Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

Список дополнительной литературы

1.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.

2.Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2003.

3.Информатика: учебник / под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и

статистика, 2004.

4. Компьютерные сети. Устройство, подключение и использование / М. Левин. – М.: Оверлей, 2000.

5.Мочалов В.П. Современные и перспективные технологии передачи данных: учеб. пособие / В.П. Мочалов, В.А. Галкина, С.В. Яковлев. – Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2009.

6.Олифер В.Г. Основы сетей передачи данных / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий», 2005.

7.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика,

2005.

8.Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002.

9.Семѐнов Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Ч. 1, 2, 3. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий»,

2007.

10.Танненбаум Э. Компьютерные сети. – СПб.: Питер, 2003.

Лекция № 17. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

17.1. Понятие эффективности функционирования компьютерных сетей

Эффективность функционирования компьютерных сетей (КС) – это ее способность достигать поставленной цели в заданных условиях применения и с определенным качеством. Под целью понимается результат функционирования, достигаемый в течение заданного времени.

Объектом исследования теории эффективности является операция, т.е. процесс применения системы. Применительно к КС под операцией понимается упорядоченная совокупность взаимосвязанных действий эргатических и неэргатических элементов сети (аппаратных, программных, информационных средств, пользователей, обслуживающего персонала), направленных на удовлетворение запросов пользователей [6, 17-19, 23].

Понятие эффективности относится к операции (процессу функционирования системы), а к системе относится понятие – качество. Качество системы – это совокупность ее свойств, обусловливающих пригодность системы удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Под свойством системы понимается ее объективная особенность, проявляемая при эксплуатации системы. Важно подчеркнуть, что понятие эффективности функционирования системы является более широким, чем понятие качества системы. Эффективность зависит от качества, но не наоборот. Эффективность функционирования системы определяется не только свойствами системы, но и способами и условиями ее применения.

Иногда для краткости вместо длинного термина «эффективность процессов функционирования системы» употребляют более короткий термин «эффективность системы», имея в виду при этом функционирование.

Вопросы оценки эффективности функционирования сетей необходимо рассматривать в тесной связи с целями, которые достигаются при их использовании. Это положение является ключевым в самом определении эффективности. В дальнейшем эти вопросы будем рассматривать применительно к корпоративной компьютерной сети (ККС), так как оценка эффективности ее функционирования (выбор показателей эффективности) напрямую согласуется с задачами производственно-хозяйственной деятельности корпорации, использующей ККС в качестве технической базы по решению всех задач.

При оценке эффективности функционирования ККС следует базироваться на основополагающих методологических предпосылках.

1. ККС принадлежит к классу систем человек-машина (СЧМ). Это относится и к отдельным функциональным частям сети: абонентским системам, сетям передачи данных, их звеньям и узлам, центрам обработки информации ККС. Следовательно, при исследовании эффективности сети необходимо учитывать параметры и характеристики всех трех компонентов:

221

человека (пользователей и др.), машины (программно-аппаратных средств) и производственной среды.

2. Оценка эффективности функционирования ККС должна осуществляться всесторонне, так как сама эффективность является интегральным свойством и зависит от всех факторов, влияющих на процесс проведения операции. В связи с этим эффективность целесообразно рассматривать как интегральное свойство, определяющее степень соответствия сети своему назначению, техническое совершенство сети и экономическую целесообразность.

3. Эффективность ККС должна оцениваться с учетом влияния всех факторов на процессы функционирования сети: свойства самой сети, привлекаемых ресурсов и условий функционирования сети.

4. В рамках комплексного исследования эффективности ККС, узлов и звеньев должна предусматриваться оценка эффективности внедрения новой техники и технологий (аппаратных, программных и информационных средств).

5. ККС – сложная СЧМ, процесс функционирования которой определяется и характеризуется многими показателями. Проводить оценку эффективности такой системы не целесообразно и трудно осуществимо. Оценку можно проводить отдельно для крупных функциональных частей сети: ЛКС, сети связи, центры обработки информации и др. Полученные дифференциальные оценки используются для формирования интегральных оценок всей сети.

6. Оценка эффективности эргономического обеспечения ККС или ее функциональных частей может осуществляться автономно. Эргономическое обеспечение оказывает существенное влияние на результаты удовлетворения запросов пользователей сети. Требования по качеству продукции ККС во многом определяются ее видом.

