с сетью что-то произошло или может произойти.

 Совместимость.

Совместимость или интегрируемость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь построения интегрированных се­тей — использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандар­тами и спецификациями.