Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ и моделирование банковских информационных систем - 16 -
1.1. Особенности построения БИС филиала - 16 -
1.2. Модели потоков информации банковского филиала - 22 -
1.3. Технологические особенности построения локальных сетей банковских филиалов - 27 -
1.4. Постановка цели исследования - 29 -
Выводы по главе - 35 -
Глава 2. Профиль среды открытой БИС филиала - 36 -
2.1. Область применения - 36 -
2.2. Основные требования, предъявляемые к информационной системе банковского филиала - 38 -
2.3. Логический проект профиля среды открытой БИС филиала -43 -
2.4. Физический проект профиля среды открытой БИС филиала - 45 -
2.5. Использование подхода открытых систем для оценки развития локальной сети банковского филиала - 45 -
Выводы по главе ,-48 -
Глава 3. Методика анализа эффективности сетевой среды предприятия - 49 -
3.1. Выбор показателей оценки эффективности стеков сетевых протоколов -49 -
3.2. Методика оценки показателя избыточности - 52 -
3.3. Методика оценки показателя производительности - 53 -
3.4. Методика оценки показателя нагрузки на оборудование - 55 -
3.5. Методика оценки показателя стоимости решения - 56 -
3.6. Методика оценки показателя перспективности - 57 -
3.7. Методика расчета обобщенного показателя эффективности стеков протоколов локальных сетей - 58
3.7.1. Приведение значений показателей эффективности к однородным величинам - 58
3.7.2. Расчет весовых коэффициентов - 60
3.7.3. Расчет обобщенного показателя - 63
Выводы по главе - 64
Глава 4. Теоретическое исследование стеков протоколов локальных сетей - 66
4.1. Проблемы исследования эффективности комбинаций стеков протоколов - 66
4.2. Анализ протоколов канального уровня - 68
4.2.1. Анализ технологии Ethernet - 68
4.2.2. Анализ технологии Token Ring - 78
4.3. Анализ протоколов сеансового, сетевого и транспортного уровней - 84
4.3.1. Анализ протокола NETBIOS - 86
4.3.2. Анализ стека протоколов TCP/IP - 87
4.3.3. Анализ стека протоколов IPX/SPX - 92
4.4. Комплексный анализ стеков проколов локальных сетей - 95
Выводы по главе - 98
Глава 5. Экспериментальное исследование эффективности протоколов локальных сетей - 100
5.1. Предварительный анализ объекта тестирования - 100
5.2. Описание методики тестирования - 101
5.3. Модель тестового стенда - 105
5.4. Задачи и схема проведения эксперимента - 106
5.5. Результаты проведенных экспериментов - 108
5.6. Результаты внедрения и практические рекомендации по результатам анализа -116-
Выводы по главе - 120 -
Заключение - 121 -
Список литературы - 125 -
Приложения - 132 -
- Технологические особенности построения локальных сетей банковских филиалов
- Основные требования, предъявляемые к информационной системе банковского филиала
- Приведение значений показателей эффективности к однородным величинам
- Анализ протоколов сеансового, сетевого и транспортного уровней
Введение к работе
Одной из важнейших задач создания и развития сложных информационных комплексов предприятия является повышение общей конкурентоспособности. В качестве примера можно привести банковские информационные системы (БИС), включающие большое число подсистем, таких как центральные вычислительные комплексы, автоматизированные системы обслуживания клиентов, телекоммуникационные системы и т.п.
Бурный этап становления банковской системы в Российской Федерации, приходящийся на начало 90-х годов XX века, сейчас практически завершен. В итоге на рубеже XX-XXI веков в России сложился необходимый правовой и экономический аппарат управления деятельностью коммерческих банков. По заявлениям международного рейтингового агентства Standard & Poor's в настоящее время наблюдается стабильный рост активов российских банков, что связано с преодолением последствий дефолта. Однако при этом наблюдается снижение доходности, что связано с увеличением издержек на поддержание и развитие банковской инфраструктуры [68].
Для повышения конкурентоспособности всей БИС необходимо увеличивать эффективность работы ее компонентов, например, в части локальных сетей ставится задача выбора структуры и параметров настройки стека протоколов. Обычно проблемы возникают в системах, уже функционирующих достаточно длительное время. Это связано с тем, что выбираемые технологии должны быть совместимы со всем парком имеющегося оборудования, но при этом являться перспективными.
