Цель работы состоит в том, чтобы приобрести элементарные навыки разработки имитационных моделей для анализа и оптимизации производительности локальных вычислительных сетей (ЛВС) с использованием системы моделирования GPSS.

171

7.2. Основные теоретические положения

Полученные по математическим моделям результаты не всегда адекватно отражают работу вычислительной системы заданной структуры, так как расчетные аналитические формулы выведены и верны лишь при упрощающих допущениях (или предположениях) относительно структуры, распределения потоков и обслуживания и других. Альтернативным подходом к решению поставленной задачи является непосредственная имитация на ЭВМ (имитационное моделирование) процесса выполнения запроса в вычислительной системе заданной структуры с использованием системы моделирования GPSS. Теоретические основы моделирования ЛВС изложены в разделе 8 опорного конспекта, а также в [13].

7.3. Описание лабораторной установки

Для выполнения лабораторной работы используется IBM PCсовместимый компьютер и учебная версия GPSS World системы имитационного моделирования GPSS (General Purpose Simulation System) .

7.4. Порядок выполнения работы

1.Получить у преподавателя задание на моделирование. В качестве задания может быть использованы результаты аналитического расчета замкнутой сети массового обслуживания из контрольной работы по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации».

2.Составить схему модели, уточнить исходные данные и наметить параметры, влияние которых следует исследовать, пределы и шаг их варьирования.

3.Разработать программу на языке GPSS и выполнить моделирование.

4.Исследовать зависимость задержки пакетов и полного времени пребывания пакетов в блоке от интенсивности входного потока пакетов и интенсивности обработки пакетов.

GPSS World можно скачать на сайтах http://gpss.ru и http://modelling.verilog.ru/,

объем около 5 Мбайт. Руководство по моделированию на GPSS World также доступно

вИнтернете, см. http://www.minutemansoftware.com/tutorial/tutorial_manual.htm.

173

* ожидания в очереди) от начального значения 0 с шагом 0.5 с = 500000 мкс * для числа интервалов 30

TTIME TABLE MP2,0,500000,30

*Системный числовой атрибут (СЧА) MP2 определяется так:

*MP2=<текущее абсолютное модельное время> - P2

*Генерация единственного исходного транзакта

GENERATE 0,0,,1

* Расщепление исходного транзакта на 31+1 заявку пользователей

SPLIT 31,SYS0,1

*32 пользователя моделируются как МКУ SPACE (многоканальное

*устройство), содержащее 32 прибора с интенсивностью

*обслуживания eta, где 1/eta = 10 с - время обдумывания пользователя

*Экспоненциальное распределение времени обслуживания

*Сервер с интенсивностью обслуживания mu = 2.461 запр/с

*Уменьшение X6 на единицу

SAVEVALUE 6-,1

*Проверка условия окончания моделирования: если X6=0, то переход к метке SYS0

TEST E X6,0,SYS0

*Удаление транзакта

TERMINATE 1

*Запуск модели (1 прогон, в котором выполняется X6=500 циклов)

* START 1

На рис. 2 приведены выдержки из отчета GPSS WORLD о результатах моделирования, а в табл. 1 − результаты прогона модели.

174

Таким образом, μ = 1/ 0.397583083 = 2.515197559.

Интенсивность потока заявок λ можно вычислить двумя способами:

1)λ = ρμ = 0.975 *2.515197559 = 2.45231762.

2)λ = SERV ENTRIES / (END TIME - START TIME) = 1301 / (530.745862551 – 0) = 2.451267343.

176

По данным табулированных значений (TABLE TTIME) построим график распределения случайной величины t времени пребывания запроса (времени ожидания + времени обслуживания) в сервере (см. рис. 3).

Рис. 3. График распределения времени пребывания запроса на сервере

Из графика (рис. 3) следует, что для значений параметров сети массового обслуживания μ = 2.515 запр./с и λ = = 2.452 запр./с для 90 % диалоговых заявок время t пребывания запроса в сервере не превышает t * = 4.4 с, т.е. P{ t<=

4.4 c } = 0.9.

Таким образом, t * = 4.4 с значительно меньше заданного T доп = 10 с.

7.5.Содержание отчета

1.Наименование и цель работы, задание на моделирование.

2.Расчетные формулы, схема модели, параметры элементов модели и программа моделирования на языке GPSS.

3.Результаты моделирования в табличной и графической форме.

4.Выводы по результатам моделирования о влиянии параметров и коэффициента загрузки сети на время задержки пакетов и качество обслуживания.

