CHƯƠNG 4 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA MẠNG MÁY TÍNH
4.5. Đỏnh giỏ hiệu năng mạ ng
4.5.1. Khỏi niệm hiệu năng và cỏc độ đo hiệu năng mạng
Khỏi niệm hiệu năng mạng
Theo nghĩa chung, hiệu năng là một độ đo cụng việc mà một hệ thống thực hiện được. Hiệu năng chủ yếu được xỏc định bởi sự kết hợp của cỏc nhõn tố: tớnh sẵn sàng để dựng (availability), thụng lượng (throughput) và thời gian đỏp ứng (response time). Đối với mạng mỏy tớnh, hiệu năng cũng cũn được xỏc định dựa trờn cỏc nhõn tố khỏc nữa, thớ dụ: thời gian trễ (delay), độ tin cậy (reliability), tỉ suất lỗi (error rate), hiệu năng của ứng dụng v.v.
Tuỳ theo mục đớch nghiờn cứu cụ thể, hiệu năng cú thể chỉ bao gồm một nhõn tố nào đú hoặc là sự kết hợp một số trong cỏc nhõn tố nờu trờn.
Cỏc độđo hiệu năng mạng
Cú thể phõn cỏc độđo hiệu năng thành hai loại: cỏc độđo hướng tới người sử dụng và cỏc độđo hướng tới hệ thống. Trong cỏc độđo hướng tới người sử dụng, thời gian đỏp ứng (response time) thường được sử dụng trong cỏc hệ thời gian thực hoặc cỏc mụi trường hệ thống tương tỏc. Đú là khoảng thời gian từ khi cú một yờu cầu (request) đến hệ thống cho đến khi nú được hệ thống thực hiện xong. Trong cỏc hệ thống tương tỏc, đụi khi người ta sử dụng độ đo thời gian phản ứng của hệ thống (system reaction time) thay cho thời gian đỏp ứng. Đú là khoảng thời gian tớnh từ khi input đến hệ thống cho đến khi yờu cầu chứa trong input đú nhận được khe thời gian (slice time) phục vụđầu tiờn. Độđo này đo mức độ hiệu dụng của bộ lập lịch của hệ thống trong việc nhanh chúng cung cấp dịch vụ cho một yờu cầu mới đến. Trong cỏc hệ thống mạng mỏy tớnh, cỏc đại lượng thời gian đỏp ứng, thời gian phản ứng của hệ thống đều được xem là cỏc biến ngẫu nhiờn, vỡ vậy người ta thường núi về phõn bố, kỳ vọng, phương sai... của chỳng.
Cỏc độ đo hướng tới hệ thống điển hỡnh là thụng lượng(throughput) và thời gian trễ
(delay time, delay). Thụng lượng được định nghĩa là số đơn vị thụng tin tớnh trung bỡnh được vận chuyển qua mạng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thụng tin ởđõy cú thể là bit, byte hay gúi số liệu... Nếu cỏc đơn vị thụng tin đi vào mạng theo một cơ chếđộc lập với trạng thỏi của mạng, thỡ thụng lượng cũng chớnh bằng tốc độ đến trung bỡnh nếu mạng vẫn cũn cú khả năng vận chuyển, khụng dẫn đến trạng thỏi bị tắc nghẽn. Một số trường hợp người ta sử dụng đại lượng khụng thứ nguyờn Hệ số sử dụng đường truyền
(Line Utilization) hay cũn gọi thụng lượng chuẩn hoỏ, đú là tỉ số của thụng lượng trờn năng lực vận chuyển của đường truyền (line capacity). Thời gian trễ là thời gian trung bỡnh để vận chuyển một gúi số liệu qua mạng, từ nguồn tới đớch. Cũng cú trường hợp người ta sử dụng đại lượng thời gian trễ chuẩn hoỏ, đú là tỉ số của thời gian trễ trờn một tham số thời gian nào đú, thớ dụ thời gian cần thiết để truyền một gúi tin (packet transmition time).