Повышение эффективности работы компонентов БИС является комплексной задачей, включающей как экономическую составляющую, так
и техническую и социальную. Одним из способов повышения качества работы БИС может являться оптимизация сетевой среды подразделений, при этом в части глобальных и региональных сетей данная задача обычно сводится к выбору поставщика услуг или готовых решений. Возможность оптимизации в наибольшей мере раскрывается на технологиях локальных сетей, как составляющих основу всей сетевой среды банка. Кроме того, локальные сети в большинстве случаев является собственностью банка.
При проведении анализа сетевой инфраструктуры банка необходимо учитывать не только существующую ситуацию, но и ее изменение, в частности рост числа транзакций числа пользователей и т.п. Для этих целей удобно использовать подход функциональной стандартизации, позволяющий провести анализ взаимосвязи основных банковских функций, типов сетевого трафика и конечных решений, организующих сетевую среду.
Задачи, связанные с построением эффективных банковских информационных сетей, типичны для большинства современных систем связи:
повышение скорости передачи данных;
увеличение объема передаваемых данных;
повышение надежности работы всех компонентов сети;
увеличение числа узлов сети.
Для решения данных задач разработано множество методик и средств, позволяющих улучшить работу на любых уровнях. При этом в основном применяются типовые методы:
выбор сетевой архитектуры максимально полно отвечающей запросам организации и ее развитию [57];
повышение скорости работы приложений за счет оптимизации программного кода [45];
оптимизация сетевого трафика путем выбора набора протоколов [58];
увеличение скорости работы за счет снижения объема служебной информации (настройка параметров протокола) [72, 74].
Несмотря на ценность полученных результатов, использовать их напрямую в целях решения задачи повышения эффективности функционирования банковских информационных сетей затруднительно, так как помимо технических показателей эффективности требуется учитывать показатели эффективности бизнес-процессов в банке. В противном случае из-за необходимости существенных финансовых вложений в техническую модернизацию может произойти снижение общей конкурентоспособности банка.
Другой путь построения сетей - это проведение анализа рынка и выбор готовых конечных решений путем анализа публикаций. Однако, достоверность полеченной информации не всегда можно проверить. Кроме того, в этом случае невозможно учитывать особенность сетевых операций конкретного предприятия. Этот подход в большинстве случаев противоречит поставленной задаче минимизации издержек и может рассматриваться только при необходимости максимального сокращения временных затрат.
Таким образом, становятся очевидными необходимость и актуальность использования комплексного подхода к решению данной задачи, отвечающего следующим требованиям:
простота реализации;
малое время принятия решения;
минимальные затраты;
высокая степень достоверности.
Таким образом, для оптимизации сетевой среды предприятия необходимо решать многокритериальную задачу с использованием набора аль-
тернативных показателей эффективности, отражающих различные требования функционирования системы (технические, экономические, а также перспективность). Методы решения данного класса задач хорошо известны и описаны в [7].
С учетом вышесказанного становится актуальной задача анализа эффективности компонентов информационных систем, в частности сетевой среды, с учетом показателей различного характера. Выбор необходимого набора показателей и методик их измерений является сложной научно-технической задачей. В данной связи основной целью исследования является повышение эффективности использования технологий локальных сетей в банковской сфере для увеличения общей конкурентоспособности всего предприятия. Выбор объекта исследования обусловлен тем, что такие сети являются в большинстве случаев собственностью банка, поэтому решение поставленной в работе задачи может дать здесь наибольший эффект. Использование принципов открытых систем позволяет реализовать в данном случае требование масштабируемости используемых решений. Также следует отметить, что использование решений на основе открытых стандартов обеспечивает эффективное использование финансовых инвестиций на развитие и сопровождение информационной системы предприятия на всех этапах ее жизненного цикла. Дополнительно повышение эффективности работы компонентов информационной системы можно достичь применяя другие показатели, имеющие технический и экономический характер.
Учитывая вышеизложенное, можно выделить следующие основные критерии диссертационной работы:
Цель работы. Основная цель работы заключается в создании методики анализа эффективности компонентов информационных систем для увеличения общей конкурентоспособности предприятия на примере сетевой среды филиала банка.
Объект исследования. Объектом исследования является банковская информационная система филиала.
Предмет исследования. Предметом исследования является сетевая среда банковской информационной системы филиала.