17.2. Показатели эффективности компьютерных сетей

Показатель эффективности (ПЭ) сети – это количественная характеристика КС, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее функционирования. Показатель эффективности КС определяется процессом ее функционирования и является функционалом от этого процесса

[6, 17-19, 23].

В общем виде

W=W(t, Lп, Lтп, Lа, Lд, Lу),

где W – множество ПЭ сети; t – время;

Lп, Lтп, Lа, Lд, Lу – множества соответственно параметров входящих потоков запросов на обслуживание пользователей (Lп), технических и программных средств сети (Lтп), алгоритмов обработки и передачи информации в сети (La), деятельности пользователей и администраторов (Lд), условий функционирования сети (Ly).

222

где Wц

В свою очередь

Lд={Lт, Lв, Lн}

где Lт, Lв, Lн – множества выходных точностных (Lт), временных (Lв) и надежностных (Lн) показателей деятельности пользователей и администраторов КС.

Значения компонентов множеств Lт, Lв, Lн определяются конкретными процессами деятельности пользователей и администраторов в рассматриваемой КС, средствами, которые имеются в их распоряжении для выполнения своих функций, и условиями работы.

В соответствии с конкретизацией понятия эффективности показатели множества W можно разделить на три группы:

W={Wц, Wт, Wэ},

– показатели целевой эффективности функционирования КС (количественная мера соответствия сети своему назначению);

Wт – показатели технической эффективности КС (количественная мера технического совершенства сети);

Wэ – показатели экономической эффективности функционирования КС (количественная мера экономической целесообразности использования сети).

Показатели целевой эффективности КС. Выбор показателей целевой эффективности сети определяется ее назначением, в связи с чем имеет место большое многообразие показателей группы Wц. С помощью этих показателей оценивается эффект, получаемый за счет решения прикладных задач на компьютерах сети. Для количественной оценки этого эффекта могут применяться самые различные единицы измерения: точностные, надежностные, временные и т.п.

Показатели технической эффективности КС. С помощью этих показателей оценивается эффективность КС как сложной аппаратно- программно-информационной кибернетической СЧМ при ее работе в различных режимах. Показатели группы Wт могут использоваться для количественной оценки эффективности всей сети, ее отдельных систем и подсистем, звеньев и узлов сети.

Для оценки технической эффективности сети целесообразно использовать следующие показатели: пропускная способность сети, задержка в сети, скорость передачи фреймов, зависимость времени задержки сообщения в сети от средней пропускной способности и др.

Показатели экономической эффективности функционирования КС. Для оценки экономической эффективности сети или отдельных ее элементов могут использоваться 2 группы показателей: интегральные и частные.

С помощью интегральных показателей оценивается общая экономическая эффективность КС или еѐ элемента с учетом всех капитальных и текущих затрат, и всей экономии за счет использования КС. Частные показатели необходимы для оценки частного экономического, эффекта, получаемого по отдельным источникам экономии, которые

223

создаются при внедрении новых аппаратных, программных, информационных средств или новых технологий работы КС.

В качестве интегральных показателей экономической эффективности КС можно рекомендовать: годовой и среднегодовой экономический эффект; полный экономический эффект за расчетный период; коэффициент экономической эффективности капитальных вложений на создание и внедрение сети или отдельных ее элементов; срок окупаемости капитальных вложений и др.

Частные показатели отличаются большим многообразием. Примеры частных показателей: сокращение численности обслуживающего персонала сети или отдельных ее подсистем за счет внедрения новых средств и технологий; годовая экономия на текущих затратах за счет продления эффективного срока эксплуатации сети или за счет повышения производительности обслуживающего персонала и др.

17.3. Пути повышения эффективности компьютерных сетей

Повышение эффективности использования эксплуатируемых КС требует постоянных усилий эксплуатационников аппаратных, программных и информационных средств сетей. Рассмотрим шесть основных путей решения этой задачи [6, 17-19, 23].

1. Рациональное сочетание различных организационных форм использования средств вычислительной техники и информатики (СВТИ)

в рамках КС. Речь идет о повсеместном подключении к сетям мощных, средних и малых вычислительных центров для обработки и хранения информации, а также о массовом подключении к сети ПК. Сочетание трех организационных форм использования СВТИ (распределенной, централизованной и индивидуальной) способствует существенному повышению эффективности КС и увеличивает возможности по расширению перечня предоставляемых услуг, их качества и оперативности.

