Исследование загрузки сети ДонНТУ состояло из двух частей:
- Исследование загрузки внешнего канала;
- Исследование загрузки внутренней сети университета (4-й и 5-й корпуса).
При анализе функционирование сети ДонНТУ использовались показатели:
- Пропускная способность внешнего канала связи (R), Кб/с,
отношение фактической пропускной способности внешнего канала связи к требуемой (Qt), определяемой расчетным путем:
где
L - средний размер файла, Кб;
n - количество соединений через внешний канал связи;
dt - интервал времени между передачами файлов, c.
- Отношение требуемой пропускной способности к скорости передачи данных внешнего канала связи (V).
Отношение (R/Qt) характеризует степень удовлетворения потребностей пользователей.
Величина Qt/V характеризует степень перегрузки канала, может быть как больше 1, так и меньше. При величине Qt/V < 1 канал загружен не полностью, а при величине Qt/V > 1 - перегружен.
На рисунке 1 показана структура сети, результатом моделирование которой было получение характеристик загруженности внешнего канала.
Рисунок1 - Исследование загрузки внешнего канала сети ДонНТУ.
При исследование загрузки внешнего канала учитывались следующие параметры:
- размер передаваемых файлов;
- количество соединений;
- интервал времени между передачами файлов.
Исследование пропускной способности внешнего канала производилось в двух случаях. В одном случае предполагалась, что максимальная пропускная способность внешнего канала составляет 10Мбит/с, а в другом - 100Мбит/с. При моделировании сети с пропускной способностью 100Мбит/с размер передаваемых файлов был увеличен в 10 раз по сравнению с размером файлов при моделировании внешнего канала с пропускной способностью в 10Мбит/с.
Увеличение размера файлов дает возможность наглядно выявить загруженность внешнего канала.
Исследование пропускной способности внешнего канала.
(максимальная пропускная способность 10Мbit/s)
В таблице 1 приводится величина пропускной способности внешнего канала при постоянном интервале времени между передачами файлов.
Таблица1 - Величина полезной пропускной способности сети при постоянном времени между передачами файлов (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
| Размер файлов, Кбайт |
| количество соединений |
|---|
| 15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
135 |
150
|
|
| 0,5 |
0,7 |
1,4 |
2,1 |
2,91 |
3,6 |
4,3 |
5,1 |
5,7 |
6,4 |
7,2 |
| 2 |
2,9 |
5,3 |
8,6 |
11 |
14,1 |
17,1 |
20,3 |
22,9 |
25,6 |
28,8 |
| 8 |
11,7 |
22,1 |
34,4 |
46,3 |
57,9 |
69,5 |
81,1 |
91,5 |
103,2 |
114,8 |
| 32 |
46,8 |
89,9 |
134,6 |
184,5 |
241 |
278,4 |
325,2 |
360,6 |
408,1 |
451,5 |
| 128 |
187,2 |
361,3 |
543,6 |
720,1 |
906,5 |
1036,1 |
1151,1 |
1216,1 |
1233,1 |
1253,9 |
| 512 |
690,1 |
1063,1 |
1230,8 |
1264,1 |
1268,7 |
1272 |
1272,5 |
1207,7 |
1271,6 |
172,8 |
| 1024 |
1030,6 |
1215,4 |
1091 |
1121,7 |
1164,4 |
1076 |
1141,3 |
1002,8 |
959,8 |
959,8 |
| 2048 |
862,2 |
584 |
584 |
639,9 |
639,9 |
639,9 |
639,9 |
639,9 |
639,9 |
639,9 |
Зависимость пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от среднего размера передаваемых файлов при различном количестве соединений показана на рисунке 2, при этом интервал времени между передачами файлов в каждом соединении оставался постоянным (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
Рисунок2 - Зависимости пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от среднего размера передаваемых файлов при различном количестве соединений и постоянном интервал времени между передачами файлов.
Из графика видно, что с увеличением размера передаваемого файла, нагрузка на канал возрастает и в окрестности 512 Кбайт достигает максимума.
Из полученных результатов моделирования видно, что увеличению размера передаваемого файла приводит к росту нагрузки на канал передачи.
Из графика, приведенного на рисунке 3, видно, что увеличение размера передаваемого файлов более чем на 512Кбайт приводит к снижению пропускной способности канала.
Рисунок3 - Соотношение загрузки внешнего канала при постоянном интервале времени между передачами файлов (равномерная случайная величина от 1 до 19 с.).
