Лекция 11. Стохастические модели компьютерных сетей
Стохастический характер поступления данных и детерминированная обработка их в каналах связи и узлах коммутации предопределяет использование моделей теории МО для анализа и проектирования компьютерных сетей. Однако следует отметить, что исследование компьютерной сети в целом или отдельных протоколов (например, сквозных) с помощью простейших однофазных или двухфазных моделей МО (концепция «черного ящика»), характерных для подходов, позволяет дать лишь некоторое качественное представление о характере протекания информационных процессов, так как не учитывает сложного взаимодействия устройств и процессов в компьютерной сети. В тоже время указанные процессы естественно отображаются в моделях сетей МО, которые нашли широкое применение для анализа компьютерных сетей. Модели сетей МО применяются для анализа характеристик протоколов практически всех уровней (в первую очередь второго, третьего и четвертого). На канальном уровне эти модели используются для определения эффективной скорости передачи данных. При анализе сквозных протоколов модели теории сетей МО позволяют находить межконцевую задержку сообщений (пакетов), определять параметры управления потоками и т.д. Сетевые модели отдельных компонент компьютерной сети адекватно отражают многоэтапный процесс обработки сообщений (пакетов) в этих устройствах, позволяя не только рассчитывать характеристики, но и осуществлять выбор различных параметров, например объемов буферной памяти узлов коммутации. Сложную структуру отдельных узлов необходимо учитывать и при расчете базовой сети передачи данных в целом. В тоже время необходимость решения оптимизационных задач (выбор топологии и пропускных способностей каналов связи, отыскание оптимальных маршрутов и т.д.) требует применения упрощенных моделей сетей МО, позволяющих находить явный вид целевой функции, в качестве которой используется время задержки сообщений (пакетов). Такой упрощенный подход требует дальнейшего уточнения характеристик сети с помощью более реальных моделей, учитывающих особенности сетевых протоколов. Это приводит к итерационной процедуре проектирования компьютерных сетей. Рассмотрены модели сетей МО, позволяющее осуществлять оценку эффективности и оптимизацию механизма глобального и локального управления потоками, основанного на пороговых ограничениях (использовании механизма окна) и распределении ресурсов (в основном буферов).
Предположением, необходимым для возможности использования аналитических моделей сетей МО, является предположение о независимости, суть которого состоит в том, что времена передачи сообщений (пакета) по разным каналам связи предполагаются независимыми случайными величинами. В то же время, очевидно, что длительности обслуживания сообщения в разных каналах пропорциональны длине этого сообщения и, следовательно, зависимы. Дополнительные зависимости вносятся процессами сборки и разборки сообщений на пакеты. Тем не менее, многочисленные сравнения результатов аналитического моделирования с помощью сетей МО и результатов имитационного моделирования или измерений на реальных сетях показали, что постулирование независимости не вносит существенных погрешностей. Указанный факт объясняется следующими причинами: 1) нарушением корреляции между длительностями обслуживания и длинами сообщений (пакетов) из-за восстановления после ошибок (например, на канальном уровне); 2) объединением различных независимых входящих потоков в одном исходящем канале; 3) использованием в основном средних характеристик, которые менее чувствительны к описанной выше зависимости.
При применении теории сетей МО для анализа характеристик компьютерных сетей различные устройства и процессы обычно моделируются четырьмя типами центров обслуживания. Центр типа 1. Обслуживание сообщений в центре осуществляется с дисциплиной FCFS (FIFO). Длительность обслуживания сообщений всех классов имеет одно и то же экспоненциальное распределение с интенсивностью mI(ni), i- номер данного центра в сети, i=1,M, зависящий от числа сообщений в центре ni. Состояние ni центра определяется вектором ni1,ni2,…,nini, где nij - номер класса сообщения, стоящего j -м в очереди (j = 1,ni, nij = 1,R). Центр типа 2. Обслуживание сообщений в однолинейном центре осуществляется с дисциплиной PS (разделение процессора). Длительность обслуживания сообщений r-го класса, r=1,2,…,R, распределена по закону Кокса с параметрами airl, birl, mirl, Lirl и средним
Значительное явление на характеристики сети пакетной коммутации оказывают способы доставки пакетов(диаграммы или виртуальные каналы) и методы маршрутизации. Моделирование различных способов доставки пакетов и методов маршрутизации осуществляются путем выбора соответствующего типа сети МО и матрицы маршрутов В заключение отметим, что модели сетей МО (как и любые математические модели) не в состоянии полностью отразить сложные и многообразные информационные процессы в компьютерных сетях и, кроме того, их использование обусловлено рядом предположений (таких, как предположение о независимости). Однако, как показывает опыт проектирования и измерений реальных сетей, они являются достаточно точным и практически единственным хорошо разработанным математическим аппаратом, позволяющим осуществлять выбор альтернативных вариантов, расчет и оптимизацию характеристик на этапе проектирования компьютерной сети. Осн. лит.12[250-259], Доп. лит.2[43-56]. Контрольные вопросы: 1. Для каких целей применяются модели сетей? 2. Что решается при оптимизации компьютерных сетей? 3. Какие типы центров обслуживания рассматриваются при анализе компьютерных сетей? 4. В чем состоит моделирование способов доставки пакетов? 5. В чем состоит зависимость и независимость величин обслуживания пакетов?
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|