Анализ понятия контроля качества сети

УДК  681.2: 621.3.017.2                 Аймаганов А.М.(Караганды, КарГТУ)

         Есенбаев С. Х. (Караганды, КарГТУ)

АНАЛИЗ ПОНЯТИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СЕТИ

 

Изначально, первыми начали разрабатываться методы и средства контроля качества соединения между двумя точками сети Интернет. Действительно, с точки зрения пользователя, Интернет-подключение сети является качественным, если оно обеспечивает бесперебойный и быстрый доступ к определенным интересующим его сетевым ресурсам. Производилось наблюдение за значениями таких характеристик (сетевых метрик) соединения между двумя точками сети Интернет, как время доставки, коэффициент потерь IP пакетов, доступность, максимальная скорость передачи данных по определенному протоколу и т.д., а также за их флуктуациями во времени.

Однако, за последние 10-15 лет сеть Интернет претерпела значительный рост. Это касается количества подключенных сетей, пользователей, компьютеров, используемых в сети приложений и передаваемого по сетитрафика. Например, количество зарегистрированных доменных имен на июль 2005 года, по данным Internet Software Consortium, достигло 353284187. Все это привело к тому, что среднее число пользователей в сети организации и количество ресурсов, потенциально интересных для пользователей, многократно возросло. С учетом того факта, что все вышеперечисленные простейшие сетевые метрики зависят от времени и, в силу децентрализации управления сетью, от множества других независимых подсетей, входящих в глобальную сеть Интернет, контроль качества Интернет-подключения в рамках традиционного подхода становится для системного администратора непростой задачей. Возникает необходимость в аналитическом описании происходящих в сети процессов, причем этот анализ должен проводиться в рамках системного подхода.

Действительно, глобальная компьютерная сеть Интернет представляет собой совокупность отдельных подсетей (рассматривая сеть Интернет с различной степенью детализации, можно выделить сети континентов, стран, поставщиков услуг Интернет, организаций и их подразделений), обменивающихся друг с другом информацией, передаваемой по объединяющих их каналам передачи данных. Таким образом, сеть Интернет можно рассматривать как систему, состоящую из множества тесно взаимодействующих подсистем - отдельных входящих в нее подсетей, объединенных в иерархическую структуру.

Применение математических моделей Интернет-подключения сети не ограничивается вышеприведенными примерами. Можно представить, что вычисление в реальном масштабе времени метрик, характеризующих текущее состояние сети, может быть использовано в сетевых устройствах (коммутаторах, маршрутизаторах) для динамического перераспределения ресурсов или изменения алгоритмов работы для обеспечения заданного качества функционирования сети.

Вообще, математических моделей поможет глубже понять процессы, происходящие в сети, и пути совершенствования существующих протоколов, приложений, сетевых архитектур для достижения максимальной производительности сетей.

Как уже было замечено выше, традиционный подход в обслуживании и поддержке сетевой инфраструктуры состоит в наблюдении за простейшими сетевыми метриками. Международные стандарты описывают и классифицируют данные метрики, а также устанавливают среду для их измерения.

Элементарные метрики можно разделить на 2 большие группы:

• метрики, служащие для оценки качества соединения между двумя удаленными точками;

• метрики для мониторинга канала между двумя маршрутизаторами.

Существует множество работ, посвященных использованию элементарных метрик в эксплуатации каналов связи. Также разработано множество средств для измерения элементарных и более сложных сетевых метрик.

Существуют методики, формализующие и автоматизирующие процесс оценки качества Интернет каналов. Измеряют 3 характеристики:

• доступность;

• максимальную эффективную производительность;

• среднее время реакции.

Доступность - показатель, характеризующий надежность работы канала связи, получается в данной методике измерением времени ответа на запросы по протоколу ICMP. Максимальная эффективная производительность измеряется как максимальная скорость передачи данных на уровне протокола TCP. Среднее время реакции, мера того насколько быстро канал связи работает во время его ежедневной эксплуатации, измеряется с помощью программ, установленных в тестируемой сети и автоматически генерирующих запросы на доступ к внешним ресурсам по протоколам TCP (в этом случае необходима установка специального программного обеспечения на площадке тестируемого поставщика услуг Интернет) или HTTP (для тестирования может использоваться любой WWW сервер). Все измерения производятся с помощью общедоступных программ SelfTrend и PageLoadRobot.

Хотя, принципиально, аккуратное наблюдение за сетевой инфраструктурой и анализ элементарных метрик сетевого трафика позволяет сетевым инженерам отслеживать "узкие места" в сети, обнаруживать некоторые проблемы, прежде чем они наступают и предупреждать перегрузку сети, перераспределяя ресурсы и оптимизируя конфигурацию сети, однако, это чрезвычайно трудоемкий процесс, требующий от сетевых инженеров высокой квалификации и большого опыта, и в то же время такой подход позволяет отслеживать только грубые тенденции сетевого трафика и не дает возможности предсказывать поведение сети при изменении ее параметров и/или конфигурации.

Большая часть трафика в сети Интернет передается с помощью протокола TCP поэтому, • имея аналитическую модель протокола TCP, можно надеяться, что ее удастся применить к описанию процессов, происходящих в Интернет-канале организации.

На настоящий момент было представлено несколько моделей одного соединения по протоколу TCP. Часть из них дает выражение для пропускной способности TCP соединения в установившемся режиме как функцию времени доставки пакета от источника к пункту назначения и обратно (Round Trip Time, RTT) и коэффициента потерь пакетов. В данных работах рассматривается TCP соединение, передающее большой объем данных в установившемся режиме работы протокола TCP (Congestion avoidance). В работах учитывается влияние на скорость передачи данных TCP соединения только механизма быстрой повторной передачи (fast retransmit), учитывается также влияние механизма тайм-аута.

Предлагаемый метод тестирования включает три шага:

• Составить список Интернет ресурсов, к которым пользователи сети обращаются наиболее часто. Количество ресурсов в списке должно быть большим, но ограниченным. Автор утверждает, что список из 1000 ресурсов (IP адресов) покрывает 70% интересов большой группы пользователей.

• Для каждого ресурса из списка измерить три сетевые метрики: доступность (connectivity), задержку - интервал времени между посылкой запроса и приемом ответа (Round Trip Time, RTT), коэффициент потерь пакетов. Для измерения этих метрик автор разработал свою собственную программу jping, которая посылает к каждому тестируемому ресурсу UPD запросы на сервис Echo, который является стандартным типом "малых сервисов". В случае если сервис Echo отключен, принимается ICMP ответ "порт недоступен" (port unreachable).

По измеренным метрикам сетевого уровня определить производительность конкретных приложений. Предлагается вычислять верхнюю границу скорости передачи по протоколу TCP, зависящую от задержки и коэффициента потерь пакетов, и возможность функционирования приложений реального времени, таких как передача аудио и видео информации, строя график доступности ресурсов для приложений реального времени в зависимости от времени суток, где критерием доступности являются значения коэффициента потерь пакетов (меньше 5%) и вариации задержки (в пределах 200 мс).

Среди преимуществ данного подхода можно отметить то, что методика учитывает интересы пользователей в сети (наиболее посещаемые ресурсы) и то, что данная методика является формальной, то есть она свободна от субъективного мнения персонала, занимающегося тестированием.