5. Критерии эффективности работы сети. Показатели надежности и отказоустойчивости.
I) Производительность сети измеряется с помощью показателей двух типов:
Б) показателей пропускной способности.
Эти два показателя являются обратными, зная один, можно вычислить другой.
А) Время реакции в общем случае вычисляется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на этот запрос. При оценке производительности сети по отношению ко всем узлам в целом используют критерии двух типов: средневзвешенные и пороговые. Средневзвешенные представляют собой сумму времен реакции всех или некоторых узлов при взаимодействии со всеми или некоторыми серверами сети по определенному сервису.
m – число клиентов, n – число серверов, Tij – время реакции i-го клиента при обращении к j-му серверу.
Оптимизация сети по данному критерию заключается в нахождении параметров, при которых критерий имеет минимальное значение или не превышает некоторое заданное число.
Пороговый критерий отражает наихудшее время реакции по всем возможным сочетаниям серверов, клиентов и сервисов: maxijkTijk.
Чаще применяются пороговые критерии оптимизации, т.к. они гарантируют пользователям некоторую удовлетворительную реакцию сети на их запрос.
Б) Существует большое количество вариантов критериев, характеризующих пропускную способность:
— Критерии, отличающиеся единицей измерения передаваемой информации. В качестве этой единицы обычно используются пакеты или кадры, или биты, соответственно, пропускная способность измеряется в пакет/сек или в бит/сек.
— Критерии, отличающиеся учетом служебной информации. При измерении пропускной способности в пакетах/сек, отделить пользовательскую информацию от служебной невозможно, а при побитовой — можно.
— Критерии, отличающиеся количеством и распределением точек измерения. Пропускную способность можно измерять между двумя любыми узлами или точками сети, причем полученное значение при одних и тех же условиях работы сети может быть неодинаково, в зависимости от того, между какими двумя точками проводят измерения. По результатам измерений составляют матрицу трафика узлов сети.
II) Надежность.
Надежность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.
Показатели надежности и отказоустойчивости.
- Надежность – это способность системы правильно функционировать в течение продолжительного периода времени.
Под показателем надежности принято понимать величину или совокупность величин, характерезующих качественно или количественно степень приспособленности систем к выполнению поставленной задачи при применении по назначению.
Качественные показатели надежности – это такие показатели, которые не могут быть выражены в виде числа и не содержат информации, позволяющей обосновать предпочтение одного из нескольких конкурирующих вариантов системы при их сравнении. Качественные показатели указывают на то, что рассматриваемая система обладает каким-либо свойством для выполнения поставленной задачи (например, безотказность, восстанавливаемость, отказоустойчивость, сохраняемость).
Количественные показатели – это показатели, которые содержат информацию, обеспечивающую оценку степени предпочтения одного варианта по отношению к другому при применении по назначению. Количественные показатели выражают надежность в виде числа. Количественные показатели определяются путем непосредственных статистических наблюдений на основе обработки результатов применения или испытания систем, а также путем аналитических расчетов или моделирования процесса функционирования систем. Основными показателями являются интенсивность отказов, вероятность безотказной работы, вероятность отказов, средняя наработка на отказ, среднее время восстановления, коэффициент готовности.
n – количество отказов, зафиксированных за время испытания ∆t, N0 – количество испытываемых образцов.
Вероятность отказа Q(T0) – это вероятность того, что отказ наступит до определенного времени.
Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что отказ не наступит до определенного времени.
Средняя наработка на отказ:
Тср – среднее время работы между отказами.
Среднее время восстановления – это время которое нужно для локализации отказа, времени его обнаружения и времени устранения.
