3.1 Giới thiệu chung về đánh giá hiệu suất mạng
Trong thực tế nói chung và trong lĩnh vực mạng máy tính nói riêng, đánh giá hiệu suất là một trong những việc hết sức cần thiết khi thiết kế, vận hành một hệ thống. Hiệu suất hoạt động của một hệ thống thường gắn liền với năng suất làm việc của nó. Trong mạng máy tính, các nhân tố chính quyết định hiệu suất là: tính sẵn sàng để dùng (availability), thông lượng (throughput) và thời gian đáp ứng (response time). Ngoài ra, nhiều ứng dụng trên mạng cần một số nhân tố khác quyết định hiệu suất như: thời gian trễ (delay), độ tin cậy (reliability), tỉ suất lỗi (error rate), hiệu suất của ứng dụng v.v. Vì vậy, đánh giá hiệu suất trong thực tế là làm sao để hệ thống hoạt động đạt hiệu quả cao nhất có thể.
Để hiểu được và cải thiện đặc trưng giá - hiệu suất (cost-perormance) khi thiết kế triển khai hoạt động một mạng máy tính người ta thường đánh giá hiệu suất mạng. Công việc này được thực hiện thường xuyên từ khi thiết kế kiến trúc đến khi mạng đã được lắp đặt và hoạt động. Khi thiết kế đầu tiên người đánh giá thường phải đưa ra các dự đoán về khả năng đáp ứng của mạng khi sử dụng các ứng dụng chạy trên mạng đó. Sau đó, dựa trên kết quả trên để thiết kế về kiến trúc, lựa chọn phần cứng, phần mềm đã có hoặc sẽ có trong giai đoạn triển khai thực hiện.
Việc đánh giá hiệu suất mạng sẽ rõ ràng hơn khi kiến trúc mạng đã được xác định. Công việc đánh giá sẽ giúp cho người thiết kế thấy được các lỗi, các khiếm khuyết trong khi thiết kế để có thể tinh chỉnh thiết kế cho phù hợp để giảm thiểu các sai sót khi triển khai thực hiện. Các đặc tính vật lý của đường truyền cũng như các phần mềm dùng trên mạng có ảnh hưởng lớn tới
hiệu suất mạng. Công việc đánh giá hiệu suất rất đa dạng, sử dụng nhiều dạng công cụ khác nhau. Có khi chỉ đánh giá thông qua các tính toán bằng tay với các mạng nhỏ và đơn giản. Nhưng có khi phải dùng các mô phỏng lớn với các mạng phức tạp. Ngày nay, việc dự đoán và đánh giá hiệu suất thường được người ta coi là một phần không thể thiếu được của công việc thiết kế và triển khai thực hiện hệ thống.
Để có thể tính được hiệu suất mạng người ta thường sử dụng các độ đo hiệu suất. Có thể phân các độ đo hiệu suất thành hai loại: các độ đo hướng tới người sử dụng và các độ đo hướng tới hệ thống.
Với độ đo hướng tới người sử dụng, thời gian đáp ứng (response time) thường được sử dụng trong các hệ thời gian thực hoặc các môi trường hệ thống tương tác. Đó là khoảng thời gian từ khi có một yêu cầu (request) đến hệ thống cho đến khi nó được hệ thống thực hiện xong. Trong các hệ thống tương tác, đôi khi người ta sử dụng độ đo thời gian phản ứng của hệ thống (system reaction time) thay cho thời gian đáp ứng. Đó là khoảng thời gian tính từ khi input đến hệ thống cho đến khi yêu cầu chứa trong input đó nhận được khe thời gian phục vụ đầu tiên. Độ đo này đo mức độ hiệu dụng của bộ lập lịch của hệ thống trong việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ cho một yêu cầu mới đến. Trong các hệ thống mạng máy tính, các đại lượng thời gian đáp ứng, thời gian phản ứng của hệ thống đều được xem là các biến ngẫu nhiên, vì vậy người ta thường nói về phân bố, kỳ vọng, phương sai... của chúng [2].
Các độ đo hướng tới hệ thống điển hình là thông lượng (throughtput) và thời gian trễ (delay time, delay). Thông lượng được định nghĩa là số đơn vị thông tin tính trung bình được vận chuyển qua mạng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thông tin ở đây có thể là bit, byte hay gói số liệu... Nếu các đơn vị thông tin đi vào mạng theo một cơ chế độc lập với trạng thái của mạng, thì
năng vận chuyển, không dẫn đến trạng thái bị tắc nghẽn. Thời gian trễ là thời gian trung bình để vận chuyển một gói số liệu qua mạng, từ nguồn tới đích.
