А.А.Макаров
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова
Тел.: (095) 939-53-06, факс: (095) 939-46-47, e-mail: makarov@makarov.msu.su
Мониторинг компьютерной сети представляет собой процесс сбора и обработки разноплановой информации о ее функционировании для использования в качестве основы для принятия управленческих решений.
В настоящее время разработаны и эксплуатируются ряд систем, обеспечивающих контроль за состоянием тех или иных параметров сети. В их числе как встроенные в коммутирующее оборудование, так и специальные аппаратно-программные комплексы, билинговые системы. Однако вместе с количественным и качественным ростом компьютерных сетей, особенно сетей internet (на базе семейства протоколов TCP/IP) растет и число проблем, связанных с необходимостью их модернизации (проблем адресных, пропускной способности и технологий передачи, маршрутизации и обеспечения безопасности). Своевременное и эффективное их решение во многом зависит от всестороннего анализа предыстории, сложившегося положения и прогноза на будущее.
Имея в виду существенно вероятностный характер процессов, протекающих в сети и, как следствие, необходимость получения их оценок, усредненных на различных временных интервалах, для успешного решения этих задач должны использоваться современные модели и методы математической статистики. К сожалению, большинство используемых в настоящее время систем мониторинга таких методов не использует.
В целях поиска подходов к решению задач на этом направлении в Московском университете с 1993 года, когда начались работы по созданию сети MSUnet, а затем и сети RUNNet, и проводились работы, направленные на применение современных методов и моделей математической статистики к решению задач мониторинга компьютерных сетей. За это время накоплен обширный фактический материал по трафикам магистральных каналов сети RUNNet, выработаны методические подходы к анализу трафика, созданы необходимые алгоритмы и программы. Промежуточные результаты этой работы неоднократно докладывались на конференциях [1], [2], [5] и отражены в монографиях [3], [4]. Настоящие тезисы обобщают полученные результаты и намечают новые актуальные направления этой работы.
Последние годы характеризуются бурным развитием российских компьютерных сетей. Сеть RUNNet является одной из первых таких сетей с разветвленной региональной структурой. В процессе ее становления, развития и эксплуатации был выявлен целый ряд проблем, общих для сетей национального масштаба, и накоплен определенный опыт их решения. Значительная часть этих проблем нашла свое отражение в эволюции трафика каналов сети, которые, по сути, являются документальным отражением истории ее становления и развития. Изучение и анализ трафиков позволяет своевременно, а порой и на самых ранних этапах, выявить наметившиеся позитивные и негативные тенденции в функционировании сети и поставить вопрос о своевременной и адекватной реакции на них.
Цели и задачи изучения трафиков, с практической точки зрения, можно подразделить на несколько взаимосвязанных направлений. Укажем ряд наиболее важных из них:
Для решения этих задач используются как первично снимаемые данные (как правило, это средняя загрузка канала в кбит/сек в течение нескольких минут), так и агрегированные характеристики. Важнейшими из них являются [3]:
Со статистической точки зрения, эти характеристики описываются нестационарными временными рядами, включающими в себя временные тренды и комбинации сезонных (суточных и недельных) компонент. Другой отличительной чертой этих характеристик трафика является их повышенная неустойчивость, требующая особой осторожности и порой специальных робастных методов для их анализа и прогноза. Вопросы построения различных статистических моделей трафика и их использования подробно изложены в [3], [4], где, в частности, приведены примеры описания среднесуточных трафиков в виде проинтегрированных процессов авторегрессии скользящего среднего (АРИМА).
Важно отметить, что, несмотря на возможное неустойчивое поведение трафика в течение суток, средненедельные трафики ряда магистральных каналов (Новосибирск-Москва, Екатеринбург-Москва, Ульяновск-Москва) на протяжении 1996-1997 годов имели весьма схожий и предсказуемый характер. Функционирование этих каналов в течение двух лет, с точки зрения уровня загрузки, можно разбить на 2 этапа.
На первом этапе (с января по сентябрь-октябрь 1996 г.) наблюдается стремительный рост средненедельной загрузки канала, которая в итоге достигает 65-85% от емкости канала. При подобных загрузках начинает заметно снижаться качество сетевых услуг и возможность доступа к сетевым ресурсам. Как следствие этого каналы вступают во вторую стадию своего развития.
На второй стадии развития (с ноября 1996 г. по май 1997 г.) средненедельная загрузка каналов постепенно снижается до 50-60% емкости. Этот этап, по-видимому, отражает уровень качества обслуживания, приемлемый только для пользователей с устойчивым желанием и необходимостью постоянно использовать сеть. Затем опять начинается рост загрузки каналов. В это время становится очевидным, что ресурсы роста существующей конфигурации сети RUNNet исчерпаны и начинается процесс переконфигурации сети.
Проведенные исследования показывают, что прогноз подобной ситуации можно было получить в мае 1996 г. В [3] показано, на примере среднесуточного трафика канала Новосибирск-Москва в августе-сентябре 1996, что ресурсы этого канала практически полностью исчерпаны.
С одной стороны, приведенный пример иллюстрирует только одну из тенденций, которые получены в результате исследований трафика. Результаты, представленные в докладе, позволяют сделать и другие содержательные выводы. С другой стороны, описанная ситуация показывает важность вопросов исследования качества сетевого сервиса. Пока этому вопросу уделяется недостаточное внимание.
Литература