Литература: [11], стр. 27-32

177

4.БЛОК КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1.ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕЕНИЮ

4.1.1. Задание на контрольную работу

Цель контрольной работы – расширить и углубить теоретические знания по основным разделам дисциплины. Задание на контрольную работу генерируется программой SetiPaper2008 согласно последним трем цифрам шифра студента. Эта программа выдается преподавателем на практических занятиях, а для студентов, обучающихся с элементами ДОТ, доступна на учебном сайте университета. Для получения задания запустите программу SetiPaper2008, в меню выберите пункт «Создать задание», в появившемся окне выберите и откройте файл SetiPaper (файл базы данных), введите номер Вашего варианта и сохраните задание с некоторым именем <задание>, выбранным Вами. Программа создает файл задания «<задание>.txt», а также заготовку файла ответов «<задание>.r».

Контрольная работа состоит из трех частей. В первой части необходимо решить задачу по расчету трафика в компьютерной сети для интерактивного режима работы n пользователей. Во второй и третьей частях необходимо ответить на заданные вопросы. Пример задания:

MatrTest - SetiPaper.mtr

Вариант 124. Задание на контрольную работу:

Часть 1.

Рассмотрим следующий режим ЛВС: n пользователей, каждый из которых затрачивает

всреднем Teta с на обдумывание ответа, работают с сервером

вдиалоговом режиме. Время реакции сервера на запрос пользователя с вероятностью P не должно превышать Tdop.

Известны следующие величины:

*вероятность того, что время реакции сервера не превышает допустимое P = 0,8

*интенсивность обдумывания пользователя eta = 0,016667 1/с

*среднее время обслуживания запроса сервером Tmu = 1,577376 с

*средний интервал поступления запросов от одного пользователя Tlambda1 = 64,349345 с

Требуется найти:

*n - число пользователей

*Teta [с] - время обдумывания

178

*Tdop [с] - допустимое время реакции сервера

*mu [1/с] - интенсивность обслуживания сервера

*lambda [1/с] - интенсивность общего потока требований, циркулирующих в системе

*lambda1 [1/с] - интенсивность потока требований одного пользователя, циркулирующих в системе

*Tlambda [с] - средний интервал поступления запросов от всех пользователей

*Ro - коэффициент загрузки сервера

*Ro1коэффициент загрузки пользователя

*delta [1/с] - величина разности между mu и lambda

*Ts [с] - время пребывания запроса на сервере

Часть 2.

Дать общую характеристику технологии FDDI.

Часть 3.

Дать общую характеристику WWW и протокола HTTP.

Дата выдачи 05.10.2008

4.1.2.Методические указания к выполнению первой части контрольной работы

Выполнение первой части контрольной работы рассмотрим на примере приведенного выше задания. Используем модель в виде ЗСеМО и методику расчета трафика для интерактивного режима работы n пользователей (см. раздел 8 опорного конспекта). Для этого приведем таблицу соответствия обозначений в сгенерированном задании и обозначений, которые следует использовать в пояснительной записке к курсовому проекту:

неизвестными. Для их нахождения используем формулы (1.1-1.3) из раздела 1, а также, в случае необходимости, аналитические преобразования этих формул.

формулы следует: 7 с. Из формулы (1.1) находим λ = μ + ln(1 − P) / Tдоп=0,404 1/с. Тогда n = λ / λ1=26.

Для вычисления остальных параметров используем формулы Tη =1/ η= 60 с, Tλ =1/ λ= 2,48 с, ρ = λ / μ= 0,637, ρ1 = λ1 / η= 0,93, δ = μ − λ= 0,23 1/с

иTs =1/ δ= 4,35 с.

Программа SetiPaper2008 позволяет выполнить автоматическую проверку по первой части контрольной работы. Для этого откройте заготовку файла ответов (выберите пункт меню “Файл” и тип файла “решение”), внесите вычисленные значения параметров и получите результаты проверки, добавленные в конец файла ответов, как показано ниже:

Распечатку файла ответов приложите к решению по первой части контрольной работы.

180

4.1.3.Методические указания к выполнению второй и третей частей контрольной работы

По второй и третьей частям контрольной работы необходимо дать описание технических характеристик, преимуществ и недостатков соответствующих сетевых технологий, протоколов или служб с указанием как отдельных отечественных и международных стандартов, так и профилей функциональной стандартизации в области информационных технологий.

Контрольная работа не должна носить чисто описательный характер. Текст должен быть выполнен с использованием структурных схем, таблиц и графиков, структурирован в соответствии с поставленными вопросами, проанализирован и обобщен. В конце ответа на вопрос или по ходу изложения должны быть сделаны выводы.

Контрольная работа оформляется в отдельной тетради или на скрепленных листах формата А4, рукописным или печатным способом.

Контрольная работа должна содержать:

•титульный лист,

•задание на контрольную работу,

•ответы на вопросы,

•список используемой литературы.