Актуальность работы. Актуальность определяется необходимостью повышения конкурентоспособности предприятий, для чего решается задача анализа эффективности функционирования компонентов информационной системы, в частности технологий локальных сетей, применяемых в подразделениях различного уровня. При этом применение принципов открытых систем позволяет наряду с техническими и экономическими показателями эффективности провести оценку перспективности конечного решения.
Практическая ценность. Практическая ценность данной работы состоит в следующем:
1. Для конкретных финансовых учреждений (банк «Первое ОВК» (ОАО) группа РОСБАНК и компании ЗАО "СТБ КАРД") определен наиболее эффективный стек протоколов филиальных локальных сетей и параметры настройки входящих в него протоколов, что получило подтверждение в процессе экспериментальных исследований и при внедрении.
Разработаны методика и алгоритм комплексного тестирования эффективности стеков протоколов локальных сетей.
Проведено комплексное тестирование эффективности стеков протоколов локальных сетей.
Разработан комплект программ имитационного моделирования для автоматизации тестирования широкого спектра сетевых приложений.
Предложены способы модернизации сетевой инфраструктуры конкретных финансовых учреждений с минимальными финансовыми издержками и высокой перспективностью, практическое внедрение которых позволило повысить производительность локальных сетей примерно на 15% при минимальных финансовых затратах.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
анализ банковской информационной системы;
структурно-функциональное и имитационное моделирование БИС филиала;
построение профиля среды открытой БИС филиала;
разработка методики и алгоритма комплексной оценки эффективности стеков протоколов локальных сетей;
проведение теоретического и практического анализа сетевой среды типового банковского филиала на основе разработанной методики;
определение наиболее эффективного стека протоколов локальных сетей БИС филиала и параметров настройки протоколов, входящих в данный стек.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, многокритериального ана-
лиза, дискретной математики, структурно-функционального и имитационного моделирования, функциональной стандартизации. При разработке программного обеспечения использовался объектно-ориентированный подход.
Научная новизна. Научная новизна данной работы состоит в следующем:
Впервые выполнено структурно-функциональное моделирование БИС филиала, отражающее особенности взаимодействия структурных элементов среды и особенности типовых потоков данных.
Построен профиль среды открытой БИС филиала.
Разработана методика и алгоритм анализа эффективности стеков протоколов локальных сетей, учитывающая технические показатели и показатели бизнес-процессов и обеспечивающие возможность комплексной оценки конечного решения.
В соответствии с разработанной методикой проведены теоретические и экспериментальные исследования стеков сетевых протоколов, используемых в БИС филиалов.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:
модели банковской информационной системы;
профиль среды открытой системы филиала банка;
методика и алгоритм комплексной оценки эффективности сетевой среды банка;
методика и результаты тестирования эффективности стеков протоколов локальных сетей.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждались на ряде всероссийских и международных научно-практических конференциях и семинарах, в частности:
«51-я научно-техническая конференция МИРЭА» (г. Москва, 2002 г.);
«Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию" (г. Москва, 2002 г.);
«X Всероссийская научно-методическая конференция «ТЕЛЕМАТИКА 2003» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.);
«52-я научно-техническая конференция МИРЭА» (г. Москва, 2003 г.);
«Международная школа молодых ученых -ШМУ-ІХ» (г. Кострома, 2004 г.);
научно-методическая конференция академии Информатизации военной науки, образования и конверсии Международной академии информатизации «ИВНОК МАИ» (г. Москва, 2003 г.);
«Семинар профессора Новикова О.П.», Информатизация военной науки, образования и конверсии Международной академии информатизации «ИВНОК МАИ» (г. Москва, 2003 г.);
«53-я научно-техническая конференция МИРЭА» (г. Москва, 2004 г.).
Работа по теме диссертации в части повышения эффективности сетевой среды филиала проводилась на базе филиалов банка «Первое ОВК» (ОАО) группа РОСБАНК. Также разработанная методика оценки эффективности стеков протоколов локальных сетей была применена для анализа локальной сети ЗАО "СТБ КАРД".
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано двенадцать печатных работ, отражающих основные результаты работы.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (75 наименований) и 5 приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 147 страницах машинописного текста, иллюстрированного таблицами и рисунками.