Có nhiều phương pháp đánh giá hiệu suất mạng máy tính, có thể chia chúng làm ba loại: Mô hình giải tích (Analytic Models), Mô hình mô phỏng (Simulation Models) và Đo hiệu suất.
Mô hình giải tích: thường sử dụng các mô hình trong xác suất thống kê cũng như lý thuyết hàng đợi. Sau khi sử dụng các mô hình để thực hiện đánh giá hiệu suất chúng ta sẽ xây dựng nên một quan hệ dạng hàm với các tham số sẽ là các đặc trưng riêng của hệ thống mạng cũng như các yêu cầu của ứng dụng (thời gian trễ, băng thông, thời gian đáp ứng,...) các quan hệ này lập thành các phương trình có thể giải được bằng giải tích.
Mô hình mô phỏng: việc diễn lại một số đặc tính của sự vật có thực, sao cho càng giống thực càng tốt. Mô phỏng là phương pháp đã được sử dụng trong nghiên cứu từ lâu. Khi máy tính điện tử ra đời, vì tốc độ thực hiện các công việc trên máy tính nhanh hơn rất nhiều so với dùng các công cụ khác, nên đối với các bài toán mô phỏng có sử dụng một khối lượng tính toán lớn, người ta thường sử dụng máy tính như là công cụ trợ giúp trong quá trình mô phỏng. Đối với mô phỏng mạng máy tính, vì lượng tính toán rất lớn cho một mô phỏng, do đó người ta chỉ thực hiện mô phỏng trên máy tính. Mỗi một mô phỏng mạng như là một thí nghiệm về hoạt động của mạng theo thời gian.
Trong các thời điểm khác nhau, mạng sẽ có những trạng thái khác nhau.
Thường khi mô phỏng mạng, người nghiên cứu cần quan tâm đến các độ đo của mạng và đánh giá nó trong trạng thái dừng. Bộ mô phỏng là hệ thống chương trình máy tính, thường được xây dựng có cấu trúc, được mô-đun hóa, có tính mở để cho phép người nghiên cứu thay đổi bổ sung các thành phần đảm bảo phục vụ cho nhiều nghiên cứu khác nhau. Ngoài ra, tốc độ thực hiện mô phỏng của chương trình mô phỏng cũng là vấn đề cần quan tâm.
Đo hiệu suất: là việc giám sát hoạt động của mạng khi hoạt động qua đó thu thập các số liệu, dựa vào đó tính ra các độ đo hiệu suất mạng trong thời gian hoạt động, rút ra các quy luật, lập mô hình rồi đưa vào mô hình giải tích hoặc mô phỏng để sử dụng cho việc đánh giá hiệu suất. Ngoài ra, đo hiệu suất còn có chức năng kiểm chứng lại các đánh giá bằng các mô hình khác.
Thường thì việc đo hiệu suất hệ thống mạng được thực hiện thường xuyên trong cả giai đoạn triển khai thực hiện, lắp đặt hệ thống và đưa vào sử dụng.
Khi xây dựng các hệ thống mạng, người ta thường tích hợp bên trong nó các công cụ để đo hiệu suất. Vì vậy có thể đo hiệu suất bất cứ lúc nào trong suốt vòng đời hoạt động của hệ thống.
So sánh các phương pháp đánh giá hiệu suất
Phương pháp sử dụng mô hình giải tích là phương pháp tốt nhất, vì các tham số hệ thống cũng như cấu hình mạng có thể thay đổi trong một miền rộng với chi phí thấp mà vẫn có thể đạt được kết quả tốt. Tuy nhiên, các mô hình giải tích khi áp dụng cho thực tế thường là không giải được nếu không được giản lược các yếu tố ít ảnh hưởng đến hệ thống. Hệ thống sau khi loại bỏ các yếu tố này sẽ như một hệ thống hoạt động trong tình trạng lý tưởng, khác nhiều so với thực tế, cho nên người ta thường dùng phương pháp này trong giai đoạn đầu tiên của quá trình thiết kế hệ thống mạng. Các kết quả sẽ giúp cho người thiết kế dự đoán về giới hạn hiệu suất của hệ thống. Các kết quả này sẽ được kiểm nghiệm lại bằng phương pháp khác như đo hiệu suất hoặc mô phỏng.
Nhiều trường hợp khi đã giản lược các yếu tố phụ nhưng vẫn không giải được bằng Toán học, khi đó phương pháp mô phỏng là lựa chọn duy nhất. Phương pháp mô phỏng có ưu điểm là có thể sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình xây dựng mạng. Đòi hỏi chi phí cao trong quá trình