Можно сделать вывод, что это связано с нарастанием нагрузки на канал (рост величины Qt/V от 0 до 5 - 6). Это снижение может быть объяснено как перегрузкой канала, так и большим размером передаваемого файла.
Для выявления влияния размера файла на пропускную способность внешнего канала связи следует провести исследования функционирования сети при постоянной нагрузке и значениях Qt/V до 10 - 15. С увеличением количества соединений интенсивность роста и снижения пропускной способности возрастает.
На графике, приведенном на рисунке 4, показаны зависимости пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от количества соединений при различных средних размерах передаваемых файлов при постоянном интервале времени между передачами файлов в каждом соединении (1-19 с)
Рисунок4 - Зависимость пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от количества соединений при различных средних размерах передаваемых файлов и постоянном интервале времени между передачами файлов в каждом соединении (1-19 с).
С увеличением количества соединений при передаче файлов малых размеров (до 32 Кбайт) нагрузка на внешний канал низкая. Увеличение размеров файлов от 32 Кбайт до 512 Кбайт приводит к росту нагрузки и пропускной способности, а дальнейшее увеличение размеров файлов - к снижению пропускной способности из-за перегрузки канала. Таким образом, рациональный размер файла в рассмотренных условиях - не более 512 Кбайт.
Зависимость величины R/Qt от размера файла при различном числе соединений приведена на графике, показанном на рисунке 5.
Рисунок 5 - Отношение фактической полезной пропускной способности сети к требуемой при постоянном времени между передачами файлов.
Из графика видно, что при неполной загрузке локальные сети (Qt/V < 1, см. рисунок 3), потребности пользователей удовлетворяются практически полностью (R/Qt > 0,95), увеличение нагрузки ведёт к ухудшению степени удовлетворение потребностей, при чем R/Qt тем ниже, чем больше перегрузка сети, при Qt/V = 0,95 (150 соединений, размер файлов 2048Кбайт) величина R/Qt составляет 0,02.
Недостаток полученных зависимостей заключается в том, что они получены при переменной нагрузке на канал.
Для обеспечения постоянной нагрузки при проведении дальнейших исследований интервал времени между передачами файлов следует изменять пропорционально их среднему размеру. В таблице 2 приведены результаты моделирования сети с различными значениями времени между передаваемыми файлами.
В таблице 2 приведены результаты моделирования сети с различными значениями времени между передаваемыми файлами.
Таблица2 - Величина полезной пропускной способности сети при постоянном времени между передачами файлов (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
| Размер файлов, Кбайт |
| количество соединений |
|---|
| 15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
105 |
120 |
135 |
150
|
|
| 0,5 |
750,2 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1275,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
| 2 |
750,7 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
| 8 |
746,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
| 32 |
748,4 |
1270,3 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
| 128 |
752,2 |
1223,5 |
1279 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
1279,8 |
| 512 |
746,9 |
1095,1 |
1233,4 |
1271,6 |
1273,4 |
1272,4 |
1273,1 |
1272,3 |
1271,8 |
1273,8 |
| 1024 |
614,1 |
972,2 |
1102,2 |
1056,3 |
1161,3 |
1140,3 |
1166,9,3 |
1164 |
1130,7 |
1146,6 |
| 2048 |
463,6 |
720 |
753 |
830 |
823,4 |
523,9 |
772,4 |
791,9 |
904,9 |
904,1 |
График зависимости пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от среднего размера передаваемых файлов при различном количестве соединений и постоянной в пределах каждой зависимости нагрузки на канал показан на рисунке 6.
Рисунок6 - Зависимость пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от среднего размера передаваемых файлов и различном интервал времени.
Из графика видно, что размер передаваемого файла до 128 - 512Кбайт не оказывает влияния на пропускную способность внешнего канала как при неполной загрузке канала (15 соединений, Qt/V = 0,61), так и при перегрузке (30 -150 соединений, Qt/V до 15). При увеличении нагрузки на канал пропускная способность канала резко падает при среднем размере передаваемого файла более 512 Кбайт. Снижение пропускной способности существенно и при увеличении размера передаваемого файла от 512Кбайт до 2048Кбайт составляет до 50%. Это подтверждает сделанный ранее вывод о том, что для сети ДонНТУ рациональный размер файлов - не более 512 Кбайт.
Анализ зависимости величины R/Qt от размера передаваемых файлов при различном количестве соединений и постоянной, в пределах зависимости, нагрузке на канал (см. рисунок 7), показал, что как при низкой, так и при высокой степени удовлетворения потребностей пользователей (R/Qt от 0,17 до 0,98) при размере файлов более 512Кбайт, качество работы сети существенно падаёт (снижение величины R/Qt до 50% при увеличении размера файлов от 512Кбайт до 2048Кбайт).
