Αρχιτεκτονική Δικτύων

Απόδοση Δικτύου
Όπως όλα σχεδόν τα συστήματα, έτσι και τα δίκτυα Η/Υ πρέπει να σχεδιάζονται υπό τον περιορισμό (ή την επιθυμία) της μεγαλύτερης δυνατής απόδοσης. Πώς όμως μετράμε την απόδοση του δικτύου; Συγκεκριμένα, ποια είναι η απόδοση του δικτύου κατά τη μεταφορά μιας ροής δεδομένων από ένα άκρο του σε ένα άλλο άκρο του; Δύο μετρήσιμοι όροι που χρησιμοποιήθηκαν ευρέως κατά το παρελθόν για το χαρακτηρισμό της απόδοσης δικτύου είναι η διαμετακομιστική ικανότητα (throughput) και η καθυστέρηση μεταφοράς (latency).

Διαμετακομιστική ικανότητα
Η διαμετακομιστική ικανότητα συνήθως εκφράζεται ως το πλήθος των bits που μπορούν να μεταφερθούν αξιόπιστα μέσα από το δίκτυο σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. π.χ. ένα δίκτυο με διαμετακομιστική ικανότητα 10 Mbps περιμένουμε ότι θα μπορεί να μεταφέρει από άκρο σε άκρο, χωρίς σφάλματα, 10 εκατομμύρια bits στο χρόνο του ενός δευτερολέπτου. Σε γενικές γραμμές, η διαμετακομιστική ικανότητα ενός δικτύου Η/Υ είναι ένας πολύ σύνθετος παράγοντας, ο οποίος εξαρτάται από τους ρυθμούς μετάδοσης των μεταγωγέων, από τις λειτουργίες ελέγχου και διαχείρισης κυκλοφορίας που εκτελούνται στους μεταγωγείς και από το ρυθμό εμφάνισης σφαλμάτων κατά τη μεταφορά δεδομένων. Εάν η δικτυακή εφαρμογή που θέλουμε να εκτελέσουμε απαιτεί τη μεταφορά αρχείων μεγάλου μεγέθους (π.χ., η ανάκτηση άρθρων από ψηφιακή βιβλιοθήκη), τότε η διαμετακομιστική ικανότητα είναι καθοριστικός παράγοντας χαρακτηρισμού της απόδοσης του δικτύου.

Καθυστέρηση μεταφοράς
Η καθυστέρηση μεταφοράς εκφράζει το χρονικό διάστημα που απαιτείται για να μεταφερθεί ένα bit από ένα άκρο του δικτύου σε ένα άλλο άκρο και ισούται με το ακόλουθο άθροισμα: Καθυστέρηση Μεταφοράς=Χρόνος Διάδοσης + Χρόνος Μετάδοσης + Χρόνος Αναμονής. Ο πρώτος όρος του αθροίσματος είναι ο απαιτούμενος χρόνος για να διαδοθεί ένα bit διαμέσου των φυσικών μέσων που συνθέτουν την από άκρο-σε-άκρο διαδρομή. Επειδή τίποτα δεν μπορεί να διαδοθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός, ο χρόνος διάδοσης έχει ως κάτω φράγμα το πηλίκο της απόστασης των δύο άκρων διά την ταχύτητα διάδοσης του φωτός. Ο χρόνος μετάδοσης ισούται με τον αντίστροφο της διαμετακομιστικής ικανότητας της διαδρομής του δικτύου. Π.χ. σε μία διαδρομή με διαμετακομιστική ικανότητα 10 Mbps, ο χρόνος μετάδοσης ενός bit θα είναι ίσος με 0.1 μsec. Τέλος, ο χρόνος αναμονής ισούται με το χρόνο που περιμένει το πακέτο στον προσωρινό ενταμιευτή του κάθε μεταγωγέα μέχρι να εξυπηρετηθεί. Ο ακριβής υπολογισμός του χρόνου αναμονής είναι ένα δύσκολο πρόβλημα, και, τουλάχιστον από όσα γνωρίζουμε, μπορούμε να εκφράσουμε προσεγγιστικές εκτιμήσεις μόνο για μερικές ειδικές κατηγορίες δικτύων. Στα σύγχρονα δίκτυα ο χρόνος διάδοσης αποτελεί τον κυρίαρχο όρο στο άθροισμα υπολογισμού της καθυστέρησης μεταφοράς. Εάν η δικτυακή εφαρμογή που θέλουμε να εκτελέσουμε απαιτεί μικρούς χρόνους απόκρισης και ανταλλάσσει αρχεία μικρού μεγέθους μεταξύ των πελατών και των εξυπηρετητών της (π.χ. τηλεειδοποίηση ή τηλεέλεγχος), τότε η καθυστέρηση μεταφοράς παίζει σημαντικό ρόλο στο χαρακτηρισμό της απόδοσης δικτύου.