Технологические особенности построения локальных сетей банковских филиалов
При этом набор протоколов на двух верхних уровнях (прикладном и представительском) определяется используемыми программными средствами, реализующими бизнес-функции банка, которые также часто накладывают некоторые ограничения на использование протоколов нижележащих уровней и на сетевую архитектуру в целом. Изменение и модернизация программных комплексов банка является очень дорогостоящей процедурой. В большинстве случаев размер необходимых ресурсов для модернизации настолько велик, что выходит за допустимые рамки и превышает возможные результаты от внедрения новых технологий.
Таким образом, модернизацию наиболее предпочтительно проводить на следующих уровнях: канальном, сетевом, транспортном и сеансовом. Протоколы остальных уровней должны учитываться как постоянные составляющие.
Одна из основных проблем заключается в том, что при внедрении и использовании сетевых протоколов применяются параметры по умолчанию, что часто приводит к неэффективному использованию пропускной способности сети. Кроме того, при выборе набора протоколов, формирующего сетевой стек, часто вопрос решается в пользу наиболее распространенных технологий, не учитывая специфику работы предприятия. Достаточно часто решение о модернизации сети носит характер предложения повышения скорости передачи на канальном уровне (например, переходом от Ethernet 10 Мбит/с к Ethernet 100 Мбит/с). Однако, такой подход не всегда приводит к желаемому результату и также может быть излишне дорог.
Для решения данных задач в основном применяются типовые методы: 1. выбор сетевой архитектуры максимально полно отвечающей запросам организации и ее развитию; 2. повышение скорости работы приложений за счет оптимизации программного кода; 3. оптимизация сетевого трафика путем выбора набора протоколов; 4. увеличение скорости работы за счет снижения объема служебной информации (настройка параметров протокола); Рассматриваемые методики в основном учитывают только одну составляющую эффективности, например, производительность. Хотя ясно, что рост данного критерия в общем случае может отрицательно влиять на критерий стоимости конечного решения. Подводя итоги анализа БИС можно выделить следующие особенности [61]: 1. Для поддержания конкурентоспособности банкам необходимо использовать технологии, позволяющие интегрироваться с клиентскими информационными системами. Использование уникальных технологий для каждого клиента приводит к непозволительному увеличению числа обслуживающего персонала, издержек и усложнению обслуживания системы в целом. 2. Развитие банка связано с увеличением объема передаваемой информации, а также с ростом числа и разнообразия внешних систем как конечных клиентов, так и партнеров. В связи с этим часто встает проблема ограниченности существующих систем обработки информации и связи. 3. Вследствие особенности банковской информации все финансовые операции носят четко выраженный сетевой характер, то есть любая операция может быть определена по объему, времени выполнения и частоте. 4. Обладая четко выраженной централизованной архитектурой, банковская система получает все преимущества и недостатки данного подхода к построению систем. 5. При построении информационной сети банковских подразделений необходимо учитывать периодичность сетевой нагрузки в соответствии с графиками финансовых операций. 6. Разнообразие технологических компонентов, формирующих сетевую среду филиала банка, часто приводит к неоптимальному использованию имеющихся возможностей сети. 7. При построении и модернизации банковских информационных сетей необходимо учитывать большое количество факторов, влияющих как на выбор конкретных решений (архитектур, протоколов), так и их реализаций и настроек. Перечисленные аспекты хорошо укладываются в схему «особенности-факторы», описывающую специфику работы банковской информационной среды филиала и те внешние и внутренние факторы, которые влияют на ее формирование и работу [60, 66] (рис.1.8.). Из приведенной схемы можно выделить два основных противоречия: 1) между увеличением числа разнородных контрагентов и ограничением технологических и человеческих ресурсов; 2) между увеличением объема передаваемой информации и ограниченными возможностями существующих телекоммуникационных систем. Первое противоречие определяет необходимость использования стандартизации на основе открытых технологий. Данный подход позволяет определить набор возможных конечных решений, обеспечивающих требуемый уровень масштабируемости и уменьшение производственных издержек. Второе противоречие определяет необходимость оптимизации сетевой среды филиала банка за счет выбора протоколов стека локальной сети и нахождение оптимальных параметров настройки данных протоколов. Отсюда вытекает постановка цели данного исследования - создание методики анализа эффективности сетевой среды с использованием технологий открытых информационных систем для увеличения общей конкурентоспособности предприятия. Обобщенная схема исследования при этом выглядит следующим образом: 1. Анализ и структурно-функциональное и имитационное моделирование БИС филиала для определения основных банковских функций и формируемых ими сетевых потоков. 2. Построение профиля среды открытой БИС филиала банка для оценки формируемого данными функциями сетевого трафика, выбора возможных технических решений их реализации, а также оценке масштабируемости выбранных решений. 3. Разработка методики комплексной оценки эффективности стеков протоколов локальных сетей для возможности проведения анализа сетевой среды на предмет необходимости ее модернизации для поддержки необходимых банковских функций. 4. Проведение теоретического и практического анализа сетевой среды типового банковского филиала на основе разработанного метода. 5. Определение наиболее эффективного стека протоколов локальных сетей банковского филиала и параметров настройки протоколов, входящих в данный стек.
