CC BY
48
ствительный. Эту задачу можно решить методами математической статистики, используя библиотеку ЛКОУЛ.
Эксперимент «прогоняется» некоторое количество раз, и затем, используя встроенные возможности дисперсионного анализа, ЛКОУЛ находит случайные и систематические отклонения и проводит корректировку данных.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов, Язык РДО. - М.: АНВИК, 1998. - 427 с.
2. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Терещенко Б.Н. Моделирование беспроводных сетей с децентрализованным управлением. «Автоматика и телемеханика» 1999, №6, 34 с.
3. Жожикашвили В.А., Вишневкий В.М. Сети массового обслуживания. Теория и применения к сетям ЭВМ. М.: Радио и связь, 1998, 415 с.
4. Богуславский Л.Б., Ляхов А.И, Оценка производительности распределенных информационно-вычислительных систем архитектуры «Клиент-сервер», «Автоматика и телемеханика», 1995, №9., 150 с.
5. Гмурман В.Е. «Теория вероятностей и математическая статистика», Учебное пособие для ВУЗов, М: Высш. шк., 1997, 480 с .ЕШ
— Коротко об авторах ------------------------------
Бахвалов Л.А. - проф., д-р техн. наук, декан ф-та АИ, Долганюк С.И., Репин Д. С. -
Московский государственный горный университет.
------------------------------ О Л.А. Бахвалов, Со Мин Тун,
2008
Л.А. Бахвалов, Со Мин Тун
ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫМИ РЕСУРСАМИ В КЛИЕНТ-СЕРВЕРНОЙ СЕТИ НА БАЗЕ
Основные понятия
1ТЛлиент-серверная система характеризуется наличием двух
-IV взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, товые и другие системы. Это разделение процессов обработки данных основано на группировании функций. Как правило, компьютер-сервер выделяется для выполнения основных операций, а компьютер-клиент выполняет прикладные программы. На рисунке казана простая схема организации архитектуры клиент-сервер, в став которой входят компьютер, действующий как сервер, и другой компьютер, действующий как его клиент. Каждая машина выполняет различные функции и имеет свои собственные ресурсы.
Клиент
Основная функция компьютера-клиента состоит в выполнении приложения (интерфейса с пользователем и логики представления) и осуществлении связи с сервером, когда этого требует приложение. Компьютер-клиент может быть как простой машиной типа персонального компьютера (ПК) с процессором 286 и операционной системой БО8, так и мощной рабочей станцией с многозадачной и многопользовательской операционной системой типа Ц№Х. Таким образом, выбор компьютера, операционной системы, оперативной и дисковой памяти, другого оборудования определяется требованиями приложения.
Сервер
Как следует уже из самого термина, главная функция компьютера-сервера заключается в обслуживании потребностей
клиента. Терминология в клиент-серверной технологии весьма туманна: зачастую компьютер на котором установлена серверная программа и саму программа называют одинаково «сервер». Далее, чтобы не путать 2 разных понятия, введем обозначения:
• Серверная программа - программа, обрабатывающая запросы от клиента.
• Серверная станция
- вычислительная машина, на которой установлена серверная программа.
Сервера, как правило, служат для обработки запросов от огромного количества клиентов, поэтому и аппаратные возможности выбираются обычно высокими. На одной серверной станции может быть установлено несколько серверных программ и одна из задач данной дипломной работы установить оптимальное их количество.
Сеть
Сеть рассматривается как среда передачи данных от клиенту к серверу и обратно. Одной из наиболее важных характеристик, интересующих нас, является пропускная способность аппаратных средств сетевого оборудования.
Интерфейсы
Под интерфейсами понимаются протоколы, используя которые, взаимодействуют клиент и сервер. В следующей главе будет описан стек протоколов и выбраны уровни взаимодействия про-
Серверная программа
Интерфейсы
О
( Сеть (среда
передачи данных)
Интерфейсы
Клиентская программа
Схема обмена данными между клиентом и сервером
граммного обеспечения, наиболее подходящих для исследования системы в данной предметной области.
