IT-Reviews    

ОСОБЕННОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Рекомендуем: Как снять передний бампер Лада Калина
Источник:
Беневоленский С.Б. Нагорных Д.Н. Статья в формате PDF 123 KB

Проблема нехватки пропускной способности в вычислительных сетях в настоящее время является наиболее актуальной. Данная проблема связана с постоянно увеличивающейся степенью информатизации общества и усложнением задач, решаемых с использованием вычислительной техники. Другими словами, постоянно возрастает объём передаваемого между узлами сети трафика, и некоторый момент вычислительная сеть перестает справляться с нагрузками, что заставляет узлы снизить скорость подачи информации в сеть и, следовательно, процессы требующие поступления новых данных вынуждены простаивать в ожидании. Для борьбы с названной выше проблемой применяется большое количество различных методов. Ниже мы приведем их классификацию и рассмотрим их основные характеристики.

Положим в основе классификации способов решения проблемы нехватки пропускной способности в вычислительных сетях типы узлов сети, применяемые в каждом из этих способов. В состав локальной вычислительной сети может входить конечное сетевое оборудование (ноутбуки, серверы и т.д.), которое будет соответствовать узлам первого типа, и промежуточное сетевое оборудование (коммутаторы, маршрутизаторы и т.д.), которое будет соответствовать узлам второго типа. Объединим способы, осуществляемые на узлах первого типа в группу I, а способы, осуществляемые на узлах второго типа в группу II. Таким образом, к группе I можно отнести способы SCTP и сжатие информации, а к группе II способы ECMP, OSPF и MLT.

Охарактеризуем каждый из вышеперечисленных методов.

В основе всех методов сжатия лежит простая идея: если представлять часто используемые элементы короткими кодами, а редко используемые - длинными, то для хранения блока данных требуется меньший объем памяти, чем, если бы все элементы представлялись кодами одинаковой длины. Если нам известно распределение вероятностей элементов, генерируемых источником, то мы можем представить данные наиболее компактным образом. Среди существующих методов сжатия данных можно выделить две группы: словарные методы сжатия и методы контекстного моделирования.

Идея словарных методов состоит в замене строк символов на такие коды, что их можно трактовать как индексы строк некоторого словаря. Образующие словарь строки будем далее называть фразами. При декодировании осуществляется обратная замена индекса на соответствующую ему фразу словаря. К алгоритмам словарного сжатия можно отнести алгоритмы LZ77 и LZ78, разработанные совместно Зивом (Ziv) и Лемпелом (Lempel). В дальнейшем первоначальные схемы подвергались множественным изменениям, в результате чего мы сегодня имеем десятки достаточно самостоятельных алгоритмов и бессчетное количество модификаций. LZ77 и LZ78 являются универсальными алгоритмами сжатия, в которых словарь формируется на основании уже обработанной части входного потока, то есть адаптивно. Принципиальным отличием является лишь способ формирования фраз. В модификациях первоначальных алгоритмов это свойство сохраняется. Поэтому словарные алгоритмы Зива-Лемпела разделяют на два семейства - алгоритмы типа LZ77 и алгоритмы типа LZ78. Иногда даже говорят о словарных методах LZ1 и LZ2.

Теперь обратимся к методам контекстуального моделирования. Применение методов контекстного моделирования для сжатия данных опирается на идею сжатия с помощью «универсальных моделирования и кодирования» (Universal Modeling and Coding), предложенную Риссаненом и Лэнгдоном в 1981 году. В соответствии с данной идеей процесс сжатия состоит из двух самостоятельных частей: моделирование и кодирование. Под моделированием понимается построение модели информационного источника, породившего сжимаемые данные, а под кодированием - отображение обрабатываемых данных в сжатой форме представления на основании результатов моделирования. Существует большое число компрессоров, использующих контекстное моделирование. Самыми популярными из них являются: HA, автор Гарри Хирвола, RK, автор Малькольм Тейлор, PPMN, автор Максим Смирнов, PPMd и PPMonstr, автор Дмитрий Шкарин, WinRAR, автор Евгений Рошал.