Основные требования, предъявляемые к информационной системе банковского филиала
Для оценки перспективы развития ЛСБФ результаты стадии физического проекта необходимо сопоставить с реальными условиями его функционирования, то есть сопоставить основные функции с сетевой нагрузкой. Распределение данной нагрузки наиболее удобно рассматривать с учетом числа пользователей и объема данных для каждой функции. Результаты анализа функционирования типового банковского филиала очень четко страиваются в матрицу взаимосвязи функциональных служб и технологических требований (см. табл. 2.5), которая является формализованным описанием сетевой среды !Р(см. формулу 1.1.).
Рассматривая каждую функциональную службу с учетом типов трафика, используемого при ее формировании, можно построить таблицу, показывающую распределение всего сетевого трафика (см. табл. 2.6).
Анализируя полученный с помощью таблицы 2.6 суммарный трафик можно выделить преобладание данных первого типа (1 - 100 Кб) в банковских сетях. Данный результат совпадает с результатами прямого измерения сетевого трафика ЛСБФ (см. табл. 1.2.).
Таблицы 2.5 и 2.6 очень удобно использовать для анализа развития банковского филиала. Допустим, в данном году руководителями банка планируется увеличить долю кассового обслуживания на 20% в связи с маркетинговой программой кредитования населения. При этом из таблицы 2.5 можно легко найти, что необходимое число персонала отделений, прикрепленных к типовому филиалу и отвечающих за кассовое обслуживание должно увеличиться с 50 человек до 60 (50 чел. + 20%). Далее из таблиц 2.5 и 2.6 можно определить, что прирост трафика в данном случае составит всего 40 Мб в день (200 МБ + 20%). При этом это будет только прирост данных первого типа. Учитывая, что общий объем сетевого трафика составляет 11,5 Гб в день, предполагаемые изменения практически не окажут влияния на работу ЛСБФ. Таким образом, изменений в структуру сети вносить не потребуется.
По завершении этапа физического проектирования заказчик должен произвести закупку и внедрение решений, отвечающих требованиям, отраженным в разработанном профиле. Однако, стандарты, указанные в профиле, часто представляют собой набор спецификаций и рекомендаций по данному решению. На этапе эксплуатационного проектирования необходимо провести тестирование и выбрать не только конечные продукты, например, сетевые протоколы, но и параметры, реализующие оптимальное решение. Вопросу решения данной задачи посвящены остальные главы данной работы.
Выводы по главе В данной главе решены следующие задачи: 1) построен профиль среды открытой БИС филиала, определяющий набор возможных конечных решений, обеспечивающих требуемый уровень масштабируемости и уменьшение производственных издержек; 2) определено множество стеков протоколов, образующих сетевую среду, которые могут быть использованы при проектировании, создании и модернизации типового банковского филиала; 3) определены взаимосвязи основных функций банковского филиала с протоколами, определяющими сетевой стек, так и с различными типами трафика с использованием подхода открытых систем; 4) проведено планирование и оценка развития БИС с учетом возможных изменений базнес-требований на основе матрицы взаимосвязи функциональных служб и технологических требований, а также используя таблицу расчета объема трафика различного типа с учетом функциональных служб. Профиль среды открытой БИС филиала, полученный во второй главе, описывает набор решений, обеспечивающих требуемую функциональность банковского комплекса. Однако применение данных решений без дополнительных исследований не гарантирует достижения требуемого уровня эффективности. Это связано с тем, что стандарты и рекомендации, входящие в профиль, часто описывают общие правила работы и диапазон возможных значений параметров. В данной главе рассматривается методика оценки эффективности стеков протоколов локальных сетей. В соответствии с задачей исследования рассматриваемая методика позволяет провести анализ сетевой среды для нахождения оптимального набора сетевых протоколов локальной сети для выполнения основных бизнес-функций. При этом для достижения результата метод учитывает как теоретическую, так и экспериментальную составляющие. Для удобства практического использования результаты исследования сводятся в таблицу эффективности наборов протоколов, отражающую комплексную оценку стеков протоколов локальных сетей.