4.5.2. Tầm quan trọng của việc đỏnh giỏ hiệu năng mạng mỏy tớnh
Trong suốt lịch sử tiến hoỏ của mạng mỏy tớnh, vấn đề đỏnh giỏ và dự đoỏn hiệu năng mạng luụn thu hỳt sự quan tõm của những người nghiờn cứu và thiết kế mạng; mục đớch chớnh là để nắm được và cải thiện đặc trưng giỏ - hiệu năng (cost-performance). Yờu cầu đỏnh giỏ và dự đoỏn hiệu năng mạng đặt ra ngay từ khi người ta thiết kế kiến trỳc của hệ thống cho đến khi mạng đó được lắp đặt và đưa vào hoạt động. Trong giai đoạn đầu của quỏ trỡnh thiết kế, người ta thường phải dựđoỏn hai điều. Thứ nhất là bản chất của cỏc ứng dụng sẽ chạy trờn mạng và cỏc yờu cầu dịch vụ mà cỏc ứng dụng này đũi hỏi hệ thống mạng phải đỏp ứng. Điều dự đoỏn thứ hai liờn quan tới việc lựa chọn một trong cỏc thiết kế kiến trỳc, dựa trờn cỏc cụng nghệ phần cứng và phần mềm sẽđược phỏt triển và đưa ra thị trường trong tương lai, khi hệ thống mạng bước vào giai đoạn triển khai thực hiện.
Sau khi đó lựa chọn kiến trỳc và bắt đầu thiết kế, triển khai hệ thống mạng, việc dự đoỏn và đỏnh giỏ hiệu năng sẽ trở nờn cụ thể hơn. Thớ dụ sẽ chọn đường truyền vật lý như thế nào, cỏc đặc tớnh của đường truyền được chọn sẽ ảnh hưởng thế nào đến hiệu năng của mạng. Cỏc kỹ thuật được dựng để dự đoỏn và đỏnh giỏ hiệu năng mạng trong giai đoạn thiết kế và triển khai thực hiện cú khi chỉ là cỏc tớnh toỏn bằng tay, nhưng cũng cú khi là cỏc mụ phỏng rất tinh vi. Việc so sỏnh hiệu năng dựđoỏn với hiệu năng thực tếđạt được thường giỳp cho nhà nghiờn cứu thấy được cỏc khiếm khuyết chớnh trong thiết kế hoặc cỏc lỗi trong việc lập trỡnh hệ thống. Ngày nay, việc dựđoỏn và đỏnh giỏ hiệu năng thường được người ta coi là một phần khụng thể thiếu được của cụng việc thiết kế và triển khai thực hiện hệ thống.
Định cấu hỡnh mạng: Sau khi mạng đó được triển khai thực hiện, việc dự đoỏn và đỏnh giỏ hiệu năng mạng đối với cỏc ứng dụng cụ thể cũng cú ý nghĩa quan trọng. Nhằm đạt được sự tối ưu hoỏ, nhà sản xuất phải chỉ ra được cỏc cỏch kết hợp và tổ chức phần cứng và phần mềm mạng để đem lại một giải phỏp tốt nhất cho cỏc yờu cầu của khỏch hàng, việc này thường được gọi là định cấu hỡnh mạng. Mặc dự cú thể vẫn sử dụng cỏc cụng cụ và phương phỏp đó được sử dụng trong giai đoạn phỏt triển hệ thống, nhưng cần phải bổ sung thờm một số yếu tố nữa. Đặc điểm mụi trường của người sử dụng sản phẩm mạng cần được biểu diễn bằng cỏc tham số định lượng và đưa vào mụ hỡnh mụ phỏng hiệu năng.
Tinh chỉnh hệ thống: Sau khi hệ thống sản phẩm đó được lắp đặt tại địa điểm của khỏch hàng, nhà cung cấp sản phẩm cần phải làm sao cho hệ thống mà họ bỏn cho khỏch hàng đạt được hiệu năng hoạt động như họđó hứa hẹn khi chào hàng, việc này được gọi là tinh chỉnh hệ thống. Đối với cỏc hệ thống mạng, việc tỡm ra được điểm làm việc tối ưu và ổn định trờn toàn mạng là rất khú.
4.5.3. Cỏc phương phỏp đỏnh giỏ hiệu năng mạng
Cú nhiều phương phỏp đỏnh giỏ hiệu năng mạng mỏy tớnh, cú thể chia chỳng làm ba loại: mụ hỡnh Giải tớch (Analytic Models), mụ hỡnh Mụ phỏng (Simulation Models) và Đo hiệu năng (Measurement).