Повышения пропускной способности в вычислительных сетях можно достичь с использованием протокола SCTP, используя параллельную передачу информации по нескольким каналам, для чего каждая ЭВМ оснащается 2 или более портами, которые подключаются в различные более простые неуправляемые или управляемые коммутаторы, создавая несколько возможных путей прохождения информации между ЭВМ. При этом при отказе одного из каналов или коммутаторов информация передаваемая по этому пути не теряется, а передача повторяется по оставшимся каналам, кроме того, передаваемая информация распределяется между имеющимися каналами с учетом их взаимовлияния и имеющихся потоков TCP.

Распределение информации по нескольким путям выполняет специальный драйвер транспортного уровня. Драйвер подменяет существующий протокол TCP (переопределяет его интерфейс) в ядре и тем самым позволяет всем приложениям, использующим TCP, воспользоваться преимуществами параллельной передачи данных. С целью поддержки взаимодействия между ЭВМ и коммутационной аппаратурой или другой аппаратурой реализующий только стек TCP/IP процедура установления соединения выполняется в два этапа. Сначала делается попытка установить соединение с использованием протокола параллельной передачи данных, а при неудачной попытке производится установка соединения с использованием протокола TCP.

К преимуществам такого подхода можно отнести:

  • снижение стоимости организации надежной вычислительной сети;
  • повышение пропускной способности;
  • нет необходимости в доработке существующего ПО, для повышения надежности и пропускной способности;
  • прозрачная для пользователя возможность работы как с ЭВМ реализующими TCP (т.е. с устройствами поддерживающими только стек TCP/IP), так и с ЭВМ реализующими распараллеливание передачи информации.

Протокол Equal-Cost Multi-Path (ECMP) описан в стандарте IETF RFC-2992. ECMP работает совместно с протоколами маршрутизации, такими как RIP и OSPF, и позволяет установить несколько равноценных маршрутов для передачи данных. Маршрут может быть создан как между двумя непосредственно подключенными друг к другу маршрутизаторами или коммутаторами, так и проходить через несколько устройств в сети. Таким образом, ECMP обеспечивает механизм равномерного распределения потока данных через несколько сетевых соединений. В случае отказов переключение с неработающего маршрута на работающие происходит за доли секунды.

Сформулируем преимущества и недостатки этого протокола.

Преимущества OSPF:

  • для каждого адреса может быть несколько маршрутных таблиц, по одной на каждый вид IP-операции (TOS);
  • каждому интерфейсу присваивается безразмерная цена, учитывающая пропускную способность, время транспортировки сообщения. Для каждой IP-операции может быть присвоена своя цена (коэффициент качества);
  • при существовании эквивалентных маршрутов OSFP распределяет поток равномерно по этим маршрутам;
  • поддерживается адресация субсетей (разные маски для разных маршрутов);
  • при связи точка-точка не требуется IP-адрес для каждого из концов;
  • применение мультикастинга вместо широковещательных сообщений снижает загрузку не вовлеченных сегментов.

Недостатки OSPF:

  • Трудно получить информацию о предпочтительности каналов для узлов, поддерживающих другие протоколы, или со статической маршрутизацией.
  • OSPF является лишь внутренним протоколом.

MLT соединения, описанные в стандарте IEEE 802.3ad, предоставляют очень эффективный и удобный метод распределения нагрузки между несколькими физическими соединениями. Одна из проблем при использовании IEEE 802.3ad/MLT состоит в том, что все каналы внутри одного MLT соединения должны заканчиваться на одном коммутаторе или стеке коммутаторов. Это является большой проблемой в случае, когда есть необходимость обеспечить отказоустойчивость на уровне центрального коммутатора (т.е. подключить удаленные коммутаторы сразу к двум центральным), что является важным для обеспечения надежности сети в 99,999%. Первым способом обеспечения такого подключения является совместное использование MLT и STP. Вторым способом - использование "чистого" STP или Rapid-STP, а третьим - использование SMLT. Третий способ является самым оптимальным, SMLT значительно превосходит STP и RSTP, поскольку он позволяет каналам MLT заканчиваться на разных коммутаторах, одновременно обеспечивая распределение нагрузки и восстановление после отказа за доли секунды. Тогда как STP и RSTP очень сложны в настройке (при необходимости распределения нагрузки) и требуют большого времени для восстановления сети.

