случаев не позволяет в аналитических моделях выбирать для иссле-
дования наиболее важные характеристики (показатели эффективности)
ЛВС. Особенно большие затруднения при аналитическом моделировании
связаны с учетом в процессах функционирования ЛВС программных
средств операционных систем и другого общего ПО.
Указанные особенности позволяют заключить, что аналитические
методы имеют самостоятельное значение лишь при исследовании про-
цессов функционирования ЛВС в первом приближении и в частных,
достаточно специфичных задачах. В этих случаях возможности иссле-
дования аналитических моделей ЛВС существенно расширяют прибли-
женные методы, например методы диффузионной аппроксимации, методы
операционного анализа и аналитические сетевые модели.
Позднее будет рассмотрено аналитическое моделирование ЛВС на
основе теории систем массового обслуживания.
- 6 -
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
В отличие от аналитического имитационное моделирование сни-
мает большинство ограничений, связанных с возможностью отражения
в моделях реального процесса функционирования исследуемой ЛВС,
динамической взаимной обусловленности текущих и последующих собы-
тий, комплексной взаимосвязи между параметрами и показателями эф-
фективности системы и т.п. Хотя имитационные модели во многих
случаях более трудоемки, менее лаконичны, чем аналитические, они
могут быть сколь угодно близки к моделируемой системе и просты в
использовании.
Имитационные модели представляют собой описание объекта исс-
ледования на некотором языке, которое имитирует элементарные яв-
ления, составляющие функционирование исследуемой системы, с сох-
ранением их логической структуры, последовательности протекания
во времени, особенностей и состава информации о состоянии процес-
са. Можно отметить имеющуюся аналогию между исследованием процес-
сов методом имитационного моделирования и экспериментальным их
исследованием.
Описания компонентов реальной ВС в имитационной модели носят
определенный логико-математический характер и представляют собой
совокупность алгоритмов, имитирующих функционирование исследуемой
ВС. Моделирующая программа, построенная на основе этих алгоритмов
(т. е. на основе математической модели), позволяет свести имита-
ционное моделирование к проведению экспериментов на ЭВМ путем их
"прогона" на некотором множестве входных данных, имитирующих пер-
вичные события, которые происходят в системе. Информация, фикси-
руемая в процессе исследования имитационной модели, позволяет оп-
ределить требуемые показатели, характеризующие качество исследуе-
мой ВС.
Основными недостатками имитационного моделирования, несмотря
на появившиеся в последнее время различные системы моделирования,
остаются сложность, высокая трудоемкость и стоимость разработки
моделей, а иногда и большая ресурсоемкость моделей при реализации
на ЭВМ.
Хотя существующие сегодня продукты моделирования способны
помочь квалифицированному инженеру ЛВС моделировать и планировать
сеть, они, по мнению экспертов, все еще слишком сложны в исполь-
зовании и порой неадекватно моделируют вычислительную среду кли-
ент-сервер. Специалисты считают, что необходимы новые модели
распределенной обработки, в которых основное внимание уделялось
бы пропускной способности сети одного узла к другому.
Пакетная ориентация существующих моделирующих программ озна-
чает, что архитектор сети или инженер должен сам определить, поз-
волит ли убыстрение конвейерной передачи улучшить время реакции.
Это справедливо для любого вида приложений, но особенно важно для
программ класса клиент-сервер. Поскольку есть много способов об-
работки распределения между клиентом и сервером, производитель-
ность нужно измерять на основе влияния приложения, а не только
пропускной способности каналов связи. Например, приложение, кото-
рое выполняет большую часть своей обработки со стороны клиента,
может создавать впечатление интенсивного использования. Однако
- 7 -
реально основной объем использования сети происходит при загрузке
программы, а здесь приемлемое время реакции - 20 или 30 с. Напро-
тив, для совместно используемой базы данных может потребоваться
более быстрый конвейер.
Средства моделирования обычно включают в себя модули обра-
ботки, эмулирующие сетевые устройства (мосты и концентраторы),
так что моделируемый трафик будет подвергаться той же обработке,
что и реальный.
Например, в пакете моделирования PlanNet фирмы Comdisco име-
ется возможность эмуляции всего оборудования - от сети Token Ring
и сегментов Ethernet до средств передачи речевых данных и теле-
коммуникационных линий Т-З.