Mụ hỡnh Giải tớch
Trong cỏc mạng chuyển mạch gúi, gúi số liệu là cỏc khối dữ liệu cú chiều dài thay đổi được, được truyền qua mạng từ nguồn tới đớch theo một con đường nào đú do hệ thống mạng quyết định. Cỏc tài nguyờn mạng sẽ được chia sẻ giữa cỏc gúi số liệu khi chỳng đi qua mạng. Số lượng và chiều dài cỏc gúi số liệu đi vào hoặc đi qua mạng tại mọi thời điểm, thời gian kộo dài cỏc cuộc kết nối v.v., tất cả cỏc tham số này núi chung, thay đổi một cỏch thống kờ. Vỡ vậy, để nờu ra cỏc tiờu chuẩn đo lường định lượng về hiệu năng, cần phải sử dụng cỏc khỏi niệm về xỏc suất để nghiờn cứu sự tương tỏc của chỳng với mạng. Lý thuyết Hàng đợi đúng vai trũ mấu chốt trong việc phõn tớch mạng, bởi vỡ đú là cụng cụ Toỏn học thớch hợp nhất để phỏt biểu và giải cỏc bài toỏn về hiệu năng. Theo phương phỏp này, chỳng ta viết ra cỏc mối quan hệ hàm giữa cỏc tiờu chuẩn hiệu năng cần quan tõm và cỏc tham số của hệ thống mạng bằng cỏc phương trỡnh cú thể giải được bằng giải tớch.
Mụ phỏng
Theo nghĩa chung nhất, mụ phỏng là sự bắt chước một hay nhiều khớa cạnh của sự vật cú thực, bằng một cỏch nào đú càng giống càng tốt. Trong cỏc lĩnh vực nghiờn cứu hiện đại, như lĩnh vực đỏnh giỏ hiệu năng mạng, mụ phỏng được hiểu là một kỹ thuật sử dụng mỏy tớnh điện tử số để làm cỏc thớ nghiệm về mạng cú liờn quan đến thời gian. Mụ hỡnh Mụ phỏng mụ tả hành vi động của mạng, ngay cả khi người nghiờn cứu chỉ quan tõm đến giỏ trị trung bỡnh của một số độ đo trong trạng thỏi dừng. Cấu trỳc và độ phức tạp của bộ mụ phỏng phụ thuộc vào phạm vi của thớ nghiệm mụ phỏng. Nú thường được xõy dựng cú cấu trỳc, cho phộp mụ-đun hoỏ chương trỡnh mụ phỏng thành tập cỏc chương trỡnh con, sao cho việc sửa đổi, bổ sung cỏc chương trỡnh con được dễ dàng. Ngoài ra, chương trỡnh mụ phỏng cũng phải được xõy dựng sao cho đạt được tốc độ cao nhằm làm giảm thời gian chạy mụ phỏng càng nhiều càng tốt.
Đo
Đú là phương phỏp xỏc định hiệu năng dựa trờn việc đo trờn mạng thực cỏc tham số mạng cấu thành độ đo hiệu năng cần quan tõm. Việc đo hiệu năng nhằm thực hiện một trong cỏc nhiệm vụ sau. Một là, giỏm sỏt hiệu năng của mạng . Hai là, thu thập số liệu để lập mụ hỡnh dữ liệu vào cho cỏc phương phỏp đỏnh giỏ hiệu năng bằng giải tớch hoặc mụ phỏng. Nhiệm vụ thứ ba là kiểm chứng cỏc mụ hỡnh khỏc dựa trờn cỏc số liệu đo được. Đo hiệu năng khụng chỉ quan trọng trong cỏc giai đoạn triển khai thực hiện và tớch hợp hệ thống mà cũn cả trong cỏc giai đoạn lắp đặt và vận hành hệ thống. Bởi vỡ sau khi lắp đặt và đưa vào sử dụng, mỗi một hệ thống cụ thể sẽ cú một tải hệ thống và cỏc độđo hiệu năng được quan tõm riờng của nú, cho nờn sau khi lắp đặt, người ta thường phải điều chỉnh cấu hỡnh cho phự hợp. Cỏc tham số cấu hỡnh sẽđược chọn sau khi cỏc phộp đo hiệu năng cho thấy cỏc tham số cấu hỡnh này làm cho hệ thống đạt được hiệu năng tốt nhất. Trong thực tế, mọi người đều thừa nhận tầm quan trọng của việc đo và đỏnh giỏ hiệu năng. Chỳng ta cú thể thấy rừ điều này qua việc, hầu như tất cả cỏc hệ thống mạng đều tớch hợp bờn trong nú cỏc cụng cụ đo và đỏnh giỏ hiệu năng; nhờđú cú thể đo hiệu năng bất cứ lỳc nào trong suốt vũng đời của hệ thống.
