Автоматика.
    Автоматизация.
        Электротехнические
            комплексы и системы.

УДК 004.732

МЕТОД РАСЧЕТА СЕТЕВЫХ ТРАНЗАКЦИЙ АБОНЕНТОВ ЛОКАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Нестеренко С.А., Бадр Яароб, Шапорин Р.О.

Для проектирования локальных компьютерных сетей (ЛКС) различного функционального назначения используются соответствующие информационные технологи, которые обеспечивают синтез структуры сети, оптимальной в смысле некоторого критерия при выполнении ограничений на времена транзакций ТТР для всех абонентов сети [1]

,

где       N — количество абонентов ЛС.

Для расчета времени транзакций применяются специализированные системы моделирования [1]. В данных системах для расчета величины ТТР используется модель сети с идеальным каналом связи, т.е. каналом, в котором предполагается наличие буферов бесконечного размера для промежуточного хранения передаваемой информации. Предположение об идеальном канале связи позволяет существенно упростить расчеты и получить аналитические выражения для вычисления времени транзакции.

В качестве основных коммуникационных устройств, используемых для построения современных ЛКС, применяются коммутаторы, имеющие ограниченный размер буферов в каждом из своих портов. Переполнение буферов приводит к потерям информационных кадров, что, в свою очередь, приводит к увеличению времени транзакций. В задачах проектирования ЛКС важным является разработка методов, позволяющих рассчитывать время транзакции абонентов с учетом конечного размера буферов используемых коммуникационных устройств.

С точки зрения борьбы с перегрузками коммутаторы делятся на интеллектуальные и не интеллектуальные. Интеллектуальные коммутаторы при возникновении угрозы переполнения буфера выполняют различные процедуры опережающего захвата моноканала, блокируя передачу информации абонентом [2]. После частичного освобождения буфера моноканал становится доступен абоненту для продолжения процесса передачи информации. Не интеллектуальные коммутаторы отбрасывают кадры, когда их буфера переполняются, что вызывает процедуру их повторной передачи по истечении времени тайм-аута Т_ТА.

Для ЛКС, в предположении об использовании идеального канала связи, время транзакции определяется следующим образом [3]

где   Т_ТР  —  время выполнения одной транзакции без учета вероятности превышения Т_ТР величины тайм-аута;

Р_ПТ  — вероятность превышения временем транзакции величины тайм-аута.

Время транзакции для реального канала связи , с учетом вероятности переполнения буферов коммутаторов,   запишется в виде

                                         = + Р_ПБТ_ЗМ,                                                    (1)

где       Р_ПБ — вероятность переполнения буферов коммутатора, при выполнении транзакции;

Т_ЗМ — величина задержки транзакции, связанная с переполнением буферов.

Время задержки транзакции существенно отличается для каждого типа коммутаторов. Для интеллектуальных устройств оно равно времени передачи кадра в моноканал Т_ПК, для не интеллектуальных устройств оно существенно больше и равно времени тайм-аута Т_ТА,  величина которого определяется используемым стеком протоколов.

С учетом допущения об экспоненциальном законе распределения времени обслуживания пакетов в портах коммутатора вероятность переполнения буфера порта Р_ПБ  равна [2]

,

где    — величина загрузки порта коммутатора,

         L — размер буфера порта в килобайтах.

В общем случае, транзакция выполняется по некоторому маршруту, содержащему М₁ интеллектуальных и М₂ неинтеллектуальных портов коммутаторов. Суммарная вероятность переполнения буферов коммутаторов по всему маршруту транзакции  определится в виде

.

Время транзакции для реального канала святи с учетом переполнения буферов коммутатора (1) запишется в виде

.                                (2)

Наибольшим временем транзакции  обладает сетевая структура, содержащая в своем составе только неинтеллектуальные коммутаторы

.

Для исследования влияния размера буфера коммутатора на время выполнения сетевых транзакций вводится понятие нормированного времени транзакции  = , где . Величина  показывает, во сколько раз фактическое время транзакции превышает время,  рассчитанное для идеального канала связи. Результаты исследований для различных значений размеров буферов L и величин  загрузок  приведены на рис. 1. При проведении исследований предполагается, что величина Т_ТА на порядок превышает значение , что является типовым значением для стеков TCP/IP и  SPX/IPX [3].

Рассматривается типовая одноуровневая структура ЛКС на базе неинтеллектуального коммутатора, к которому подключены рабочие станции и сервера. Размер сетевого буфера коммутатора оценивается в килобайтах.

Рис. 1 Зависимость нормированного времени микротранзакции ТНМТ от размера буфера порта коммутатора L для различных значений загрузки:

1 — =0,9; 2  — =0,8; 3 — =0,7

Анализ зависимости  = f(L, r) показывает, что для ЛКС на базе неинтеллектуальных коммутаторов время транзакции существенно зависит от размера буфера, используемого в портах коммутатора. В области больших загрузок портов коммутаторов (r = ), малый размер буферов может приводить к увеличению времени транзакции в несколько раз. Это, в свою очередь, может вызывать блокировку и прекращение функционирования приложений, время выполнения которых критично к задержкам.

При синтезе ЛКС на базе коммутаторов необходимо учитывать дополнительные задержки, связанные с потерями кадров в портах коммутаторов. Расчет фактического времени выполнения сетевых транзакций может выполняться с использованием двухэтапной процедуры. На первом этапе в среде специализированной системы моделирования проводится расчет времени транзакции для идеального канала связи. На втором этапе с использованием выражения (2) выполняется коррекция значения времени транзакции с учетом структуры сети и характеристик используемого коммуникационного оборудования.

1.          Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. ¾ СПб.: Питер, 2000. ¾  672с.

2.          Зелингер Н.Б., Чугреев О.С., Яновский Г.Г. Проектирование сетей и систем передачи дискретных сообщений. ¾  М.: Радио и связь, 1992. ¾ 175с.

3.          Кульгин М. Технология корпоративных сетей. ¾ СПб.: Питер, 2000. ¾ 704с.