18. Основные задачи оптимизации сетей передачи данных
Чтобы сеть передачи данных работала самым эффективным образом, то необходимо решить следующие задачи:
1. Сформулировать критерии эффективности работы сети. Чаще всего такими критериями служат производительность и надежность, для которых в свою очередь требуется выбрать конкретные показатели оценки, например, время реакции и коэффициент готовности, соответственно.
2. Определить множество варьируемых параметров сети, прямо или косвенно влияющих на критерии эффективности. Эти параметры действительно должны быть варьируемыми, то есть нужно убедиться в том, что их можно изменять в некоторых пределах. Так, если размер пакета какого-либо протокола в конкретной операционной системе устанавливается автоматически и не может быть изменен путем настройки, то этот параметр в данном случае не является варьируемым, хотя в другой операционной системе он может относится к изменяемым по желанию администратора, а значит и варьируемым. Другим примером может служить пропускная способность внутренней шины маршрутизатора — она может рассматриваться как параметр оптимизации только в том случае, если вы допускаете возможность замены маршрутизаторов в сети.
Все варьируемые параметры могут быть сгруппированы различным образом. Например, параметры отдельных конкретных протоколов (максимальный размер кадра протокола Ethernet или размер окна неподтвержденных пакетов протокола TCP) или параметры устройств (размер адресной таблицы или скорость фильтрации моста, пропускная способность внутренней шины маршрутизатора). Параметрами настройки могут быть и устройства, и протоколы в целом. Так, например, улучшить работу сети с медленными и зашумленными глобальными каналами связи можно, перейдя со стека протоколов IPX/SPX на протоколы TCP/IP. Также можно добиться значительных улучшений с помощью замены сетевых адаптеров неизвестного производителя на адаптеры BrandName.
3. Определить порог чувствительности для значений критерия эффективности. Так, производительность сети можно оценивать логическими значениями «Работает»/»Не работает», и тогда оптимизация сводится к диагностике неисправностей и приведению сети в любое работоспособное состояние. Другим крайним случаем является тонкая настройка сети, при которой параметры работающей сети (например, размер кадра или величина окна неподтвержденных пакетов) могут варьироваться с целью повышения производительности (например, среднего значения времени реакции) хотя бы на несколько процентов. Как правило, под оптимизацией сети понимают некоторый промежуточный вариант, при котором требуется выбрать такие значения параметров сети, чтобы показатели ее эффективности существенно улучшились, например, пользователи получали ответы на свои запросы к серверу баз данных не за 10 секунд, а за 3 секунды, а передача файла на удаленный компьютер выполнялась не за 2 минуты, а за 30 секунд.
Таким образом, можно предложить три различных трактовки задачи оптимизации:
1. Приведение сети в любое работоспособное состояние.
Обычно эта задача решается первой, и включает:
— поиск неисправных элементов сети — кабелей, разъемов, адаптеров, компьютеров;
— проверку совместимости оборудования и программного обеспечения;
— выбор корректных значений ключевых параметров программ и устройств, обеспечивающих прохождение сообщений между всеми узлами сети — адресов сетей и узлов, используемых протоколов, типов кадров Ethernet и т.п.
2. Грубая настройка — выбор параметров, резко влияющих на характеристики (надежность, производительность) сети.
Если сеть работоспособна, но обмен данными происходит очень медленно (время ожидания составляет десятки секунд или минуты) или же сеанс связи часто разрывается без видимых причин, то работоспособной такую сеть можно назвать только условно, и она, безусловно, нуждается в грубой настройке. На этом этапе необходимо найти ключевые причины существенных задержек прохождения пакетов в сети. Обычно причина серьезного замедления или неустойчивой работы сети кроется в одном неверно работающем элементе или некорректно установленом параметре, но из-за большого количества возможных виновников поиск может потребовать длительного наблюдения за работой сети и громоздкого перебора вариантов. Грубая настройка во многом похожа на приведение сети в работоспособное состояние. Здесь также обычно задается некоторое пороговое значение показателя эффективности и требуется найти такой вариант сети, у которого это значение было бы не хуже порогового. Например, нужно настроить сеть так, чтобы время реакции сервера на запрос пользователя не превышало 5 секунд.
