ОСОБЕННОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

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 хаpaктеристики.
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.
Охаpaктеризуем 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 тpaктовать 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 обpaбатываемых 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 трaнcпортного 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 процеДypa 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 трaнcпортировки 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
- Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2003. - 960 с.
- Janadrhan R. Iyngar - End-to-end concurrent multipath transfer, - University of Delaware, 2006. - 123 c.
- У. Ричард Стивенс Протоколы TCP/IP Пpaктическое руководство:Пер. с англ. - Санкт-Петербург, 2003. - 671 с.
- Alberto Leon-Gacia & Indra Widjaja. Communication Networks, - McGraw-Hill, 2001. - 889 с.
Статья в формате PDF
227 KB...
21 07 2026 10:59:37
Статья в формате PDF
302 KB...
19 07 2026 18:54:35
Статья в формате PDF
126 KB...
18 07 2026 8:56:57
Статья в формате PDF
108 KB...
17 07 2026 21:49:59
Статья в формате PDF
110 KB...
16 07 2026 3:22:17
Статья в формате PDF
135 KB...
15 07 2026 18:17:26
Статья в формате PDF
111 KB...
14 07 2026 2:52:58
Статья в формате PDF
133 KB...
13 07 2026 16:55:13
В работе представлен анализ данных литературы и собственных клинико–лабораторных обследований пациенток с дисфункциональными маточными кровотечениями и подтвержденным диагнозом гиперплазии эндометрия, позволивший дать оценку эпидемиологической ситуации, а также состояния вопроса о классификации и патоморфологической хаpaктеристике различных видов гиперпластических процессов эндометрия.
...
11 07 2026 8:25:20
В работе обосновано применение метода Дэвиса для оценки коэффициентов активности ионов, образующихся в кислотно-основной системе, при определении термодинамических констант диссоциации ароматических кислот в среде диметилформамида.
...
10 07 2026 1:42:34
В статье приведены сведения о золотоносности щелочных и ультpaбазит-базитовых щелочных комплексов. Впервые обращено внимание на золотоносность карбонатитовых комплексов. Приведены данные о золотоносности шошонитовых и щелочных лампрофировых комплексов. Основными геолого-промышленными типами оруденения указанных комплексов являются жильные, жильно-штокверковые, порфировые мезотермальные, скарновые, а также эпитермальные золото-серебряно-теллуридные месторождения. Золото выявлено в комплексных месторождениях кобальт-медно-никелевых (типа Блэкбёд), ортомагматических платиноидных в «аляскинском» типе ультpaбазитов, в железо-оксидном медно-золоторудном классе месторождений типа Олимпик Дам и других.
...
09 07 2026 22:51:34
Разработаны препаративные методы синтеза сульфидов металлов в среде жидких н-алканов. Представлены результаты «дробного» и «свернутого» методов синтеза сульфидов металлов. Состав соединений установлен методами химического, рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализов.
...
08 07 2026 16:25:41
Статья в формате PDF
104 KB...
07 07 2026 10:38:51
В работе представлены результаты исследования влияния высокоинтенсивных физических факторов электрического поля коронного разряда (ЭПКР), создаваемого установкой «Экран», и некогерентных световых импульсов (НСИ), создаваемых установкой «Стимул» [1, 2], на семена овощных культур, с целью повышения урожайности.
По результатам исследования выявлено, что все использованные в эксперименте режимы высокоинтенсивного физического воздействия на семена овощных культур оказывают стимулирующий биологический эффект при оценке урожайности. Определено, что наиболее эффективными режимами ЭПКР для повышения урожайности овощных культур являются режимы с напряженностью электрического поля 3,5 кВ/см и 5 кВ/см. Выявлено, что наиболее эффективными режимами НСИ для повышения урожайности овощных культур является режим с запасенной суммарной электрической энергией импульсного источника энерго-питания 80 кДж. Показано, что при воздействии на посадочный материал картофеля НСИ с запасенной суммарной электрической энергией 40 кДж наблюдается стимулирование роста, развития, повышение всхожести и сокращение вегетационного периода картофеля. Кроме того, данное физическое воздействие вызывает повышение качества урожая картофеля, т.к. вес и количество крупных и средних клубней в опытной группе значительно больше, чем в контрольной.
...
06 07 2026 12:47:42
Статья в формате PDF
122 KB...
05 07 2026 21:42:13
Статья в формате PDF
114 KB...
03 07 2026 11:47:38
02 07 2026 6:53:35
В листьях древесных пород и травянистой растительности определены корреляционные зависимости между Mn, Cr, Ni, Cu, Ti, Pb, Zn, Co в условиях геохимического фона и на колчеданных месторождениях.
...
01 07 2026 4:16:27
Статья в формате PDF
100 KB...
30 06 2026 17:40:27
Статья в формате PDF
298 KB...
29 06 2026 10:17:53
Статья в формате PDF
254 KB...
28 06 2026 0:56:49
Статья в формате PDF
216 KB...
27 06 2026 20:53:23
Статья в формате PDF 283 KB...
26 06 2026 4:57:46
Статья в формате PDF
211 KB...
25 06 2026 12:23:32
Статья в формате PDF
141 KB...
24 06 2026 13:34:36
Статья в формате PDF
114 KB...
22 06 2026 14:41:27
С целью проверки космологических и геологических теорий всё больший интерес вызывают измерения аномалий: увеличение радиусов орбит планет, увеличение радиусов планет, замедление вращения планет. Технические возможности таких измерений имеются. Эмпирическая Теория Вселенной позволяет легко вычислять указанные аномалии. В статье показан метод расчёта аномалий и некоторые результаты для планет Солнечной системы. Сравнение расчёта с уже имеющимися измерениями (удаление Луны от Земли, удаление Земли от Солнца, замедление вращения Земли) показывает хорошее согласие расчёта и измерения.
...
21 06 2026 1:59:17
Статья в формате PDF
357 KB...
20 06 2026 4:11:45
Статья в формате PDF
172 KB...
19 06 2026 23:39:59
Статья в формате PDF 116 KB...
18 06 2026 0:53:12
Статья в формате PDF
118 KB...
17 06 2026 18:23:39
16 06 2026 2:30:49
14 06 2026 6:35:26
Статья в формате PDF
107 KB...
13 06 2026 18:38:36
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::