Примерный общий объем контрольной работы 10 – 15 страниц.

4.2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ

4.2.1. Задание на курсовой проект

Курсовой проект, цель которого − разработка эскизного проекта локальной вычислительной сети (ЛВС) [12], выполняется во втором семестре изучаемой дисциплины. В качестве номера варианта задания студент берет свой шифр. Задание на курсовой проект генерируется с помощью программы NetCalc, которая выдается преподавателем на практических занятиях, а для студентов, обучающихся с элементами ДОТ, доступна на учебном сайте университета. Задание на курсовой проект включает:

•план и размеры помещений для размещения ЛВС;

•число рабочих станций в каждом помещении;

181

•указания по подключению проектируемой ЛВС к другой удаленной ЛВС

ик Internet.

Используйте программу NetCalc в режиме “Задание” для получения варианта по вашему шифру (можно вводить шифр с любыми символами, например 14-1325).

Пользователи разделяются на 6 типов:

тип 1= [5,11,17,23,29,35,41,47,53,59,65,71,77,83,89,95,101] тип 2= [6,12,18,24,30,36,42,48,54,60,66,72,78,84,90,96,102] тип 3= [1,7,13,19,25,31,37,43,49,55,61,67,73,79,85,91,97,103] тип 4= [2,8,14,20,26,32,38,44,50,56,62,68,74,80,86,92,98,104] тип 5= [3,9,15,21,27,33,39,45,51,57,63,69,75,81,87,93,99,105] тип 6= [4,10,16,22,28,34,40,46,52,58,64,70,76,82,88,94,100]

Сеть должна обеспечивать 7 сервисов: 1,2,3 - файл-серверы, 4 - печать, 5 - база данных, 6 - e-mail, 7 - WEB.

Заданы параметры Q, L и C для расчета параметров среды и активного оборудования:

1 1,13E+002 4,64E+001 4,12E+001 3,30E+001 9,27E-001 5,15E+000 1,75E+001

182

21,47E+002 4,89E+001 6,35E+001 2,15E+001 7,82E-001 2,93E+000 1,66E+001

31,13E+002 4,64E+001 4,12E+001 3,30E+001 9,27E-001 5,15E+000 1,75E+001

41,06E+002 7,41E+001 6,36E+001 2,54E+001 4,24E-001 5,83E+000 1,80E+001

51,06E+002 7,41E+001 6,36E+001 2,54E+001 4,24E-001 5,83E+000 1,80E+001

61,47E+002 4,89E+001 6,35E+001 2,15E+001 7,82E-001 2,93E+000 1,66E+001

Параметр Qts - объем информации, пользователя типа t по сервису s за смену. Параметр Lts - объем транзакции пользователя типа t по сервису s. Tts - допустимое время реакции сети для пользователя типа t по сервису s. Сеть должна быть подключена к уже имеющейся ЛВС, размещенной в здании, удаленном от основного здания на 825м.

Пояснительная записка к курсовому проекту должна содержать: обоснование выбора топологии сети, сред передачи, сетевой ОС; расчет трафика, состав и схему соединения активного оборудования, состав ПО; расчет стоимости оборудования и ПО; схему подключения к удаленной ЛВС и к Internet.

Дополнения и изменения по согласованию с преподавателем. Преподаватель: д.т.н., проф. Г.И.Анкудинов. Дата выдачи: 06.10.2008.

4.2.2. Подготовка исходных данных

Программа NetCalc выполняет некоторые вспомогательные расчеты, необходимые для выполнения курсового проекта, в режиме «Исходные данные». При запуске этого режима программа просит ввести значение

183

коэффициента накладных расходов на протокол, размер пакета и коэффициент вариации размера заданий. Можно принять предлагаемые программой значения этих параметров, в частности размер пакета 1000 байт. При запуске режима «Исходные данные» программа NetCalc генерирует исходные данные для топологии сети, представленной на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Топология ЛВС (исходный вариант)

Использование топологии на рис. 4.2 равносильно предположению, что размещение пользователей по залам соответствует их принадлежности рабочим группам. На этом рисунке SH − коммутатор (switch) или концентратор (hub), S 1 - S 7 − серверы, причем используется самая распространенная топология для технологии Ethernet − иерархическая звезда. Рабочие станции группы g=1 подключены к сети с помощью устройства SH1 – коммутатора или концентратора. Аналогично для групп 2-18 используем устройства SH2SH18 соответственно. Устройства SH1SH18 (коммутаторы или концентраторы) подключим к серверам сети с помощью устройства SH (коммутатора или концентратора). Для описания схемы используется сквозная нумерация всех элементов (звеньев) сети. Линии связи устройств SH1, SH2,…, SH18 с устройством SH получили номера 1-18, соответствующие номерам групп. Линии связи устройства SH с серверами – номера 19-25. Устройство SH – номер 26. Устройства SH1, SH2,…, SH18 получили номера 27-44.