3. Тонкая настройка параметров сети (собственно оптимизация).
Если сеть работает удовлетворительно, то дальнейшее повышение ее производительности или надежности вряд ли можно достичь изменением только какого-либо одного параметра, как это было в случае полностью неработоспособной сети или же в случае ее грубой настройки. В случае нормально работающей сети дальнейшее повышение ее качества обычно требует нахождения некоторого удачного сочетания значений большого количества параметров, поэтому этот процесс и получил название «тонкой настройки».
Даже при тонкой настройке сети оптимальное сочетание ее параметров (в строгом математическом понимании термина «оптимальность») получить невозможно, да и не нужно. Нет смысла затрачивать колоссальные усилия по нахождению строгого оптимума, отличающегося от близких к нему режимов работы на величины такого же порядка, что и точность измерений трафика в сети. Достаточно найти любое из близких к оптимальному решений, чтобы считать задачу оптимизации сети решенной. Такие близкие к оптимальному решения обычно называют рациональными вариантами, и именно их поиск интересует на практике администратора сети или сетевого интегратора.
Поиск неисправностей в сети — это сочетание анализа (измерения, диагностика и локализация ошибок) и синтеза (принятие решения о том, какие изменения надо внести в работу сети, чтобы исправить ее работу).
Анализ — определение значения критерия эффективности (или, что одно и то же, критерия оптимизации) системы для данного сочетания параметров сети. Иногда из этого этапа выделяют подэтап мониторинга, на котором выполняется более простая процедура — процедура сбора первичных данных о работе сети: статистики о количестве циркулирующих в сети кадров и пакетов различных протоколов, состоянии портов концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов и т.п. Далее выполняется этап собственно анализа, под которым в этом случае понимается более сложный и интеллектуальный процесс осмысления собранной на этапе мониторинга информации, сопоставления ее с данными, полученными ранее, и выработки предположений о возможных причинах замедленнной или ненадежной работы сети. Задача мониторинга решается программными и аппаратными измерителями, тесторами, сетевыми анализаторами и встроенными средствами мониторинга систем управления сетями и системами. Задача анализа требует более активного участия человека, а также использования таких сложных средств как экспертные системы, аккумулирующие практический опыт многих сетевых специалистов.
Синтез — выбор значений варьируемых параметров, при которых показатель эффективности имеет наилучшее значение. Если задано пороговое значение показателя эффективности, то результатом синтеза должен быть один из вариантов сети, превосходящий заданный порог. Приведение сети в работоспособное состояние — это также синтез, при котором находится любой вариант сети, для которого значение показателя эффективности отличается от состояния «не работает». Синтез рационального варианта сети — процедура чаще всего неформальная, так как она связана с выбором слишком большого и очень разнородного множества параметров сети — типов применяемого коммуникационного оборудования, моделей этого оборудования, числа серверов, типов компьютеров, используемых в качестве серверов, типов операционных систем, параметров этих опрационных систем, стеков коммуникационных протоколов, их параметров и т.д. и т.п. Очень часто мотивы, влияющие на выбор «в целом», то есть выбор типа или модели обрудования, стека протоколов или операционной системы, не носят технического характера, а принимаются из других соображений — коммерческих, «политических» и т.п. Поэтому формализовать постановку задачи оптимизации в таких случаях просто невозможно. В данной книге основное внимание уделяется этапам мониторинга и анализа сети, как более формальным и автоматизируемым процедурам. В тех случаях, когда это возможно, в книге даются рекомендации по выполнению некоторых последовательностей действий по нахождению рационального варианта сети или приводятся соображения, облегчающие его поиск.