So sỏnh cỏc phương phỏp đỏnh giỏ hiệu năng
Mụ hỡnh Giải tớch: Nếu cú thể sử dụng mụ hỡnh Giải tớch thỡ đú là điều tốt nhất, bởi vỡ chỳng ta cú thể thay đổi cỏc tham số hệ thống và cấu hỡnh mạng trong một miền rộng với chi phớ thấp mà vẫn cú thểđạt được cỏc kết quả mong muốn. Tuy nhiờn, cỏc mụ hỡnh Giải tớch mà chỳng ta xõy dựng thường là khụng thể giải được nếu khụng được đơn giản hoỏ nhờ cỏc giả thiết, hoặc được phõn ró thành cỏc mụ hỡnh nhiều cấp. Cỏc mụ hỡnh giải được thường rất đơn giản hoặc khỏc xa thực tế, cho nờn phương phỏp này thường chỉ được sử dụng ngay trong giai đoạn đầu của việc thiết kế mạng, giỳp cho người thiết kế dự đoỏn được cỏc giỏ trị giới hạn của hiệu năng. Ngoài ra, cỏc kết quả của phương phỏp này bắt buộc phải được kiểm nghiệm bằng kết quả của cỏc phương phỏp khỏc, như mụ phỏng hoặc đo.
Mụ phỏng: Trong những trường hợp mụ hỡnh Giải tớch mà chỳng ta nhận được, dự đó được đơn giản hoỏ, hoặc phõn ró nhưng vẫn khụng thể giải được bằng Toỏn học, khi đú, núi chung, chỳng ta sẽ chỉ cũn một phương phỏp là mụ phỏng. Phương phỏp mụ phỏng cú thểđược sử dụng ngay trong giai đoạn đầu của việc thiết kế hệ thống mạng, cho đến giai đoạn triển khai thực hiện và tớch hợp hệ thống. Phương phỏp này núi chung, đũi hỏi một chi phớ rất cao cho việc xõy dựng bộ mụ phỏng cũng như kiểm chứng tớnh đỳng đắn của nú. Tuy nhiờn, sau khi đó xõy dựng xong bộ mụ phỏng, người nghiờn cứu cú thể tiến hành chạy chương trỡnh mụ phỏng bao nhiờu lần tuỳ ý, với độ chớnh xỏc theo yờu cầu và chi phớ cho mỗi lần chạy thường là rất thấp. Cỏc kết quả mụ phỏng núi chung vẫn cần được kiểm chứng, bằng phương phỏp giải tớch hoặc đo, nhất là bằng phương phỏp đo. Phương phỏp mụ hỡnh Giải tớch và mụ hỡnh Mụ phỏng đúng vai trũ rất quan trọng trong việc thiết kế và triển khai thực hiện hệ thống, đặc biệt là ở giai đoạn đầu.
Đo: Phương phỏp đo chỉ cú thể thực hiện được trờn mạng thực, đang hoạt động, nú cũng đũi hỏi chi phớ cho cỏc cụng cụđo và cho việc tiến hành đo. Việc đo cần được tiến hành tại nhiều điểm trờn mạng thực, ở những thời điểm khỏc nhau và cần lặp đi lặp lại trong một khoảng thời gian đủ dài, thậm chớ cú thể dài đến hàng thỏng. Ngoài ra, người nghiờn cứu phải cú kiến thức về Lý thuyết thống kờ thỡ mới cú thể rỳt ra được cỏc kết luận hữu ớch từ cỏc số liệu thu thập được. Mặc dầu vậy, bằng phương phỏp đo cú thể vẫn khụng phỏt hiện ra được hoặc dựđoỏn được cỏc hành vi đặc biệt của mạng.