Приведение значений показателей эффективности к однородным величинам
В соответствии с разработанной методикой анализа эффективности стеков протоколов одной из основных составляющих является теоретический анализ. Проблемам сравнения работы отдельных протоколов различных уровней посвящено большое количество работ [13, 25, 32, 36, 53, 58, 68]. В данных работах рассматриваются в основном вопросы сравнения протоколов по одному показателю - производительность. Комплексная оценка производительности стеков протоколов упоминается в работах по анализу сетевых приложений, таких как WEB-сервера, почтовые сервера, сервера баз-данных и т.п. [9, 10].
В данной главе рассматривается применение комплексной методики оценки стеков протоколов локальных сетей для банковского филиала. Основная часть посвящена теоретическому нахождению и оценке оптимальных параметров сетевых протоколов. Дополнительно проведен комплексный анализ эффективности стеков протоколов локальных сетей на основе разработанной методики и алгоритма.
При отдельном рассмотрении протоколов учитываются все возможные показатели оценки эффективности. Однако некоторые показатели могут использоваться только с протоколами канального уровня и при комплексной оценке всего стека протоколов.
Работа сетевых приложений зависит от множества различных параметров, таких как реализация программных алгоритмов, числа клиентов, интенсивности передачи и объема данных, мощности аппаратной составляющей хостов и т.п. Однако производительность данных приложений в реальных условиях часто значительно ниже, чем рассчитывает и заявляет разработчик.
В основном проблемы возникают на уровнях, расположенных ниже уровня приложений и связаны с неправильным конфигурированием элементов сетевой архитектуры, таких как сетевые протоколы, сетевая архитектура, настройка сетевых устройств [74]. Также производительность приложений может быть значительно снижена из-за применения неверных параметров настроек протоколов, так как более 30 % сетевого трафика составляет служебная информация [43].
Как уже было отмечено, для повышения эффективности работы сетевых приложений необходимо учитывать большое число показателей. Для оптимизации процесса расчета эффективности необходимо применять комплексную методику, отражающую различные факторы, влияющие на производительность. В данной работе при теоретическом анализе применяемых протоколов рассмотрены следующие показатели: избыточность, производительность, нагрузка на оборудование, стоимость оборудования,перспективность.
Проведенные исследования работы стандартного банковского филиала выявили следующие особенности, которые необходимо учитывать при проведении теоретического анализа и выбора стеков сетевых протоколов: 1) среднее количество серверов и клиентских станций в одном сетевом сегменте не превышает 10 штук; 2) более 80 % сетевого трафика представляет собой доступ к базам данных и передачу файлов различного размера (см. рис. 1.7); 3) в сети в основном присутствует трафик вида многие-к-одному (см. рис.1.5). Для теоретического анализа выбраны следующие элементы сетевой архитектуры, полученные в результате построения профиля среды открытой БИС банка: возможные протоколы сеансового, транспортного и сетевого уровней: NETBIOS, TCP/IP, IPX/SPX; возможные протоколы канального уровня: Ethernet lOBaseT, Ethernet 100BaseT, Token Ring 4/16; физическая топология: звезда; среда передачи: неэкранированная витая пара 5-й категории. 4.2. Анализ протоколов канального уровня В настоящее время наиболее популярными технологиями локальных сетей являются Ethernet и Token Ring. При этом Ethernet более распространен за счет относительной простоты реализации и сравнительно небольшой стоимости. В тоже время технология Token Ring, рассчитанная на загруженные сети, наиболее часто применяется в сетях, в которых имеются мейнфреймы и миниЭВМ, реализующие работу банковских приложений. Рассмотрим данные технологии в соответствии с вышеперечисленными критериями. Ethernet в настоящее время является самой распространенной технологией локальных сетей [4, 11, 14, 18, 23, 34]. На сегодня в локальных сетях банков наиболее часто встречаются следующие две скорости работы по неэкранированной витой паре: 10 Mbps-10 Base Ethernet; 100 Mbps—Fast Ethernet; При этом сети Ethernet строятся как на основе концентраторов (реализующих единую среду передачи), так и на основе коммутаторов (реализующих систему переключения каналов). Для удобства дальнейшего анализа будем обозначать 10 Base Ethernet на основе концентратора как «Ethernet 10 shared», а 10 Base Ethernet на основе коммутатора «Ethernet 100 switch» и т.д. Таким образом, для анализа локальных сетей банковских филиалов применяются следующие варианты технологий Ethernet:
Анализ протоколов сеансового, сетевого и транспортного уровней
При определении производительности применяется та же технология, что и для Ethernet, кроме ряда особенностей: Размер служебной информации пакета Token Ring составляет 168 бит. Стандартом разрешена передача пакета с пустым полем полезной информации.