Σχόλιο Μελέτης

Δύο μετρήσιμοι όροι που χρησιμοποιήθηκαν ευρέως κατά το παρελθόν για το χαρακτηρισμό της απόδοσης δικτύου είναι η διαμετακομιστική ικανότητα (throughput) και η καθυστέρηση μεταφοράς (latency)

Χαρακτηρισμός της απόδοσης του δικτύου
Οι δύο όροι που παρουσιάσαμε στις προηγούμενες παραγράφους χρησιμοποιήθηκαν ευρέως κατά το παρελθόν για να χαρακτηρίσουν την απόδοση ενός δικτύου. Αξίζει να παρατηρήσουμε ότι, μέχρι πρόσφατα, οι δικτυακές εφαρμογές δεν είχαν ιδιαίτερες απαιτήσεις ποιότητας εξυπηρέτησης (Quality of Service – QoS) από το δίκτυο. π.χ. δε νομίζω ποτέ κανένας χρήστης να ξεκίνησε τη μεταφορά αρχείου από απομακρυσμένο κόμβο έχοντας προσυμφωνήσει με το δίκτυο έναν αυστηρό χρόνο παράδοσης. Στα σύγχρονα δίκτυα, όμως, αρχίζουν να εμφανίζονται και διάφορες υπηρεσίες που έχουν πολύ αυστηρούς περιορισμούς στη λαμβανομένη από το δίκτυο ποιότητα εξυπηρέτησης. π.χ. στην εκπομπή κινούμενης εικόνας, η διακύμανση της καθυστέρησης μεταφοράς πακέτου δε θέλουμε να υπερβαίνει μία συγκεκριμένη τιμή. Πράγματι, στην εκπομπή κινούμενης εικόνας κάθε στιγμιότυπο (καρέ) μεταδίδεται στο δίκτυο με σταθερό ρυθμό, συνήθως ίσο με 30 καρέ/sec. Έτσι, κατά την είσοδό του στο δίκτυο, κάθε καρέ απέχει από το προηγούμενό του και το επόμενό του χρόνο ίσο με 33 msec. Το κάθε καρέ, κατά τη μεταφορά του από το δίκτυο, υπομένει διαφορετική καθυστέρηση από τα υπόλοιπα καρέ. Αν η διαφορά στην καθυστέρηση που έχουν υποστεί δύο διαδοχικά καρέ υπερβαίνει τα 33 msec, τότε το δεύτερο καρέ δε θα είναι διαθέσιμο προς απεικόνιση στην ώρα του, με συνέπεια μια στιγμιαία παραμόρφωση της λαμβανόμενης εικόνας. Κατά συνέπεια, αναμένουμε ότι για το χαρακτηρισμό της απόδοσης ενός μελλοντικού δικτύου θα πρέπει να συνυπολογίζουμε και τα προκαθορισμένα και προσυμφωνημένα όρια αποδεκτής ποιότητας εξυπηρέτησης των διαφόρων κλήσεων.

Δραστηριότητα

Με όσα έχετε διαβάσει μέχρι τώρα προσπαθήστε να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Τι εκφράζει η διαμετακομιστική ικανότητα;

2. Τι εκφράζει η καθυστέρηση μεταφοράς;

Επιλέξτε τον σύνδεσμο για να δείτε την δική μας απάντηση. ΑΠΑΝΤΗΣΗ