Рисунок7 - Отношение фактической полезной пропускной способности сети к требуемой при различном интервал времени между передачами файлов.
Рисунок8 - Зависимости пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от количества соединений при различных средних размерах передаваемых файлов.
Исследование пропускной способности внешнего канала.
(максимальная пропускная способность 100Мbit/s)
Из графика, показанного на рисунке 2 видно, что с увеличением размера передаваемых файлов даже при относительно малом количество соединений, нагрузка на канал растет и принимает максимальное значение при достижении максимального значения фактической пропускной способности внешнего канала. Таким образом, имеет смысл увеличить фактическую пропускную способность канала и проанализировать загрузку канала, при этом увеличив в 10 раз размеры передаваемых файлов.
В таблице 3 приводится величина пропускной способности внешнего канала при постоянном интервале времени между передачами файлов.
Таблица3 - Величина полезной пропускной способности сети при постоянном времени между передачами файлов (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
| Размер файлов, Кбайт |
| количество соединений |
|---|
| 15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
|
| 5 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
| 20 |
0,5 |
0,9 |
1,4 |
1,9 |
2,3 |
| 80 |
1,9 |
3,7 |
5,6 |
7,3 |
9,1 |
| 320 |
7,6 |
15 |
21,4 |
29,7 |
36,2 |
| 1280 |
27 |
57,6 |
81,6 |
95,5 |
97,6 |
| 5120 |
78,4 |
92,2 |
93,7 |
91,9 |
93,7 |
| 10240 |
85,8 |
87,1 |
88,9 |
90,9 |
88,9,6 |
| 20480 |
83.3 |
80 |
80 |
75 |
75 |
Зависимость пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от среднего размера передаваемых файлов при различном количестве соединений показана на рисунке 9, при этом интервал времени между передачами файлов в каждом соединении оставался постоянным (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
Рисунок9 - Зависимости пропускной способности внешнего канала сети ДонНТУ от среднего размера передаваемых файлов при различном количестве соединений и постоянном интервал времени между передачами файлов.
На рисунке 10 приведен график зависимости пропускной способности внешнего канала от количества соединений при различных размерах передаваемых файлов.
Рисунок10 - Зависимость пропускной способности от количества соединений при различных средних размерах передаваемых файлов.
Из графиков видно, что максимальная загрузка канала наступает при достаточно большом количестве соединений и большом размере передаваемых файлов. При этом пропускная способность снижается. Это может быть обусловлено возникновением коллизий в канале при передаче больших объемов информации при большом количестве соединений.
Для обеспечения постоянной нагрузки при проведении дальнейших исследований интервал времени между передачами файлов, также как и в предыдущем случае, следует изменять пропорционально их среднему размеру. В таблице 4 приведены результаты моделирования сети с различными значениями времени между передаваемыми файлами.
Таблица4 - Величина пропускной способности сети при различных средних размерах передаваемых файлов и различном интервал времени.
| Размер файлов, Кбайт |
| количество соединений |
|---|
| 15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
|
| 5 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| 20 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| 80 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| 320 |
99,4 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| 1280 |
96,3 |
97,3 |
97,7 |
97,9 |
97,5 |
| 5120 |
79,7 |
95 |
95,9 |
92,2 |
92,3 |
| 10240 |
76,6 |
80,3 |
86,5 |
90,5 |
81,8 |
| 204880 |
52.2 |
58.8 |
60 |
57 |
53,4 |
На графиках, показанных на рисунках 11 и 12, представлена, соответственно, зависимость пропускной способности канала от среднего размера передаваемых файлов и различном интервале времени между передачами, а также зависимость пропускной способности канала от количества соединений при различных средних размерах передаваемых файлов.
Рисунок11 - Зависимость пропускной способности канала от среднего размера передаваемых файлов и различном интервале времени между передачами
Рисунок12 - Зависимость пропускной способности канала от количества соединений при различных средних размерах передаваемых файлов.
На графике, представленном на рисунке 13, показано Отношение фактической полезной пропускной способности сети к требуемой при постоянным (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
Рисунок13 - Отношение фактической полезной пропускной способности сети к требуемой при постоянным (равномерная случайная величина от 1 до 19 с).