Описание модели наблюдения
Платформа сетевого наблюдения собирает данные о нагрузке на каналы связи в сети и об использовании ресурсов. Программа -Агент, измеряющая какой-либо параметр сети передает управляющей станции усредненное значение этой величины через равные промежутки времени, называемые периодом опроса (polling period). Опрос может производиться с периодом от 10 с до 30 мин. (1800 с) На период опроса влияют количество измеряемых параметров, производительность сети и производительность управляющей станции, что заставляет администратора сети балансировать между точностью измерений и величиной побочной нагрузки на сеть, образуемой трафиком между агентами и управляющей станцией.
Система собирает данные о трафике между различными компьютерами в распределенной сети. Агент анализирует каждый проходящий через него сетевой пакет данных, накапливая такие параметры, как адрес и порт отправителя, сетевой протокол, используемый для передачи, адрес и порт получателя:
Таблица 1
№ время Адрес от-правитель Адрес получатель Порт отправитель Порт получатель Размер пакета
25054 12:30:00 194.78.0.8 194.78.184.59 70 255 64
25055 12:30:00 194.78.0.38 194.78.184.5 3478 3478 128
По адресам отправителя и получателя можно выяснить, в каком сегменте находится каждый из них, а по номеру порта можно выяснить, какое приложение является отправителем или получателем данных. Каждый период опроса агент формирует и передает управляющей станции обобщенную информацию о переданных данных в своем сегменте:
Таблица2
Отправитель Получатель Протокол Порт Кол-во данных
Server1 User23 HTTP 70 15405
User56 Server2 SQL 2550 97000
User23 Server1 HTTP 70 2504
На основе собранных за период наблюдения статистических данных можно сделать выводы о том, что распределение нагрузки по времени на нормально функционирующей сети предприятия практически не отличается день ото дня: то есть ежедневно корпоративная сеть имеет пики, спады и перераспределения нагрузки в одни и те же часы. Если наблюдаемая модель имеет примерно одинаковые распределения нагрузки изо дня в день, то можно рассчитать среднее распределение нагрузок на каналы по всем дням наблюдаемого интервала и решать задачу оптимизации расположения ресурсов для одного усредненного дня. Можно разбить каждый наблюдаемый день на часы и рассчитать среднее значение и дисперсию нагрузки для каждого часа. А поскольку использование сети вообще носит случайный характер, то достаточно достоверное распределение среднестатистического дня можно получить, рассчитав среднее значение коэффициентов загрузки по часам за некий промежуток времени (например 1 месяц). Таким образом, если в наблюдаемой системе рабочий день оборудования составляет 10 часов, а неделя - 6 дней, то модель имеет 4 недели * 6 дней * 10 часов = 240 дискретных состояний с определенными средними нагрузками и дисперсиями нагрузок каналов связи. Для каждого из таких состояний нужно решить задачу оптимального распределения ресурсов.
Структура сети, переменные, ограничения
Структуру сети можно представить в виде графа или в виде системы двух матриц:
1. Матрица топологии сети:
А В С Б (как сегменты связаны
А \ 1 1 - друг другом)
На пересечениях
В \ 1 1
' указаны скорости свя-
С \ - зей (если каналы связи
Б \ дуплексные, как в дан-
ном случае, то матрица симметрична относительно главной диагонали)
2. Матрица принадлежности серверов и других компьютеров сегментам:
1 - находится в этом сегменте
0 - не находится в этом сегменте
А В С Б
51 1 0 0 0
5 2 0 0 1 0
5 3 0 1 0 0
5 4 0 0 0 1
К1 1 0 0 0
К2 0 1 0 0
(каждый сервер/компьютер может принадлежать только одному сегменту)
Список распределяемых ресурсов можно представить в виде таблицы:
Таблица 3
Наименование Тип Мощность
ю SQL - сервер 30
И ШЕБ - сервер 14
Я3 ШЕБ - сервер 10
Маршрутная таблица представляет из себя список маршрутов для каждой пары сегментов:
Таблица 4
А В С Б
А А АБ АС АББ
В АБ Б БС ББ
С АС БС С СББ
Б ББА ББ ББС Б
На пересечении - точки сети, через которые проходит маршрут.