Для рассматриваемого примера описание топологии имеет вид матрицы, представленной в разделе исходных данных group-service->link. Матрица group-service->link имеет 18 строк (по числу групп) и 7 столбцов (по числу серверов). Например, первая строка матрицы в нашем примере

184

{1,27,19,26} {1,27,20,26} {1,27,21,26} {1,27,22,26} {1,27,23,26} {1,27,24,26} {1,27,25,26}.

Первый элемент строки {1,27,19,26} – это перечень звеньев (z), связывающих группу g=1 с сервером s =1. Седьмой элемент строки{1,27,25,26} – это перечень звеньев (z), связывающих группу g=1 с сервером s =7.

Исходные данные для рассматриваемого примера имеют вид:

type-service->response_time

< Раздел повторяет матрицу значений Tts (сек) из задания>

end

type-service->gamma

<Раздел содержит матрицу вычисленных по формуле (8.5) значений интенсивности трафика для всех пар “тип пользователя – сервер”>

end

type-service->req_size

< Раздел повторяет матрицу значений Lts (Kбайт) из задания>

end

type-service->req_var

<Раздел содержит матрицу значений коэффициента вариации размера заданий для всех пар “тип пользователя – сервер”>

end

group-service->link

< Раздел содержит матрицу связей для всех пар “группа пользователей – сервер”,

соответствующую топологии на рис. 1>

end

service->k_proto

< Раздел содержит значения накладных расходов на протокол для всех сервисов>

end

Значения разделов group->user, type-service->req_var, group-service->link

и service->k_proto можно корректировать. В рассматриваемом примере k_proto = 1,5. Этот коэффициент учитывает затраты на установление и завершение соединения, затраты на заголовки кадров, на подтверждение и повторные передачи и т.д. Коэффициент вариации req_var=0, если все запросы имеют

186

>server_mu содержит вычисленные программой ориентировочные значения (Мбит/с) пропускной способности 7 серверов ЛВС, а раздел type->client_mu − значения пропускной способности рабочих станций для 6 типов пользователей.

4.2.3. Расчет исходных данных

Если (после возможной корректировки файла) не было внесено синтаксических ошибок, запуск режима «Синтаксис» приводит к появлению сообщения «Данные готовы для полного расчета». Запуск режима «Вычислить» приводит к появлению сообщения «Полный расчет успешен» и файл исходных данных дополняется следующими данными:

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

link -> коэффициент загрузки звена передачи

< Раздел содержит значения коэффициента загрузки для всех 44 звеньев

передачи данных>

server -> коэффициент загрузки сервера

<Раздел содержит значения коэффициента загрузки для всех 7 серверов> type -> коэффициент загрузки рабочей станции

<Раздел содержит значения коэффициента загрузки рабочих станций

для 6 типов пользователей> Наихудшее время реакции в % для серверов:

Результаты первой итерации полного расчета показывают, что время реакции по серверам 1-3 для 6-й группы пользователей типа 2, 5 и 4 превышает допустимое значение 100%. Для того, чтобы получить удовлетворительный результат, следует увеличить путем подбора некоторые значения пропускной способности некоторых серверов и рабочих станций. Это увеличение должно быть, по возможности, минимально необходимым, чтобы избежать в результате расчетов завышенных требований в отношении стоимости и пропускной способности, как серверов, так и рабочих станций.

В рассматриваемом примере в результате нескольких итераций для следующих откорректированных значений пропускной способности серверов и

187

рабочих станций

service->server_mu

7,1E+00 3,3E+00 3,3E+00 1,6E+00 4,1E-02 2,7E-01 1,0E+00

end type->client_mu

0,6 0,7 0,6 0,6 0,6 0,7

end

получен следующий результат, который можно считать удовлетворительным:

Наихудшее время реакции в % для серверов:

В рассматриваемом примере значения пропускной способности серверов оставлены без изменения, а значения пропускной способности рабочих станций подобраны так, чтобы обеспечить время реакции менее 100% для каждого пользователя.

4.2.4. Выбор оборудования передачи данных Рассмотрим вектор коэффициентов загрузки оборудования передачи

данных: link -> коэффициент загрузки звена передачи

Для звена 26 ρ=0,12 относительно стандарта 100 Мбит/с. Поскольку это центральный узел возьмем коммутатор 2 уровня DES-3526 с 24 портами

10/100Base-TX +2 комбо-порта 1000Base-T/Min-GBIC с резервным источником питания DPS-200.