5.3. Проблемы моделирования компьютеров и сетей

При проектировании сети необходимо обеспечить выполнение противоположных требований. Для решения этой проблемы исполь­зуют имитационное моделирование. Первое задание проектировщика - разобраться в работе распределенной вычислительной системы, ко­торая образует сеть из отдельных компонентов, таких как компьюте­ры, принтеры и прочие устройства ввода-вывода. Такую сеть можно моделировать как сеть СМО и делать расчеты с помощью операцион­ного анализа, ориентированного на вычислительные системы [9].

Типичный вопрос, который можно было бы задать при модели­ровании: каким будет среднее время задержки при передаче большо­го файла, если добавить в систему пять новых компьютеров, которые создают дополнительный трафик в сети? Если цель заключается в том, чтобы оптимизировать работу внутренних компонентов в преде­лах сети непосредственно (например, коммутатора), то ее надо моде­лировать как комплекс сетей СМО, который, возможно, содержит сотни или даже тысячи СМО.

Сетевого проектировщика волнуют, прежде всего, такие вопро­сы: как управлять перегрузкой в сети; какую емкость должен иметь буфер для каждого переключения направлений передачи; какие при­оритеты должны назначаться на разные виды связи, которые исполь­зуются в сети и т.п.

Некоторый другой набор вопросов касается лиц, которые кон­фигурируют сеть для определенного узла (например, компании или города), а именно: какая топология сети должна использоваться; ка­кой ширины полосы частот должны быть распределены по индивиду­альным каналам.

Проектировщикам, прежде всего, следует сосредоточиться на том, каким будет среднее время ответа на запрос в сети и как изме­нится время ответа сети на запрос в зависимости от разнообразного распределения пакетов с разными схемами обслуживания. Это требу­ет определения времени ожидания, коэффициентов использования компонентов, времени переключения коммутаторов и времени за­держки ответов на транзакцию, вызванную переключением и т.п.

При использовании передачи пакетов целесообразно рассмот­реть такие показатели работы, как время ответа, производительность, процессорное время для обработки пакета. Время ответа имеет не­сколько разных определений. Упрощенное определение может зву­чать так: время ответа - это время от запроса пользователя до ответа системы. Такое определение игнорирует время ввода запроса и выво­да ответа. В системах с распределением времени для интерактивных пользователей определяется время ответа от окончания ввода данных до окончания вывода, а для пакетных систем - от предоставления за­проса до завершения вывода.

Два важных показателя, которые часто используются для харак­теристики работы сети или работы системы в целом, - это время ожидания и производительность. Время ожидания означает задержку, связанную с выполнением действия, например, время от момента, ко­гда первый бит сообщения передан в сеть, до момента, когда послед­ний бит появился у конечного адресата. Точное определение зависит от целей изучения и моделирования системы.

Время ожидания часто упоминается как время ответа, в особен­ности, когда обсуждается работа системы. Простое определение вре­мени ответа - это время от момента, когда пользователь запрашивает выполнение операции до момента, когда система выдает ответ (на­пример, время от запроса печати файла до получения полного отпе­чатанного файла).

Производительность обычно определяется как скорость прохо­ждения запросов или как промежуток времени, за который запрос об­служивается системой. Интерактивную производительность опреде­ляют в запросах за секунду, тогда как пакетную - в заданиях за се­кунду. Производительность процессора определяют в миллионах ко­манд в секунду (MIPS) и миллионах операций с плавающей запятой в секунду (MFLOPS), производительность системы диалоговой обра­ботки запросов - в транзакциях в секунду (TPS).

Производительность - это количество запросов пользователей, которое может быть удовлетворено за единицу времени. В сетях свя­зи это относится к числу бит информации (всего или для каждого пользователя), которое может быть передано через сеть за секунду.

При исследовании работы системы производительность харак­теризуется количеством заданий (например, заданий для вывода на печать), выполняемых за единицу времени.

Время ожидания и производительность - важные показатели ра­боты. В качестве примера рассмотрим трубу, которая подает воду в дом. Время ожидания пока вода достигнет дома от насосной станции зависит (среди других факторов) от расстояния между станцией и до­мом. Производительность определяется количеством воды, которая вытекает из крана каждую секунду, и размером (поперечным сечени­ем) трубы. Продолжительное время ожидания не обязательно пред­полагает низкую производительность. Например, дом может быть очень далеко от насосной станции, но производительность трубы очень большая. Точно так же сети, которые используют спутники, могут обеспечить продолжительное время ожидания, большую ши­рину полосы частот и высокую производительность.

Важным показателем является использование ресурса. Исполь­зование ресурса рассматривают как часть времени, расходуемую на обслуживание запроса (например, часть времени принтера, занятого печатью задания). Остаток от этого времени называют временем про­стоя. Для процессоров можно определить коэффициент использова­ния как отношение времени простоя ко времени занятости, для памя­ти - как часть ресурса, которая занята на текущий момент времени (использование определяется как средняя часть, используемая за ин­тервал времени).

Понятно, что коэффициент использования должен быть между 0,0 (полностью не используется) и 1,0 (всегда занят). По этому пока­зателю можно определять критические параметры в системе или ее предельные возможности. Некоторые ресурсы не могут полностью использоваться в любой момент времени (например, не вся память компьютера используется в данный момент времени). В этом случае коэффициент использования определяется как средняя часть занятого ресурса за интервал времени. Например, если память используется приблизительно на 50%, то есть половина памяти компьютера заня­тая, а половина - доступна для использования другими программами.

Другие часто используемые показатели связаны с надежностью (определяют, например, среднее время между ошибками) или с дос­тупностью, которая определяет среднее время между неудачными попытками. Моделирование часто применяется для оценки надежно­сти системы, то есть среднего времени между отказами компонента или системы.