Динамические параметры:
Матрица трафиков между ресурсами и сегментами (конечными компьютерами):
Получается при объединении данных о потоках между ресурсами и компьютерами с данными о расположении компьютеров в сегментах. Эта матрица вычисляется для каждого анализируемого интервала времени. Элементы матрицы - значения интенсивности трафика между ресурсами и сегментами.
Ограничения на расположение ресурсов
Помимо естественных ограничений системы, таких как пропускная способность каналов и т.д., существуют ограничения на распределение ресурсов, диктуемые структурой сети и мощностью оборудования. К ним относятся ограничения по расположению ресурсов на серверах:
Я1 Я 2 Я 3
А 0,1 0,3 0,2
В 0,3 0 0,1
С 0,1 0,4 0
Б 0,3 0,3 0,2
Максимальное количество ресурсов, одновременно поддерживаемых сервером и типы ресурсов, которые может поддерживать конкретный сервер:
Таблица 5
кол-во R1 R2 R3
S1 1 + - -
S2 3 + + +
S3 3 + + -
S4 3 + + +
Меняя расположение ресурсов в сети, можно изменять нагрузку на каналы связи. Решением задачи оптимального расположения сетевых ресурсов является такое расположение ресурсов, которое приводило бы к минимизации критерия оптимальности.
Критерий оптимальности расположения ресурсов
На основе данных о топологии сети и потоках между ресурсами и сегментами, для каждого варианта расположения ресурсов, удовлетворяющего ограничениям,
можно рассчитать коэффициенты загрузки каждого канала связи. Получаем матрицу загрузки каналов при текущем расположении сетевых ресурсов.
Если почленно разделить эту матрицу на матрицу топологии сети (где указаны величины пропускных способностей каналов), то получим матрицу Щц) коэффициентов загрузки каналов связи при текущей структуре сетевых ресурсов.
A B C D
A 0 0,6 0 -
B \ 0 0,5 1,5
C \ \ 0 -
D \ \ \ 0,8
D После перебора всех вариантов
расположения ресурсов, нужно выбрать тот, который будет отвечать критерию:
Минимальная величина максимального коэффициента использования канала связи min(max Kij) при постоянных (неизменных) величинах трафиков между ресурсами и сегментами {Tij = const} и при выполнении ограничений на расположение ресурсов.
Таким образом, для каждого временного интервала можно найти одно или несколько расположений ресурсов на серверах се-
A
B
C
D
A
0,01
\
\
\
B
0,6
0,01
\
\
C
0
0,5
0,01
\
1,5
0,008
ти, удовлетворяющее условию критерия оптимальности. Оптимальное расположение ресурсов в клиент-серверной сети позволяет минимизировать трафики между сегментами, генерируемые при взаимодействии ресурсов и клиентов. Это, в свою очередь, позволяет наиболее эффективно использовать возможности клиент-серверной сети, освободить часть пропускной способности межсетевых каналов связи для других приложений, сэкономить средства при приобретении сетевого оборудования, аренде коммутируемых каналов связи. Кроме того, решение этой задачи позволяет прогнозировать состояние сети при подключении новых ресурсов, что может предупредить перегрузки сети, которые могут возникнуть при неправильном расчете распределения трафиков, дш
— Коротко об авторах ---------------------------
Бахвалов Л.А. - проф., д-р техн. наук, декан ф-та АИ, Со Мин Тун - аспирант,
Московский государственный горный университет.