При слабой загруженности сети маркер обычно просто циркулирует по пустому кольцу. Потом какая-нибудь станция схватит его, передаст кадр и снова выпустит маркер. Однако при сильной загруженности на каждой станции образуется очередь, и как только станция закончит передачу и пошлет маркер, следующая за ней станция удалит маркер и начнет передачу. Производительность сети приближается в такой ситуации к 100 процентам.
Один из способов сокращения непроизводительных затрат — пересылка нескольких кадров с одним маркером, вместо ожидания (задержка равна 400 бит) следующего получения маркера для передачи очередного кадра (предполагается, что другие станции кольца не имеют данных для передачи).
Этот способ разрешен в Token Ring. К сожалению, большая часть производителей драйверов сетевых адаптеров не разобралась в этой идее и продолжает пересылать по одному кадру с каждым маркером. Для оценки производительности определим время, необходимое драйверу сетевого адаптера для отправки кадра, длина которого больше 1518 байт.
В Token Ring до освобождения маркера станции разрешено посылать данные в течение 9.1 мс (9100 мкс). За это время станция может передать один большой кадр или несколько маленьких. При скорости 4 Мбит/с байты отправляются с частотой 1/500000 байт/с, или 2 мкс/байт. За 9100 мкс можно передать 9100 мкс/ 2 мкс/бит = 4550 байт, что весьма близко к максимальному значению, равному 4472 байтам.
Ограничение размера 4472 байтами позволяет мостам с маршрутизацией от источника добавить сведения о пути в свои широковещательные кадры. А это увеличивает размер кадра.
Для колец со скоростью 16 Мбит/с время удержания маркера остается тем же, что и в сетях 4 Мбит/с. Следовательно, здесь максимальный размер кадра равен 4550 байтам (16 Мбит/с /4 Мбит/с) = 18 200 байт.
Как и в Ethernet, в Token Ring максимальная скорость пересылки пакетов зависит от размера пакетов. В кольце со скоростью 16 Мбит/с (или 16 млн. бит/с) можно передавать 16000000 бит/с /8 бит/байт = 2 миллиона байт/с. Но в отличие от Ethernet, здесь не требуется формирование кадра с минимальным размером, равным 64 байтам. Кадр Token Ring может быть меньше 30 байт для отдельных протоколов. Например, в протоколе опроса LLC. Если в 16 Мбит/с Token Ring используются только 30-байтные кадры, то теоретически частота передачи кадров составит 2 миллиона байт/с / 30 байт/пакет = 66 666 кадров/с.
Другое предельное значение частоты передачи достигается при использовании кадром длиной 18 200 байт: 109 кадров/с.
Разумеется, скорость передачи пакетов значительно возрастает для пакетов небольшой длины, хотя в этом случае возникают дополнительные накладные расходы. В Token Ring они не столь велики, как в Ethernet, однако все равно необходим межкадровый интервал, связанный с задержкой распространения кадра по кольцу перед приемом маркера и отправкой данных. Следовательно, максимальная загруженность в Token Ring достигается при небольшом числе станций в коротком кольце или при нескольких станциях, активно посылающих кадры в длинном кольце. В Ethernet дело обстоит иначе: чем меньше станций, тем полнее используется полоса пропускания. В отличие от Token Ring, в Ethernet вероятность конфликтов увеличивается с ростом числа станций, но станции Ethernet не нужно ожидать маркер для пересылки данных. На практике мы обычно имеем относительно малый межкадровый интервал.
Как правило, трудно найти полнодуплексную Token Ring с парой станций, загружающих полосу пропускания больше, чем на 50-75%. Как и в Ethernet, чем больше кадр, тем лучше (с точки зрения максимизации используемой полосы пропускания).