После того как модель сети построена и работает, можно поэк-
спериментировать, добавляя в нее протоколы, пользователей или се-
тевые сегменты. Можно разбить сеть на дополнительные сегменты,
применив в них, например, линию связи Т-1, и посмотреть, что про-
изойдет. Средство моделирования покажет коэффициент использования
сети в процентах от ее пропускной способности, уровни трафика и
ошибок, время реакции.
Все это требует времени. Построение точной модели сложной
сети может занять месяц или более. Следует принимать во внимание
также значительную стоимость подобных пакетов (порядка 10 000
дол.).
Эти продукты настолько сложны, что многие специалисты по ЛВС
занимают выжидательную позицию.
Однако хороший пакет моделирования сети поможет не только
найти "узкие" места и помочь в инсталляции нового сетевого обору-
дования, но и реально сэкономить средства. Точно предсказав тра-
фик ЛВС, можно избежать неправильного построения своей сети или
отказаться от приобретения ненужного оборудования.
Финансовые аспекты моделирования являются решающими. Продукт
NetMaker фирмы MakeSystems включает в себя шаблоны трафика для
всех основных типов кабелей, что позволяет прикинуть, поможет ли
MCI реально сэкономить средства для установления конкретной свя-
зи.
Продукт NetMaker уникален еще и тем, что в нем используются
указываемые поставщиком характеристики производительности. Такие
фирмы-поставщики, как Wellfleet Communications и CiscoSystems,
подготавливают для Maker детальные таблицы производительности, на
основе которых и производится моделирование. Этот процесс нас-
только отличается от других средств моделирования, что NetMaker
является скорее не программой моделирования, а профайлером прило-
жений.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
Практическое использование моделей ЛВС во многих случаях
предполагает наличие информации о реальных характеристиках вычис-
лительного процесса. Такая информация может быть получена эмпири-
ческими методами, на основе которых в настоящее время создаются
средства для исследования аппаратно-программных компонентов ЛВС.
Необходимая информация собирается с помощью специальных средств,
- 8 -
которые обеспечивают измерение параметров, характеризующих дина-
мику функционирования ЛВС в режимах опытной и нормальной эксплуа-
тации. К таким средствам относятся сетевые анализаторы, анализа-
торы протоколов и т.п..
Создание средств для измерений параметров функционирования
ЛВС, в том числе и операционных систем ЛВС, относится к числу но-
вых задач в вычислительной технике.
Экспериментальные методы позволяют создать основу количест-
венной оценки эффективности ВС для достижения следующих практи-
ческих целей: анализа имеющихся ЛВС, выбора наилучшей и синтеза
новой ЛВС. Оценка характеристик аппаратно-программных средств
связана с проведением экспериментов и измерений, которые с прак-
тической точки зрения могут рассматриваться как процесс получения
полезной информации.
Данные измерений представляются в виде, пригодном для после-
дующего анализа. Это осуществляется с помощью специальных средств
обработки, создание которых связано с разработкой анализаторов.
Эта взаимосвязь касается, например, выбора единых форматов дан-
ных, удобных не только для измерений, но и для обработки их ре-
зультатов. В общем случае этап измерений предшествует этапу обра-
ботки, и средства обработки должны быть рассчитаны на эффективное
применение к большим массивам информации, поскольку для измерений
на ЛВС характерны, как правило, большие объемы и высокая плот-
ность регистрируемых данных.
На завершающем этапе экспериментальных исследований прово-
дится анализ результатов измерений, который состоит в получении
содержательных выводов об исследуемой ЛВС. Важным условием для
формирования таких выводов является удачное представление резуль-
татов измерений.
Эффективность экспериментальных методов в значительной сте-
пени зависит от качества планирования экспериментов и правильнос-
ти выбора типа нагрузки. Эксперимент состоит из набора тестов,
выполняемых в процессе исследований, а тест, в свою очередь, сос-
тоит из ряда сеансов или "прогонов". Термин "сеанс" чаще применя-
ется для измерений, а "прогон", как правило,- для имитационного
моделирования. В течение сеанса или прогона накапливается инфор-
мация о поведении системы и, возможно, рабочей нагрузке. Посколь-
ку рабочая нагрузка меняется, число наблюдений, которое требуется
получить для каждой интересующей пользователя величины, должно
быть таким, чтобы распределения для этих величин и их моменты
могли быть оценены с требуемой точностью. Таким образом, продол-
жительность сеанса зависит от необходимого числа наблюдений.