Математичне моделювання комп’ютерних мереж в Інтернет

З огляду на важливість проблеми оцінки параметрів розосереджених мереж, в тому числі однорангових, та враховуючи поширену думку про те, що проблема в теоретичному плані в основному вирішена, далі буде детально проаналізовано низку підходів до такої оцінки з використанням засобів математичного моделювання та програмних реалізацій середовищ моделювання комп’ютерних мереж.

Розробкою теоретичних засад та практики моделювання комп’ютерних мереж займалися Алішев Н.І., Зайченко Ю.П., L. Kleinrock, Lucas G., Philips G., Cuevas R. та інші. [1-7]

В відомих роботах поставлено і вирішено важливу задачу оцінки затримок в розосереджених комп’ютерних мережах шляхом аналітичного моделювання процесів передачі потоків даних в таких мережах.

Математична модель проходження інформаційних пакетів в розосередженій комп’ютерній мережі, детально обґрунтована в відомих роботах та може бути застосована при проектуванні інфраструктури корпоративних, освітніх та промислових інтра- та екстра-мереж в задачах вибору пропускних здатностей, в задачах розподілу потоків даних або в комбінованих задачах, що включають обидва напрями оптимізації.

Дійсно, якщо є корпоративна розосереджена мережа з нечіткою ієрархією та необхідністю передавати дані між будь-якими вузлами при тому, що між ними немає сталого (тобто зарані налаштованого системними адміністраторами) маршруту, то така модель дозволяє оцінювати поведінку передачі даних в часі, зокрема середню затримку при передачі пакету Якщо ж в мережі реалізовано зворотній зв’язок між комутаційним обладнанням та засобами аналізу стану мережі, наприклад, за допомогою протоколу SNMP, модель також дозволяє динамічно оптимізувати стан каналів зв’язку мережі для зменшення затримки або за іншою вибраною стратегією.

Однак, необхідно зауважити, що параметри мережі, якими оперує дана математична модель є відомими і актуальними у будь-який момент часу лише у тому випадку, коли засоби контролю стану мережі мають оперативну інформацію про стан обробки пакетів даних на кожному вузлі та стан і завантаженість кожного каналу зв’язку.

Як правило, цього можна досягти лише у масштабах підприємства для його корпоративної мережі, в проекті муніципального екстранету або в рамках окремої угоди про надання пірингових та моніторингових послуг між операторами зв’язку.

В інших випадках, зокрема таких, що орієнтовані на роботу у вигляді автономних вузлів з боку кінцевого користувацького доступу до Інтернет (так звана «остання миля»), інформація, необхідна для побудови та практичного використання такої моделі в задачах оцінки локальності, є технічно недоступною або навіть є комерційною таємницею.

В той же час для розробки методу оцінки локальності природно необхідною умовою є універсалізація його в контексті застосування в будь-яких сценаріях використання вузлів, підключених до мережі Інтернет. Така універсалізація повинна забезпечити якомога ширший спектр сценаріїв використання, від публічних громадських терміналів, домашніх і офісних користувачів до промислових кластерів, розосереджених хмаркових служб та глобальних однорангових мереж.

Вагомі результати отримані в роботах Алішева Н.І. Зокрема, в [3], розглянуто модель транспортної системи передачі пакетів даних в мережах з комутацією пакетів. В моделі використовуються постійні або комутовані віртуальні канали, а до функцій проміжних комутаторів належить збереження та відтворення послідовності пакетів даних.

При цьому запропоновані і аналізуються такі основні властивості транспортної системи (рис.4.8 та рис.4.9):

- масив даних між вузлами, що взаємодіють, передається окремими пакетами;

- передача масиву даних здійснюється в сеансовому режимі, який організується за запитом однієї з сторін та завершується по завершенні передачі всіх пакетів запитаного масиву даних;

- кількість комутаторів на шляху транспортування пакетів залишається постійним в рамках даного сеансу, але може змінюватися від сеансу до сеансу;

- з точки зору приймання пакетів даних хост-приймач працює аналогічно комутатору;

- початком сеансу зв’язку між вузлами, що взаємодіють, вважається сигнал від хоста-джерела про готовність до передачі першого пакету даних; кінцем вважається сигнал від останнього комутатора на даному маршруті про завершення передачі останнього пакету вихідного масиву;

Рисунок 4.8. Транспортна система з чотирма маршрутами [3]

Рисунок 4.9. Транспортна система із надлишковими маршрутами

Для такої системи пропонується використовувати коефіцієнт корисної передачі даних (ККПД), який визначається з врахуванням загального об’єму масиву даних, кількості байт в пакеті, довжини заголовка пакетів та кількості комутаторів на маршруті.

Обчислення ККПД є ключовим в запропонованій автором rh-оптимізації, суть якої полягає в підборі таких параметрів пакетів даних, які забезпечують оптимальне проходження його чергою комутаторів за співвідношенням довжини корисних даних, довжиною пакета, загального об’єму масиву тощо.

В роботі також описаний механізм реалізації rh-оптимізації для TCP-з’єднання, в припущенні, що кількість проміжних вузлів є незмінною від встановлення до завершення зв’язку.

Хоча в роботі [3] в цілому і не загострюються питання визначення локальності, тим не менше, в ній для цих цілей пропонується метод, який є фактично варіацією розглянутого вище відомого методу traceroute, відрізняючись тим, що використовується поле TTL заголовку пакету IPv4 при використанні протоколу TCP на самому початку з’єднання. Також в цій роботі відзначається, що запропоновану оптимізацію можна використовувати не тільки в мережах на основі TCP/IP а і взагалі в будь-яких мережах пакетної комутації.

Механізм оцінки локальності через поле TTL для практичної реалізації вимагає доступу програми, що працює в користувацькому режимі (user mode), до службової інформації стеку протоколу TCP/IP, зокрема для зчитування даних (payload) SYN-пакету та значення поля TTL. Це може потребувати додаткових модифікацій стеку протоколів ОС, в тому числі для забезпечення проходження «rh-оптимізованих» пакетів по стеку протоколів до користувацької програми без відкидання їх як помилкових.

Вважається, що для порівняно невеликих корпоративних або промислових мереж такий підхід повністю себе виправдовує. Однак, значний територіальний ареал вузлів мережі присутній розкид параметрів каналів зв’язку (що не відповідає припущенням запропонованої моделі), в тому числі щодо кількості проміжних комутаторів.

Крім того, для моделі транспортної системи не робиться припущень про зміни умов в каналах передачі даних, зокрема про завантаження трафіком, згенерованим як на локальному вузлі так і агрегованим на проміжних маршрутизаторах, також робиться припущення про наявність глобального агента забезпечення якості зв’язку (QoS) в мережі, що в загальному випадку вузла однорангової мережі в Інтернет, який утворює оверлейну структуру, також не відповідає дійсності.

В цілому всі перераховані обставини ускладнюють інтеграцію запропонованого методу в рішення, побудовані як однорангові мереж взагалі, та на архітектурних принципах ТР СООМ, зокрема.

Поиск по сайту: