ДРІС №9. Апаратты жйелерде процесіні моделі деректер. 3 страница

Жктелген желі. Бл - наты сервер мен клиент шін ТР сервисіні німділігін тексеруді нерлым ызыты жадайы. Біра желілерде зге тораптар мен сервистер жмыс істейтін жадайлардаы німділік лшемін лшеу кезінде, з иындытары туындайды - желілерде жктемелер нсаларыны шамадан тыс кп саны болуы ммкін, сондытан осындай срыптаы лшемдерді анытау кезіндегі бастысы - желілер жмысыны кейбір сипатты жадайлары кезінде лшеулер жргізу. йткені желілердегі трафик пульстік сипата ие болады жне трафик сипаттамасы бір кн уаытына жне апталар кндеріне атысты тбегейлі згереді, сондытан типтік жктемелерді анытау - желілерде за лшеулерді талап ететін крделі рсім. Егер желі тек жобаланып ана жатан болса, онда типтік жктемелерді анытау одан сайын крделене тседі.

Тораптарды жекелеген жптарына емес, ттастай аланда бкіл тораптара атынасы бойынша німділікті баалау кезінде екі типті: орташа алынан жне шекті лшемдер пайдаланылады.

Орташа млшердегі лшемдер, белгілі бір сервис бойынша желілерді бкіл немесе кейбір серверлерімен зара рекет ету кезінде бкіл немесе кейбір тораптарды реакциялар уаытыны жиынын, яни трді жиынын білдіреді.

(12.1)

 

мндаы, Тij j-лік серверге жгіну кезіндегі i-лік клиентті реакциялар уаыты, п - клиенттер саны, т - серверлер саны. Егер орташаландыру сервистер бойынша жргізілсе, онда келтірілген рнекке, ескерілетін сервистерді саны бойынша таы бір осынды осылатын болады. лшемдер е аз мнге ие болатын немесе тіпті болмаанда кейбір берілген саннан артып кетпейтін параметрлерді мндерін табу берілген лшем бойынша желілерді отайландыру болып табылады.

Шектік лшемдер клиенттерді, серверлер мен сервистерді бкіл ммкін штасулары бойынша реакцияларды е нашар уаытын крсетеді:

mахijk Тijk , (12.2)

мндаы, і жне j оны алдындаыдай маынаа ие, ал k сервис типін белгілейді. Отайландыру сондай-а лшемді барынша азайту масатында немесе оны трбиелік кзарас трысынан парасатты болып танылатын кейбір берілген шамаа жетуі масатында орындалуы ммкін.

Кбінесе отайландыруды шектік лшемдері олданылады, йткені олар бкіл пайдаланушылара, оларды сратуларына желілер реакцияларыны кейбір анааттандырарлы дегейлеріне кепілдік береді. Орташа лшемдер кейбір пайдаланушыларды тежеуі ммкін, олар шін реакциялар уаыты аса зор болуы орташаландыру кезінде толытай олайлы нтиже алуа ммкіндік береді.

Кез келген желі оны шешу шін рылатын негізгі есеп - компьютерлер арасында апараттарды тез беру болып табылады. Сондытан желілерді немесе желілер бліктеріні ткізу абілетімен байланысты лшемдер оны негізгі атарымдарын желіні орындау сапасын жасы крсетеді.

Осы трдегі лшемдерді, сол сияты «реакциялар уаытыны» сыныбы лшемдерін анытау нсаларыны лкен саны олданылады. Бл нсалар: берілетін апараттарды санын лшеуді тадалан бірліктерімен, ескерілетін деректерді сипатымен (пайдаланушылы ана немесе пайдаланушылар ызметтік пайдаланушылармен бірге олданатын), берілетін графикті лшеу нктелеріні санымен, ттастай аланда желіге нтижелерді орташаландыру тсілімен бір-бірінен згешеленеді. ткізу абілеті лшемін руды ртрлі тсілдерін толыыра арастырамыз.

Пакеттер (немесе кадрлар, алдаы уаытта бл терминдер синонимдер ретінде пайдаланылады) немесе биттер детте берілетін апараттарды лшеу бірлігі болып пайдаланылады. Тиісінше, ткізу абілеті секундпен пакеттерде немесе секундпен биттерде лшенеді.

йткені есептеу желілері пакеттерді (немесе кадрларды) коммутациялау аидаты бойынша жмыс істейді, сондытан пакеттерде берілген апараттарды санын лшеу маынаа ие болады, оны стіне арналы дегейде жне одан жоары дегейде жмыс атаратын коммуникациялы жабдыты ткізу абілеті, сондай-а кбінесе секундпен пакеттерде лшенеді. Біра пакетті згермелі лшемінен (бл тіркелген 53 байт лшемге ие АТМ-ді оспаанда, бкіл хаттамалар шін тн болып саналады), ткізу абілетін секундпен пакеттерде лшеу ай хаттаманы пакеттері жне андай лшемде деген сияты кейбір белгісіздіктермен байланысты болады. Кбінесе, хаттама шін е аз 64 байт лшемге ие (преамбулаларсыз), аса ке таралан Еtеrnet хаттамасыны пакеттері солай болып тсіндіріледі. зындыы е аз пакеттер, олар шін коммуникациялы жабдытара нерлым ауыр жмыс режимдерін жасайтындытан, эталон ретінде тандалан - рбір келген пакетпен ндірілетін есептеу операциялары, те лсіз трде оны лшеміне туелді болады, сондытан тасымалданатын апараттарды бірлігіне зындыы е аз пакетті деу, зындыы е лкен пакетке араанда, анарлым лкен операцияларды орындауды талап етеді.

ткізу абілетін секундпен биттарда лшеу (секундына - мб/с - миллиондаан битпен лшенетін жылдамдытар жергілікті желілерге нерлым тн) пакеттерді пайдалануа араанда, берілетін апараттарды жылдамдыын нерлым дл баалауа ммкіндік береді.

Кез келген хаттамада ызметтік апаратты ауыстыратын таырыптар мен аталан хаттама шін пайдалануа арналан болып есептелетін апаратты ауыстырылатын деректер рісі бар болады. Мысалы, е аз млшері 46 байт (64-тен) Еtеrnet хаттамасыны кадрында деректер рісін крсетеді жне алан 18-і ызметтік апараттар болып саналады. Пакеттерде ткізу абілеттерін секундпен лшеу кезінде пайдалануа арналан апаратты ызметтік апараттан бліп алу ммкін емес, ал бит бойынша лшеу кезінде ммкін болады.

Егер ткізу абілеті апараттарды пайдалануа арналан жне ызметтікке блусіз лшенетін болса, онда бл жадайда хаттаманы немесе аталан желілер шін хаттамалар стегін тадау есебін ала оюа болмайды. Бл, егер тіпті бір хаттаманы екіншісімен ауыстыранны зінде, желілерді нерлым жоары ткізу абілетін аламыз, онда бл, тпкі пайдаланушылар шін желі шапшаыра жмыс жасайды дегенді білдірмейді — егер пайдалануа арналан деректер бірлігіне келетін ызметтік апараттарды лесі осы хаттамаларда ртрлі болса (жалпы жадайда бл солай болады), онда нерлым отайлысы ретінде желілерді нерлым баяу нсасын тадауа болады. Егер хаттама типі желілерді баптау кезінде згермесе, онда пайдалануа арналан деректерді жалпы аыннан блінбейтін лшемдерін пайдалануа болады.

олданбалы дегейде желілерді ткізу абілеттерін тестілеу кезінде, е алдымен, пайдалануа арналан деректер бойынша ткізу абілетін лшеген оай болады. Бл шін сервер мен клиент арасындаы белгілі бір лшемдегі файлды беру уаытын лшеу жне файл лшемін алынан уаыта блу жеткілікті. Жалпы ткізу абілетін лшеу шін лшейтін арнайы аспаптар - операциялы жйелерге кіріктірілген хаттамалар анализаторлары немесе SNMP немесе RMON агенттер, желілік адаптерлер немесе коммуникациялы рал-жабдытар ажет.

ткізу абілетін желілерді кез келген екі тораптары немесе нктелерімен лшеуге болады. йткені желілерде бір мезгілде пайдалануа арналан компьютерлер мен желілерді лкен саны жмыс істейді, сондытан желілер тораптарыны трафик матрицасы деп аталатын зара рекет ететін компьютерлерді ртрлі йлесімдері шін лшенетін ткізу абілеттеріні жиыны желілерді ткізу абілеттеріні жиыны желілерді ткізу абілеттеріні толы сипаттамасын береді. Желілерді рбір торабы шін трафик матрицасын тіркейтін арнайы лшеу ралдары олданылады.

йткені желілерде белгіленген торапа дейін лі жетпеген жолдаы деректер деуді бірнеше транзиттік аралы кезендері арылы теді, сондытан тиімділік лшемі ретінде желілерді жекелеген аралы элементіні - жекелеген арнаны, сегмент немесе коммуникациялы рылыны ткізу абілеті арастырылуы ммкін.

Екі тораптар арасындаы жалпы ткізу абілетін білу оны арттыруды ммкін жолдары туралы толы апарат бере алмайды, йткені жалпы цифрлардан пакеттерді деуді аралы кезендеріні айсысы нерлым лкен дрежеде желілер жмысын тежейтінін тсінуге болмайды. Сондытан желілерді жекелеген элементтеріні ткізу абілеті оны отайландыру тсілдері туралы шешімдер абылдау шін пайдалы болуы ммкін.

Уаыт бірлігінде желілерді бкіл тораптары арасында берілген апараттарды орташа саны ретінде жалпы ткізу абілетін анытауды маынасы бар. Желілерді сегменттерге немесе ішкі желілерге блінуі кезінде желілерді жалпы ткізу абілеті ішкі желілерді ткізу абілеттері плюс сегментаралы немесе желіаралы байланыстарды ткізу абілетіні жиынына те.

Желілерді отайландыруды тадап алан лшемдеріне ртрлі типтердегі параметрлерді лкен саны сер етеді. німділікке лкен дрежеде мыналар сер етеді:

Ø пайдаланылатын коммуникациялы хаттамалар мен оларды параметрлері;

Ø ртрлі хаттамалармен жасалатын кеінен олданылатын трафикті лесі мен сипаты;

Ø желілер топологиясы жне пайдаланылатын коммуникациялы рал-жабдытар;

Ø ате жадайларды туындау арындылыы мен сипаты;

Ø тпкі тораптарды бадарламалы жне аппаратты амтамасыз ету конфигурациясы.

Желілерді німділігіне коммуникациялы хаттама мен оны параметрлері типіні сері. Коммуникациялы хаттамаларды тадау есебі бір жаынан, арналы дегей (Ethernet, Tokenring, FDDI, FastEthernet, АТМ) жне баса жаынан, «желілік-кліктік хаттама» жптары (ІРХ/SРХ, ТСР/ІР, NetВІОS) шін баршама туелсіз шешілуі ммкін.

рбір хаттаманы з ерекшеліктері, олданылатын аймаы жне бапталатын параметрлері бар жне бл хаттаманы тандау жне баптау есебінен желілерді німділігі мен сенімділігіне сер ету ммкіндігін береді. Хаттаманы баптауа мынадай параметрлерді згерту кіруі ммкін:

Ø кадрды е лкен йарымды лшемі;

Ø тайм-ауттар шамалары (оны ішінде пакет міріні уаыты);

Ø байланыс орнатанда жмыс істейтін хаттамалар шін - расталмаан пакеттер терезесіні лшемі, сондай-а таы басалар.

детте, бір пакетті беру интервалында сталып тратын деректерді беруді биттік жылдамдыы номинал ткізу абілеті болып тсіндіріледі. Хаттаманы тиімді ткізу абілеті - бл пайдалануа арналан деректерді беруді орташа жылдамдыы, яни рбір пакетті деректер рісіндегі деректерді беруді орташа жылдамдыы. Жалпы жадайда хаттаманы тиімді ткізу абілеті пакетте ызметтік апараттарды бар болуынан, сондай-а жекелеген пакеттерді беру арасында кідірісті болуынан, номиналдан тмен болады.

 

ДРІС №13. Хабарларды кзі жне байланыс арнасыны апарат сипаттамалары. Негізгі тсініктер мен анытамалар. Дискретті хабарламаларды апаратты кзі сипаттамасы. Цифрлы байланыс арналарын апарат сипаттамалары. здіксіз апарат кзіні апарат сипаттамалары. здіксіз байланыс арналарын апарат сипаттамалары. Сигнал физикалы сипаттамаларын Alignment жне арна. Хабарларды кзі жне байланыс арнасыны статистикалы асиеттерін йлестіру

Дрісті мтіні

Масаты: Кодтау теориясыны жалпы ымдарын зерделеу

Дрісжоспары

1. Кодтау туралы Шеннонны негізгі теоремалары

2. Аналогты-кодты трлендіргіштер

3. Тиімді кодтау

Негізгі тсініктер: кодер, декодер, энтропия, кодтау дісі, кодты тиімділігі, шуыл, дискреттік арна, Шеннон теоремасы

 

Таырыпты мазмны: Біз, ателерді туындау ытималдыы нлге жаын (идеалда = 0) дискреттік арнаа ие боламыз деп жорамалдайы. Осындай арна мінсіз арна немесе шуылсыз арна деп аталады. Бан сйкес арнаны ткізу абілеті C=k*logМ-мен аныталады. Мінсіз арнаны болуы кезінде апараттарды ол бойынша H'(U) сенімділікпен сипатталатын U еркін дискреттік дереккзден арнаны ткізу абілетіне те жылдамдыпен, жоалтусыз хабар беру ммкіндігі туралы мселені ою зады. Апараттарды беруді осындай жйесін ру слбасы, 13.1-суреттегідей крінуі тиіс.

 

13.1-сурет. Апараттарды беруді жйесін ру слбасы

 

Арнадаы апараттарды беру жылдамдыы оны ткізу абілетіне те болуы шін арнадан шыарда I(Z,Z*) шаманы арттыратын, белгілі бір статистикалы асиеттермен дискреттік дереккз олданылуы тиіс. Жекелей аланда, бізді ызыушылыымызды туызатын мндаы кедергілерсіз мінсіз арна жадайында осындай дереккз е лкен энтропияа немесе нлдік артыщылыа ие болуы тиіс, яни туелсіз те ытималды хабарлар беруі ажет. Есептерді ойылымы кезінде еркін дереккзінен кез келген статистикалы асиеттермен, яни нлдік емес артышылыа ие хабарлар беру ммкіндігін ажет етеміз. Осылайша, кодер атарымдары статистикалы маынада дереккз хабарларыны арнаа кірумен келісуі болып саналады. Осы келісім есептері тпкі орытындысында хабарларды артытыын жоюа келеді. Кодер хабарларды кодтауды жзеге асырады, яни белгілі бір ереже бойынша рбір дискреттік хабара клемі М алфавиттен символдардьщ тізбектілігін сйкестікке ояды. Бл ретте арнаа кіруге атынасы бойынша кодермен берілетін символдарды зі статикалы асиеттері алашы кз хабарларыны статикалы асиеттерінен згешеленуі тиіс статикалы асиеттер хабарларыны дискреттік элементтері болып саналады. Хабарларды еркін алашы кзіні артытыын толы жоятын кодер ру ммкіндігі арнаны ткізу абілетіне те жылдамдыпен апараттарды атесіз беруді ала ойан есептерін шешу ммкіндігін анытайды. Оны толы шешу кезінде тмендегі тедік дрыс болып шыады.

Н’(U) =C *Н(U) = K*logM=C (13.1)

одан мынаны аламыз:

=K/С = H(U)* logM (13.2)

мндаы, H(U) - берілетін хабарлар кзіні энтропиясы, K жне С уаыт бірлігінде берілетін хабар мен кодка сйкес символдарды орташа саны, =K/С - бір хабара келетін код символдарыны орташа саны.

(13.1) жне (13.2) тедіктерін дл орындауа жуытау дрежесі хабарлар кзінін артытыын азайту дрежесіне байланысты болады. Хабарлар кздеріні артытыын жоюа ммкіндік беретін кодтау тиімді немесе статистикалы деп аталады. Осындай кодтау нтижесінде алынатын кодтар тиімді немесе статистикалы деп аталады. Тиімді кодтау негізі болып алануы ммкін негізгі идеяларды арастырамыз. Дискреттік кздердін артышылыы екі себептермен:

Ø деректер кзіні жадысымен;

Ø хабарды біралыпты еместігімен шарт жасалынады.

арапайым (элементар) хабарларды ірілендіру дереккз жадысымен шарт жасалан артышылыты азайтуды мбебап тсілі болып саналады. Бл ретте кодтау зын блоктармен жзеге асырылады. Блоктар арнасындаы ытималдылы байланыстары хабарларды жекелеген элементтері арасындаыа араанда аздау болады жне блоктар нерлым зыныра болса, оларды арасындаы туелділік сорлым аз болады. Ірілендіру маынасын ріптік мтін мысалымен тсіндіреміз: егер кез келген тілдегі ріптер арасындаы ытималдылы байланыстар салыстырмалы трде кшті болса, онда олар сздер арасында айтарлытай аздау, ал сз тіркестері арасында одан да аздау, абзацтар арасында тіпті одан да аздау болады. Сондытан сздерді, сз тіркестерін, абзацтарды кодтауды олдана отырып, біз ытималдылы байланыстарымен шарттасылан артышылыты толытай жоя аламыз. Біра бл ретте хабарларды беруді кешіктіру кбейеді, йткені алдымен хабарларды бкіл зын блогын алыптастыруды ктіп, содан кейін ана барып оны кодтау жне беру ажет. Хабарды біралыпты еместігінен шарттасан артышылыты азайтуа біралыпты емес кодтарды олданумен жетуге болады. Осындай кодтарды руды негізгі идеясы: нерлым ытимал хабарлара кодты символдарды (кодты комбинацияларды) нерлым кыска блоктарын, ал е кіші ыктимал блоктара негрлым зын блоктарды сйкестікке ою болып табылады. Осындай кодтарды біралыпты еместігінен жне U хабарды кездейсо сипатынан, кодты символдарды траты жылдамдыымен акпараттарды жоалтусыз беру, лкен жадысы бар буферлік жинатаышты болуы кезінде, демек лкен кешіктірулерді йарымдылыы кезінде ана амтамасыз етіледі.

Статистикалы кодтауды шекті ммкіндіктері апараттарды беру теориясыны негізгі ережелеріні бірі болып саналатын шуылсыз арна шін Шеннон теоремасында ашып крсетіледі. Бл теорема мына трде тжырымдалуы ммкін:

Хабарлар кзі H'(U) = c.H(U) німділікке ие, ал арна С = к.log М ткізу абілетіне ие болады. Сол уаытта,

q = к /с = (H(U) . logM)+ (145)

хабар элементіне келетін кодты символдарды орташа санын алатындай трде кзден шыатын хабарды кодтауа болады, мндаы - керек болса, сонша аз (тура теорема).

-нен кіші мнді алу ммкін емес (кері теорема).

= к /с = H(U)/log М (146)

мнін алу ммкін еместігін растайтын теореманы кері блігі, егер (146) тесіздік c.H(U)> к.log М, H'(U)>C тесіздікке эквивалентті екенін ескеретін болса, длелденуі ммкін. Соы тесіздік орындалмайды, йткені арастырылып отыран кодтау айтымды трлендіру (яни апараттарды жоалтусыз). Арнаа кірердегі бір секундтаы энтропия немесе кодерді німділігі арнаны ткізу абілетінен артып кетпейді.

Тура теореманы екі ртрлі тсілдермен длелдейміз, бл ретте хабарлар кзін жадысыз дереккз деп жорамалдайы, егер хабар элементтері блоктарыны аса лкен К1 зындыын, алфавит клемі Nu арапайым хабар ретінде арастыратын болса, оан керек болса, сонша жоары длдік дрежесімен кез келген кз келтірілуі ммкін деп тсіну керек.