Таким образом, для решения проблемы нехватки пропускной способности можно идти различными путями, как-то: использование специального коммутационного оборудования, применение алгоритмов сжатия информации и/или протоколов параллельной передачи данных на конечных устройствах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2003. - 960 с.
  2. Janadrhan R. Iyngar - End-to-end concurrent multipath transfer, - University of Delaware, 2006. - 123 c.
  3. У. Ричард Стивенс Протоколы TCP/IP Практическое руководство:Пер. с англ. - Санкт-Петербург, 2003. - 671 с.
  4. Alberto Leon-Gacia & Indra Widjaja. Communication Networks, - McGraw-Hill, 2001. - 889 с.



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Статья в формате PDF 115 KB...

12 06 2021 16:23:49

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ КАПИТАЛ В ЯДЕРНОМ ТЭК РОССИИ

Статья в формате PDF 108 KB...

10 06 2021 5:38:54

О СПОСОБАХ ОБОГАЩЕНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В АППАРАТАХ ЛОТКОВОГО ТИПА

В статье описаны способы гравитационного извлечения мелкого золота из золотосодержащего минерального сырья в аппаратах лоткового типа, показан механизм движения и распределения частичек относительно их удельного веса в потоках перерабатываемой пульпы. Даны предпосылки для создания необходимых устройств с целью осуществления описанных способов. ...

07 06 2021 23:56:21

К СТРАТЕГИИ ОБРАЗОВАНИЯ XXI ВЕКА

Статья в формате PDF 154 KB...

04 06 2021 6:20:13

КЛАССИЧЕСКАЯ ФИЗИКА НА ГНИЛОМ ФУНДАМЕНТЕ (КАТАСТРОФА В МЕХАНИКЕ )

1. Второй закон Ньютона в катастрофе это неоспоримый факт. 2. Нужно думать, что после такой катастрофы вся классическая физика полетит к чёрту, вместе с физиками, которые попытаются её защищать. 3. Учёные физики всех стран попали в капкан у них дилемма: или они признают теорию Ростовцева или им грозит скамья подсудимых за ложную науку и обман человечества. ...

03 06 2021 15:19:43

ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СЕРДЦА СТУДЕНТОВ В ТЕЧЕНИИ СЕМЕСТРА В РАЗНЫЕ ДНИ НЕДЕЛИ

Исследованы показатели сердечнососудистой системы (систолическое, диастолическое давление, частота сердечных сокращений, пульсовое давление и минутный объем крови) у студентов обоего пола среднего учебного заведения в условиях учебной нагрузки до и после занятий в разные дни недели в начале и конце семестра. Возраст участников исследования составлял 18–20 лет. При анализе результатов выявлены половые и циркосептальные особенности реакции сердечнососудистой системы на учебную нагрузку. Было установлено, что в течение недели после учебной нагрузки происходит снижение артериального давления, особенно у девушек, причем в начале семестра изменения в большей степени выражены в первой половине недели. Результаты свидетельствуют о развитии утомления и снижении адаптационных процессов, что необходимо учитывать при составлении расписания занятий и планировании учебной нагрузки. ...

31 05 2021 20:12:54

Природа времени

Данная работа посвящена обоснованию несостоятельности современных путей решения вопроса о природе времени. Авторами показана абстрактность этих подходов, а также подчеркивается, что при создании научных теорий, описывающих материю, присутствует идеализация времени. Необходимо отметить, что в процессе решения данного вопроса нельзя забывать о сущности материи. До тех пор пока не будет понимания сущности материи, не будет понимания и природы времени. Поэтому авторы предлагают не создавать отдельных гипотез природы времени, а направить силы на понимание сущности материи. Для этого необходимо рассмотреть в более широком аспекте саму материю и те типичные процессы, в которые она включается. Только через решение вопроса о сущности материи можно прийти к пониманию природы времени. ...

30 05 2021 15:55:25

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИИ РАЗЛИЧНЫМИ РЯДАМИ ФУРЬЕ

Статья в формате PDF 648 KB...