2. Совершенствование технологии предоставления информационно-вычислительных услуг в рамках распределенной формы использования СВТИ, когда формируются иерархические структуры сетей различного уровня. Развитие сетевых технологий направленное на повышение эффективности использования общесетевых ресурсов, является предметом постоянного внимания разработчиков аппаратного и программного обеспечения КС.

3. Увеличение объемов работ по выпуску новых программных средств (сетевых ОС, прикладного ПО), создание баз данных (БД) и баз знаний (БЗ), экспертных и других интеллектуальных систем. Здесь основными мероприятиями являются: совершенствование системы планирования и разработки программных средств, БД и БЗ, интеллектуальных систем, обеспечение координации разработки и внедрения этих средств и систем; расширение сети государственных и коммерческих предприятий, занимающихся разработкой, фондированием, производством и

224

поставкой пользователям программных средств; увеличение числа квалифицированных специалистов по программным средствам, особенно системных программистов.

4. Совершенствование организационных форм технического обслуживания СВТИ, используемых в сетях. Повышение эффективности обслуживания СВТИ осуществляется за счет соответствующих организационных и технологических мероприятий. Организационные мероприятия предусматривают создание более совершенных форм обслуживания СВТИ. Технологические мероприятия направлены на повышение уровня механизации и автоматизации эксплуатационных работ.

Существуют две организационные формы технического обслуживания СВТИ – индивидуальная и централизованная. При индивидуальной форме обслуживания СВТИ каждое предприятие КС содержит штат специалистов по эксплуатации этих средств и большое количество дополнительного оборудования. Это отрицательно сказывается на экономической эффективности использования СВТИ. Преимущество – оперативность поиска неисправностей и ремонт.

Более эффективным является комплексное централизованное обслуживание СВТИ, осуществляемое сервисными предприятиями. Под комплексным централизованным обслуживанием понимается выполнение комплекса работ, связанных с обеспечением эксплуатации аппаратных, программных и информационных средств КС. Эти работы осуществляются централизованно и направлены на повышение эффективности использования этих средств.

5. Повышение эргономичности КС. Любая КС и ее отдельные компоненты относятся к категории СЧМ, эффективность функционирования которых определяется всеми составляющими: человеком, машиной и производственной средой. Пользователь сети непосредственно взаимодействует с компьютером. Поэтому, рассматривая эргономичность КС в целом, необходимо, прежде всего, оценить эргономичность компьютера.

Эргономичность компьютера – это обобщенное, интегральное свойство компьютера, определяющее степень учета эргономических требований при еѐ разработке, производстве и эксплуатации. Эргономические требования к компьютеру определяются свойствами человека-оператора и характеристиками среды использования. Они предъявляются к компьютеру с целью повышения эффективности взаимодействия человека с машиной.

Одним из действенных путей повышения эффективности функционирования компьютеров является обеспечение необходимого уровня их эргономичности путем оптимизации трудовой деятельности пользователей системы и условий еѐ осуществления.

Эргономическое обеспечение рассматривается как неотъемлемая часть процесса создания и эксплуатации компьютеров. Его цель – повышение качества компьютеров и эффективности их использования путем рационального учета возможностей человека.

225

6. Организация обслуживания очередей запросов пользователей сети. При функционировании КС и ее звеньев возникают ситуации, когда по какой-либо причине запросы пользователей не могут быть удовлетворены и из них формируются очереди. В таких случаях приходится решать задачу определения дисциплин обслуживания запросов (ДОЗ). Выбор ДОЗ оказывает существенное влияние на эффективность функционирования сети в целом или отдельных ее подсистем, звеньев и узлов.

Дисциплина обслуживания – это правила, по которым запросы выбираются из очереди для обслуживания. Вопрос о выборе ДОЗ возникает, когда запросы не идентичны: по времени, затрачиваемому на обслуживание; по допустимому времени ожидания обслуживания; по размерам оплаты за каждую единицу времени пребывания в очереди и т.д.

Обслуживание запросов может осуществляться с учетом или без учета их приоритетов. Приоритет запроса – это характеристика, определяющая место запроса в очереди на обслуживание. Приоритет назначается либо в соответствии с важностью задачи, либо в соответствии с важностью абонента-пользователя. Запросы разных абонентов на решение одинаковой задачи могут иметь разный приоритет. Аналогично, запросы одного абонента на решение разных задач могут иметь разный приоритет.

При выборе ДОЗ необходимо исходить из ряда требований:

обслуживать запросы высшего приоритета в кратчайшее время;

обслуживать запросы низшего приоритета в заданные сроки;

полнее загружать компьютер выполнением программ абонентов;

уменьшить среднее время реакции компьютера на запрос;

уменьшить среднее число запросов, ожидающих обслуживания;

обеспечить относительную простоту реализации выбранной ДОЗ.