Длелдеуді бірінші тсілі кзбен ралатын К символдардан хабарларды жиынын арастырудан трады. Клемі Nu алфавиттен тадалатын U1 арапайым хабарларды К мазмныны осындай рбір тізбектілігін =(Uk.-1Uk-2 U1U0) хабар деп санайтын боламыз. Жадыларсыз кздер шін осы хабарларды ытималдыы P()=P(Uk.1)-P(Uk-2) ...P(U0). Бл ретте бір-бірінен жасы хабарларыны L саны L=Nuk. К хабарыны зындыы аса лкен болан кезде ммкін хабарларды L бкіл жиыны 2 ішкі жиына блінуі ммкін, оларды бірі, ытималдытар осындысы 1- бірлікке жаын нерлым ытимал хабарларды К1-нен трады (оны жоары ытимал немесе типтік деп атайтын боламыз), екінші, хабарлар осындысыны ытималдыгы нлге жаын хабарлардан (аз ытималды немесе типтік емес) трады. К-ны лайта отырып, -ны кішірейтуге болады. Осы айтыландар ытималдытар теориясы заынан шыарылады жне соан сйкес сынатарды аса лкен саны кезінде ммкін нтижелеріні рбір саны зіні математикалы мітіне (лкен сандар заы) жаын келеді. Аталан жадайда хабарларды К элементтеріні саны сынатар саны болып, и1 элементтерді мні алашы болып саналады жне U1 нтижелер саныны математикалы міті K.P(U1)-гe те. Сондытан хабарларды аса лкен зындыы 0 элементтер саныны К.Р(0)-на жаын Nu-1 элементтер саны K.P(Nu-1)-a жаын, 1, лементтер саны К.Р(1)-а жаын. Осындай хабар жоары ытимал ішкі жиынды райды.

Хабарды К Р кезінде элементтерді зге санынан тру ытималдыы те аз болады. йткені хабарды ртрлі элементтеріні андай да бip штасуыны (сочетание) ытималды кезінде жадыны жо болуы кезінде оларды санына ана туелді болады, сондытан жоары ытималды ішкі жиынына жататын, яни ртрлі элементтерді шамамен аланда сондай бip санынан тратын жне осы элементтерді тізбектіліктерінде орналасумен ана згешеленетін бкіл хабар, Р(0)К* Р(0)*P(1) К* Р(1)... P(NU-1) К* Р(Nu- 1) = P-a жаын бip ытималдыа ие болады. Алынан тедікті логарифм дейміз:

 

 

K1>1/P жоары ытималды ішкі жиындаы хабарлар саныны те ытималдыынан Р, К1 логарифм шін алынан рнекті ecкepiп, дереккзі энтропиясы арылы жазуа болады.

 

P= (147)

йткені L =

(148)

 

мндаы, - кзді артытыы, (148) рнекті талдау, кзді кез келген нлдік емес артытыы кезінде жоары ытимал ішкі жиын хабарлар саны, егер К хабар зындыы аса лкен болса (анша болмасын аз ытималды аса зын хабарларды лкен блігіне ие болады) бкіл ммкін хабарларды андай да бip аз блігін райтындыын крсетеді. Бл басым кпшілік сан хабарлар элементіне кодты символдарды е аз санына жетуге ммкіндік береді. Хабарларды жоары ытималды тобына блінетін дабыл ретінде пайдалану шін бipeyiн алдырып, n1 зындытарды біралыпты кодыны ртрлі ыса (олар аз) кодты комбинацияларын сйкестікке келтіреміз. Аз ытималды ішкі жиындарды райтын хабарларды аландары шін K2=L-K1>L. Жоарыда айтылан зындытары n1 блінетін комбинациялардан басталатын (декодтау кезінде абылданатын хабарды шектейтіндей болу шін) n2 символдардан тратын нерлым зын кодты комбинацияларды пайдаланамыз. n1 жне n2 кодтарды зындытарын (149) S mn шартынан анытаймыз, мндаы, S — біралыпты кодты ртрлі кодтары комбинацияларыны саны, m -кодты символдар алфавитіні клемі, n - символдар саны (кодты комбинациялар зындыы).