Коэффициент готовности характеризует вероятность того, что система будет работать в любой момент времени
Tвср – время восстановления среднее
Существуют градации отказоустойчивых компьютерных систем на:
— системы с высокой готовностью (выполняются по обычной компьютерной технологии, использующей избыточные программные и аппаратные свойства, и допускают время восстановления от 2 до 20 минут)
— системы устойчивые к отказам (имеют в горячем резерве избыточную аппаратуру для всех функциональных блоков, включая процессоры, ИБП, причем время восстановления при отказе не превышает 1 секунды)
— Система с непрерывной готовностью (также обеспечивает время восстановления в пределах одной секунды, но в отличие от предыдущих систем, устраняет не только простои, связанные с устранением отказов, но и плановые простои, связанные с модернизацией или обслуживанием системы)
Характеристики и критерии оценки качества сетей
Качество сети определяется тем, как сеть решает корпоративные задачи, которые напрямую зависят от характеристик и свойств приложений. Корпоративные приложения могут очень сильно различаться по своим функциям, архитектуре, реализации в зависимости от вида деятельности корпорации и области применения. Для корпоративных приложений учитываются скорости, которые может обеспечить сегодняшнее коммуникационное оборудование вполне определенного диапазона стоимости — того диапазона, который имеется в распоряжении предприятия. И наоборот, при разработке транспортной системы нужно ориентироваться на усредненные данные о трафике, который могут создать работающие в корпорации приложения и те приложения, которые намечено ввести в действие в ближайшие год-два, т.е. учитывать планируемый рост системы. Объемы хранимой информации, их распределение по сети, тип и интенсивность трафика — все эти параметры, влияющие на выбор СУБД, ОС и коммуникационного оборудования и т.п. являются следствием того, какие корпоративные приложения работают в сети.
В связи с постоянным ростом передаваемых объёмов информации и усложнения процесса её обработки увеличиваются требования к характеристикам сетей. На практике в качестве критерия оценки качества сетей часто выбирают обобщенный экономический критерий – приведенные затраты, включающие стоимость аренды линий связи в базовой и региональных сетях, а также приведенную стоимость узлов коммутации — УК. Другие критерии (среднее время задержки, надежность и т.д.) используются как ограничения. Но для корпоративных функционально-ориентированных сетей данный подход менее приемлем, так как при эксплуатации таких сетей могут возникать сбои в их работе потому, что к традиционным требованиям увеличения средней пропускной способности и уменьшения времени ответа добавились минимальная гарантированная скорость передачи, максимальная задержка и т.п., также необходимо знать поведение сетей при пиковых нагрузках. Следовательно при создании и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей необходимо учитывать множество критериев, а также взаимосвязи между ними.
Анализ теоретических и экспериментальных исследований, позволяет выделить следующие 8 основных критериев оценки качества или критериев оптимизации сетей (на основе международных МСЭ-Т, ISO 9000, TL 9000, российских ГОСТ Р ИСО 9000-2001, ГОСТ Р ИСО/МЭК 15408-2004 и ведомственных стандартов): K 1 – производительность, K 2 – надежность и безопасность, K 3 – расширяемость, K 4 – масштабируемость, K 5 – прозрачность, K 6 – поддержка разных видов трафика, K 7 – управляемость, K 8 – совместимость.
Критерий K 1 складывается из времени реакции, пропускной способности, задержки передачи и вариации задержки передачи. Время реакции включает: время подготовки запросов на клиентском компьютере, время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование, время обработки запросов на сервере, время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере. Пропускная способность подразделяется на: мгновенную, максимальную, среднюю, отдельных элементов сети, общую пропускную способностью сети. Задержка передачи и вариация задержки передачи характеризуются: максимальной задержки передачи, вариацией задержки.
Критерий K 2 состоит из: среднего времени наработки на отказ, вероятности отказа, интенсивности отказов, готовности или коэффициента готовности, сохранности данных и защиты их от искажений, согласованности (непротиворечивости) данных, вероятности доставки пакета узлу назначения без искажений, вероятности потери пакета (по любой из причин), вероятности искажения отдельного бита передаваемых данных, отношения потерянных пакетов к доставленным, безопасности или способности системы защитить данные от несанкционированного доступа, отказоустойчивости.
Критерий K 5 подразделяется на прозрачность на уровне пользователя и прозрачность на уровне программиста. Критерий K 7 включает: централизованное контролирование состояния основных элементов сети, выявление и разрешение проблем, возникающих при работе сети, анализ производительности, планирование развития сети.
Наряду с вышеперечисленными могут дополнительно учитываться и организационные критерии. Эффективность функционирования сетей оценивается с помощью интегрального критерия, включающего перечисленные критерии оценки качества, в зависимости от решаемых проблем при разработке сетей.