Типы дисциплин обслуживания запросов в соответствии с уровнем

их приоритетов можно разбить на две группы: ДОЗ без учета приоритетов и ДОЗ с учетом приоритетов.

К первой группе относятся простейшие дисциплины, не учитывающие важность и срочность поступающих на обслуживание запросов: круговое циклическое обслуживание; обслуживание запросов в порядке их поступления и т.п. При круговом циклическом обслуживании все поступающие в компьютер заявки формируют одну общую очередь и стоимость ожидания в ней одинакова. В режиме разделения времени выполняемые программы по очереди получают одинаковый квант времени tкв. Если за время одного кванта выполнение программы по заявке i-го абонента не заканчивается, производится ее прерывание и происходит переход к выполнению программы очередного абонента. При этом программа i-го абонента устанавливается в конец очереди. Очередь формируется в порядке поступления заявок. Длина кванта tкв может изменяться в зависимости от длины очереди заявок на обслуживание.

В любой ДОЗ с учетом приоритетов принимаются два решения: какую заявку из очереди принимать на обслуживание в момент готовности

226

компьютера; прерывать или продолжать обслуживание заявки до его завершения или до окончания кванта времени.

Приоритетные дисциплины могут быть внесистемными или внутрисистемными. При внесистемной дисциплине решение о выборе следующей заявки зависит от номера приоритета заявки. Каждому уровню приоритета соответствует своя очередь, составленная в порядке поступления заявок этого уровня. Заявка на обслуживание выбирается из непустой очереди заявок наивысшего приоритета. При внутрисистемной дисциплине решение о выборе следующей заявки зависит от текущего состояния компьютера.

Внесистемные приоритетные дисциплины обслуживания разделяются на 3 группы: с относительным приоритетом (выполняемый квант tкв завершается); с абсолютным приоритетом (выполняемый квант tкв прерывается немедленно) и со смешанным приоритетом (сочетание относительного и абсолютного).

Внесистемные приоритетные дисциплины обслуживания заявок.

Рассмотрим три основных их вида.

1. Приоритетное обслуживание по принципу «короче программа – выше приоритет». Очередность обслуживания устанавливается в порядке возрастания величины τок – чистое время на обслуживание к-й заявки. В первую очередь обслуживается самая короткая программа. Заявки с одинаковыми значениями τок обслуживаются в порядке поступления.

2. Приоритетное обслуживание по правилу τок/Ск в порядке возрастания отношения, где Ск – стоимость ожидания обслуживания к-й заявки за единицу времени, а τок – чистое время обслуживания этой заявки.

3. Обслуживание с учѐтом важности абонентов в системе. Приоритеты присваиваются абонентам волевым решением должностных лиц.

Каждая из рассмотренных дисциплин обслуживания заявок может быть реализована как дисциплина с относительным, абсолютным или со смешанным приоритетом.

Внутрисистемные приоритетные дисциплины обслуживания заявок. При выборе очередной заявки на обслуживание необходимо учитывать не только еѐ приоритет, но и время пребывания в очереди. Это приводит к использованию внутрисистемной дисциплины обслуживания с динамическим приоритетом. Приоритет каждой заявки растѐт как функция времени ожидания. Согласно этой дисциплине выбор очередной заявки на обслуживание начинается с просмотра всех заявок в очереди и выявления заявки с наибольшим временем пребывания в очереди.

Целесообразность использования той или иной ДОЗ определяется рядом факторов: назначением обслуживающей системы; характером решаемых задач; числом уровней приоритетов; интенсивностью потоков заявок; режимом работы системы; степенью ее загрузки и т.д. При больших загрузках эффективность функционирования компьютеров существенно зависит от ДОЗ. При малых загрузках влияние ДОЗ на эффективность функционирования компьютеров резко уменьшается.

227

17.4. Перспективы развития телекоммуникационных компьютерных сетей

Пути совершенствования и развития телекоммуникационных компьютерных сетей (ТКС) высокими темпами обеспечивают переход от индустриального общества к информационному [6, 17-19, 23]. ТКС аккумулируют все лучшее, что создано в области вычислительной техники и информатики, информационных технологий, средств и систем передачи данных. Для разработчиков открыты широкие возможности по развитию сетей и отдельных их систем, звеньев, узлов. Можно выделить следующие пути совершенствования и развития ТКС.