29 05 2021 16:57:58

ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА (электронное учебное пособие)

Статья в формате PDF 103 KB...

26 05 2021 1:23:18

МЕСТО ТРАДИЦИОННОЙ ПИЩИ В ОБРЯДОВОЙ КУЛЬТУРЕ МОРДВЫ

Статья в формате PDF 141 KB...

22 05 2021 6:54:32

ДИАЛЕКТИКА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО КАПИТАЛА И ПЕРСОНАЛА БАНКА

Статья в формате PDF 117 KB...

20 05 2021 11:15:25

АНАЛЬГЕТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОТВАРОВ КОРЫ И ОДНОЛЕТНИХ ПОБЕГОВ ИВЫ БЕЛОЙ

Объект исследования – ива белая, которая распространена практически по всей территории Европейской части России. За рубежом препараты и Б А Д из различных видов ивы активно применяются при заболеваниях суставов. В соответствии с Руководством по доклиническому изучению новых фармакологических веществ ( Р. У. Хабриев, 2005) оценивали эффективность анальгетического действия и токсичность отваров коры и однолетних побегов ивы белой на мышах. Отвары коры и побегов ивы относятся к классу малоопасные соединения и проявляют выраженную анальгетическую активность, сопоставимую с препаратом сравнения анальгином (метамизол). ...

17 05 2021 1:54:16

МЕЛКИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИЕ В ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ УРБАНИЗАЦИЕЙ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ

По комплексу признаков оценили трансформированные урбанизацией лесные фитоценозы, и населяющие их сообщества мелких млекопитающих в лесопарково-парковой зоне крупного промышленного центра. Выявили, что хотя и наблюдаются общие закономерности в группировке фито- и зооценозов в зависимости от уровня и характера урбаногенного воздействия, но между ними нет полного соответствия. Специфика сообществ мелких млекопитающих определяется не только эдафо-растительными условиями. Ведущим параметром в трансформации сообществ является рекреация и сопровождающие ее факторы. ...

04 05 2021 2:43:55

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА РЕГИОНА

Статья посвящена авторской методологии прогнозирования экономического потенциала региона на примере Краснодарского края. В ходе научных исследований был разработан оригинальный математический аппарат, позволяющий оценить основные экономические показатели региона, который применяется для социально-экономического прогноза региона на текущий и перспективный периоды. Описательная часть содержит основные подходы и этапы эффективного экономического прогнозирования региона. ...

01 05 2021 17:14:17

Еще:
Обзоры -1 :: Обзоры -2 :: Обзоры -3 :: Обзоры -4 :: Обзоры -5 :: Обзоры -6 :: Обзоры -7 :: Обзоры -8 :: Обзоры -9 :: Обзоры -10 :: Обзоры -11 ::

Последовательность подготовки научной работы может быть такой:

Выбор темы. Это важный этап. Во-первых, тема должна быть интересна не только вам, но и большинству слушателей, которым вы будете её докладывать, чтобы вы видели заинтересованность в их глазах, а не откровенную скуку.

Выбор целей и задач своей научной работы. То есть, нужно сузить тему. Например, тема: «Грудное вскармливание», сужение темы: «Грудное вскармливание среди студенток нашего ВУЗа». И если общая тема мало кому интересна, то суженная до рамок собственного института или университета, она становится интересной практически для всех слушателей. Целью может стать: «Содействие оптимальным условиям вскармливания грудью детей студентов нашего ВУЗа», а задачей — доказать, что специальные условия, созданные для кормящих студенток, не помешают их успеваемости, но уменьшат количество пропусков, академических отпусков и способствуют выращиванию здоровых детей — нашего будущего. Понятно, что эта тема подходит для студентов медицинских и педагогических ВУЗов, но и в других учебных учреждениях можно найти темы, интересные всем.

Разработать методы исследования и сбора информации. В случае с естественным вскармливанием, скорее всего, это будет анкетирование студенток, имеющих детей.

Систематизировать материал и подготовить презентацию.

Подготовиться к выступлению.

Выступить и получить: награду, удовольствие и опыт, чтобы в следующем году выступить ещё лучше и сорвать шквал аплодисментов, стать узнаваемым, а значит — более конкурентоспособным!