величина от 1 до 19 с
Из графика видно, что при передачи файлов при количестве соединений 30 - 60 уровень нагрузки сети около 80%, а при большем количестве соединений (от 90 и больше) уровень нагрузки сети состоавляет около 100%. С увеличением размера файлов мы получаем ухудшение уровня нагрузки сети за счет большой степени использоввания канала.
Рисунок14 - Отношение фактической полезной пропускной способности сети к требуемой при различном интервал времени.
Из графика, показанного на рисунке 14, можно сделать следующий вывод. При количестве соединений равном 30 и с учетом различного интервала времени между передачами файлов, мы получаем максимальное использования пропускной способности внешнего канала при передачи файлов размером до 1,3Мбайт. С увеличением размера передаваемых фалов, пропускная способность канала ухудшается. Также при увеличении количества соединений степень использования пропускной способности внешнего канала уменьшается.
Рисунок15 - Показание соотношение перегрузки сети при равномерная случайная величина от 1 до 19 с.
График, представленный на рисунке 15, показывает соотнешение перегрузки сети при постоянном времени между передачей файлов. Из графика видно, что коэффициент перегрузки внешнего канала увеличивается с увеличением размера передаваемых файлов и количества соединений ( например, при 30 соединениях и размере передаваемых файлов 20,5Мбайт коэффициент перегрузки внешнего канала составляет 4,9, а при 150 соединениях и размере передаваемых файлов 20,5Мбайт коэффициент перегрузки внешнего канала составляет 24,6).
Одной из характеристик внешнего канала, является характеристика, показывающая зависимость времени передачи данных от их размера и количества соединений.
Данная характеристика показана на графике, представленном на рисунке 16.
Рисунок16 - График зависимости времени передачи от размера передаваемых файлов при различном времени между передачами файлов с показателям реальном времени 100Мбит/с.
На графике красным цветом выделена характеристика, полученная при полном использовании внешнего канала, т.е. пропускная способность составляет 100Мбит/с.
Остальные характеристики показаны с учетом пропускной способности внешнего канала, полученной из моделирования при различном времени между передаваемыми данными.
Время передачи данных определялось по следующей формуле:
где,
L - размер передаваемых файлов, Кбайт;
Q - пропускная способност канала, Мбит/с;
- время задержки при передачи данных, с.
Из графика видно, что при увеличении размера файлов их время передачи изменяется экспотенциально (время передачи файлов размером 20,5Мбайт в идеальном случае равно 1,6 с., а при 150 соединениях составляет 3,6 с.)
Таким образом, проанализировав графики, показанные на риунке 10 и 16, можно сделать вывод, что при передачи файлов большого размера пропускная способность канала уменьшается из-за возникновения колизий, и, следовательно, увеличивается время передачи данных.
Исследование пропускной способности внешнего канала.
(максимальная пропускная способность 10Мbit/s)Исследование загрузки внутренней сети университета (4-й и 5-й корпуса)
При моделировании сетей 4-го и 5-го корпусов были определены ряд машин, взаимодействующих между собой. При построении сети использовались соединения между маршрутизаторами и между рабочими станциями и маршрутизаторами с полосой пропускания в 100 Мбит/с. Полоса пропускания соединения рабочих станций с хабами и маршрутизаторов с хабами составляет 10 Мбит/с.
Рисунок17 - Результаты моделирования сети 4-го и 5-го корпусов (реальная архитектура)
Следующее моделирование проходило после замены хабов на маршрутизаторы в аудиториях 2,10,40,24,23,32,31 и в Деканате 4-го корпуса
Рисунок18 - Результаты моделирования сети 4-го и 5-го корпусов (реальная архитектура)Результаты моделирования сети 4-го и 5-го корпусов (после усовершенствования оборудования)
Исходя из результатов моделирования, получаем, что при замене хабов на маршрутизаторы, нагрузка на канал передачи падает примерно на порядок.
Например, показатели использования канала соединяющего 31 аудиторию и 37 аудиторию с 33 аудиторией 4-го корпуса уменьшились (в первом случае Average workload = 1,7Mbit/sec, а во втором случае Average workload = 0,643Mbit/sec)
Таким образом, одним из вариантов решения проблемы загруженности канала, может быть применение более совершенного аппаратного обеспечения. Другим же фактором, влияющим на загруженность каналов передачи данных, может быть политика предоставления прав на использования того или иного ресурса сети.
В работе кроме результатов моделирования была также оформлена структура сети следующих учебных корпусов:
- Первый корпус;
- Второй корпус;
- Третий корпус;
- Четвертый корпус;
- Пятый корпус;
- Седьмой корпус;
- Восьмой корпус;
|