4.6. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
CHƯƠNG 5. TCP/IP VÀ INTERNET 5.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INTERNET 5.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ INTERNET
5.1.1. Lịch sử phỏt triển của mạng Internet và bộ giao thức TCP/IP
Tiền thõn của mạng Internet là ARPANET, xuất phỏt từ một mạng thớ nghiệm được Robert L.G đề xuất vào năm 1967. Cơ quan quản lý dự ỏn nghiờn cứu phỏt triển ARPA thuộc Bộ Quốc phũng Mỹđó liờn kết mạng tại 4 địa điểm đầu tiờn vào thỏng 7 năm 1968 bao gồm: Viện nghiờn cứu Stanford, Đại học tổng hợp California ở Los Angeles, Đại học tổng hợp Utah và Đại học tổng hợp California ở Santa Barbara (UCSB). Đú chớnh là mạng liờn khu vực (WAN) đầu tiờn được xõy dựng.
Năm 1983, giao thức TCP/IP chớnh thức được coi như một chuẩn đối với ngành quõn sự Mỹ và tất cả cỏc mỏy tớnh nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn mới này. ARPANET phỏt triển rất nhanh, mọi trường đại học đều muốn gia nhập, việc quản lý mạng trở nờn khú khăn. Vỡ vậy, năm 1984, ARPANET được chia ra thành hai phần: phần thứ nhất cho cỏc địa điểm quõn sự, được gọi là MILNET; phần thứ hai là một ARPANET mới, cho cỏc địa điểm phi quõn sự, dành cho việc nghiờn cứu và phỏt triển. Tuy nhiờn hai mạng này vẫn được liờn kết với nhau nhờ giao thức liờn mạng IP.
Giao thức TCP/IP ngày càng thể hiện rừ cỏc điểm mạnh của nú, quan trọng nhất là khả năng liờn kết cỏc mạng khỏc với nhau một cỏch dễ dàng. Chớnh điều này cựng với cỏc chớnh sỏch mở cửa đó cho phộp cỏc mạng dựng cho nghiờn cứu và thương mại kết nối được với ARPANET, thỳc đẩy việc tạo ra một siờu mạng (SuperNetwork).
Mốc lịch sử quan trọng của Internet được xỏc lập vào giữa thập kỷ 80 khi Hội đồng Khoa học Quốc gia Mỹ NSF (National Science Foundation) thành lập mạng liờn kết cỏc trung tõm mỏy tớnh lớn với nhau gọi là NSFNET. Nhiều doanh nghiệp đó chuyển từ ARPANET sang NSFNET và do đú sau gần 20 năm hoạt động, ARPANET khụng cũn hiệu quảđó ngừng hoạt động vào khoảng năm 1990.
Sự phỏt triển của mạng xương sống NSFNET và những mạng vựng khỏc đó tạo ra một mụi trường thuận lợi cho sự phỏt triển của Internet. Đến năm 1995, NSFNET thu lại thành một mạng nghiờn cứu cũn Internet thỡ vẫn tiếp tục phỏt triển.
Với khả năng kết nối mở, Internet đó trở thành một mạng lớn nhất trờn thế giới, mạng của cỏc mạng, xuất hiện trong mọi lĩnh vực thương mại, chớnh trị, quõn sự, nghiờn cứu, giỏo dục, văn hoỏ, xó hội... Cũng từ đú cỏc dịch vụ trờn Internet khụng ngừng phỏt triển. Ngày nay khi cơ sở hạ tầng của mạng Internet được nõng cao (đặc biệt là về băng thụng) đó làm cho nhu cầu của cỏc ứng dụng đa phương tiện qua mạng tăng lờn nhanh chúng.
5.1.2. Sự tăng trưởng của Internet
Cỏc biểu đồ dưới đõy (hỡnh 5.2 và 5.3) cho ta thấy được tốc độ tăng trưởng mẽ của số lượng mỏy (hosts) và mạng (networks) kết nối vào Internet.
5.1.3. Cỏc yếu tố thỳc đẩy sự tăng trưởng của Internet
− Sử dụng TCP/IP trong Unix, hệđiều hành được sử dụng phổ biến từ 1983.