1. Развитие топологии сетей, направленное на обеспечение одновременного обслуживания запросов от большего количества абонентских систем и увеличение оперативности и надежности доставки пакетов адресатам за счет создания альтернативных маршрутов.

2. Развитие технических средств передачи и обработки информации в сетях: модемов, мостов, шлюзов, коммутаторов, маршрутизаторов, технического оснащения центров коммутации цепей, сообщений, пакетов, компьютеров различного класса и назначения.

3.Создание и совершенствование новых версий сетевых ОС, прикладных программных систем, программ технического и дистанционного обслуживания аппаратных средств ТКС.

4.Расширение перечня услуг, повышение их интеллектуального уровня за счет широкого использования интеллектуальных систем и баз знаний.

5.Интенсивный переход на цифровые сети связи, обеспечивающие более высокую надежность передачи сигналов любого вида.

6.Существенное увеличение доли спутниковых сетей связи в общем объеме циркулирующей в сетях информации.

7.Совершенствование и развитие средств и методов обеспечения высоких показателей надежности ТКС.

8.Развитие средств и методов обеспечения более высокого уровня безопасности информации, циркулирующей в сетях.

9.Создание и развитие глобальной интеллектуальной сети,

объединяющей сети всех государств. Основные предпосылки этого: телефонизация страны; цифровизация сети; интеграция услуг; интеллектуализация сети (использование баз знаний).

Перспективы развития телекоммуникаций в России определяются их состоянием и тенденциями развития мировых сетей связи [4, 6, 22-24]. В большинстве российских сетей передачи данных используется протокол коммутаций пакетов Х.25 (их доля составляет 63%), так как этот протокол обеспечивает надежную связь даже на линиях связи среднего качества. Внедрение перспективных сетевых технологий (FR, ATM, и др.) сдерживается нехваткой высокоскоростных цифровых каналов связи.

В России функционирует ряд сетей передачи данных: Роспак, РИКО, Relcom, RoSprint, POCHET, ИНФОТЕЛ. Ими предоставляются следующие

228

услуги: электронная почта, телеконференции, электронные доски объявлений, обеспечение доступа к базам данных, обеспечение многопротокольных режимов доступа, передача данных в режиме on-line, документооборот по стандарту EDIFAKT, передача телетайпных, телексных и факсимильных сообщений, клиринговые расчеты, электронные платежи и др.

Стратегия развития отрасли связи РФ определяет создание в крупных городах цифровых сетей, обеспечивающих услуги ISDN, повышение процента цифровизации телефонной сети, достижение достаточно высокого уровня качества функционирования международной и междугородной сети, создание национальной интеллектуальной сети и расширение предоставляемых ею услуг. На этих этапах все новое устанавливаемое оборудование местных сетей должно быть цифровым.

В настоящее время усилия организаций связи направлены на формирование стратегии внедрения новых сетей и технологий, разработку требований и создание отечественных систем и средств связи, внедрение новых услуг связи, формирование международных, государственных и отраслевых стандартов.

Развитие технологии передачи данных по технологии Х.25

(коммутации пакетов) сдерживается ограничениями по скорости передачи (28,8 Кбит/с) и по видам передаваемой информации. Однако эта технология имеет ряд преимуществ. Благодаря своей универсальности протокол Х.25 является международным стандартом и поддерживается многими глобальными зарубежными сетями.

Перспективы применения технологии Х.25 в России:

может быть использована для построения региональных СПД ввиду своей эффективности и надежности на каналах связи низкого качества;

составляет дешевую альтернативу более дорогим технологиям;

позволяет осуществлять сопряжение с другими традиционными и широко используемыми сетями связи;

позволяет беспрепятственно реализовать переход к более скоростной

технологии пакетной коммутации FR.

Развитие технологии передачи данных на базе протоколов TCP/IP

обеспечивает дешевую и общедоступную транспортную сеть Internet компьютерной связи, предоставляющей ее пользователям доступ к всемирной системе информационных и телекоммуникационных услуг. Российская часть Internet продолжает активно развиваться. Быстро расширяется русскоязычная часть информационных ресурсов Internet, доступ к которым обеспечивается рядом компаний (Relcom, Demos, Global One, POCHET и др.).

Самой крупной и распространенной IP-сетью в России является коммерческая компьютерная сеть Relcom, обслуживающая миллионы пользователей. Сеть строится с использованием оптоволоконных,

229