Балансировка загрузки мобильных сетей

Заключение

В работе были рассмотрены основные принципы организации беспроводных сетей, дана их классификация по разным признакам. Сформулированы общая проблематика управления сетевой нагрузкой, из чего сделан вывод о важности ее балансировки.
Показано, что балансировка нагрузки может повысить качество обслуживания сетей на разных уровнях. Ее цель состоит в оптимизации использования ресурсов сети, улучшении качества сетевых услуг, повышении производительности их работы.
Произведенный анализ алгоритмов балансировки показал, что они могут носить как статический, так и динамический характер. Статические алгоритмы просты в реализации и реализации, однако они не всегда могут быть пригодны в условиях высокодинамичного режима работы сетей.
...

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2
1. Принципы организации мобильных сетей 3
2. Алгоритмы балансировки нагрузки в сетях 8
Заключение 17
Список использованных источников 17

ВВЕДЕНИЕ
Сетевая технология - это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети [1,2].
Мощным стимулом для появления сетей стали персональные компьютеры. Их массовость позволила создавать масштабируемые сети, позволяющие решать сложные задачи и разделять доступ к ресурсам. Поэтому они, а со временем и мобильные устройства стали преобладать в широком спектре видов вычислительных сетей.
При проектировании вычислительной сети важной задачей является правильное распределение нагрузки между узлами данной сети. Балансировка нагрузки – это метод распределения заданий между несколькими сетевыми устройствами с целью оптимизации ис пользования ресурсов, сокращения времени обслуживания запросов, обеспечения отказоустойчивости (резервирования) и горизонтального масштабирования вычислительной системы. Применение балансировки нагрузки может дать много положительных результатов. Так, она позволяет расширить возможности сети, которая включает в себя более чем одну базовую станцию. Кроме того, балансировка нагрузки может сохранить работоспособность сети в целом в условиях выхода из строя части элементов сети. Это делает систему более отказоустойчивой за счет динамической регулировки используемых вычислительных ресурсов. Целью данной работы является анализ алгоритмов и принципов балансировки загрузки беспроводных сетей.
Для достижения поставленной цели необходимо:
– проанализировать основные способы организации сетей и дать их классификацию;
– проанализировать виды алгоритмов балансировки нагрузки сети.  

Также можно распределить сервисы и направить трафик через все имеющиеся Интернет-каналы. Балансировка нагрузки может быть настроение при соединении с провайдерами за счет различных типов подключения (Static IP, PPPoE, PPTP/L2TP) (рисунок 1). Рис. 1. Балансировка нагрузки по нескольким маршрутамМежсетевые экраны D-Link серии NetDefend имеют функцию, которая используется балансировки сетевой нагрузки по разным маршрутам. Данная функция получила название Route Load Balancing (RLB). Благодаря ей можно добиться:– балансировки трафика между интерфейсами;– балансировку нагрузки трафика при одновременном множественном доступе в Интернет, за счет использования услуг минимум двух провайдеров;– балансировки трафика, который проходит через VPN-туннели, установленные на различных физических интерфейсах. Функция балансировки нагрузки в межсетевых экранах NetDefend активируется на основе таблицы маршрутизации путем создания объекта RLB Instance. В объекте RLB Instance определяются два параметра: – таблица маршрутизации;– RLB-алгоритм. С таблицей маршрутизации может быть связан только один объект Instance (рисунок 2). Рис. 2. Выбор алгоритма распределения нагрузки в межсетевых экранах NetDefendВыбор алгоритмов распределения нагрузки между Интернет-интерфейсами может быть следующим: Алгоритм Round Robin последовательно осуществляет распределение нагрузки между интерфейсами WAN1 и WAN2. Выбор интерфейса WAN1 или WAN2 для отправки пакетов, происходит каждый раз, когда образуется новая исходящая сессия с интерфейса LAN. Затем пакеты данной сессии будут использовать ранее определенный WAN-интерфейс. Алгоритм Destination исключит проблемы с некоторыми протоколами в момент применения балансировки, например FTP. Данный алгоритм работает аналогично алгоритму Round Robin, за исключением того, что все данные к удаленному хосту идут через тот интерфейс, через который соединение было установлено.Значение Spillover определяет предельное значение нагрузки для основного WAN-порта (Routing → Route Load Balancing > Algoritm Setings) .Если за определенный период достигается максимальная нагрузка, то применяется второй WAN-порт (для новых сессий). Падение нагрузки приводит к открытию новых каналов на нем. Рассмотрим применение метрик маршрута с алгоритмом Round Robin.По умолчанию метрика каждого маршрута равна 0. Применение взаимосвязанных алгоритмов Round Robin и Destination позволяет установить различные величины метрик, за счет которых можно создать приоритет выбора маршрутов. Минимальная величина метрик приводит к тому, что данные маршруты будут выбраны в большем количестве случаев, нежели при метриках с высоким значением. Сценарий, который содержит два Интернет-провайдера, вызывает необходимость в том, чтобы большая часть трафика проходила через одно из ISP-подключений. В таком случае нужно активировать RLB и назначить меньшее значение метрики для маршрута основного ISP-подключения (например, 90) относительно второго (например, 100). Для того, чтобы выполнить равномерную балансировку трафика между двумя Интернет-провайдерами, необходимо значение метрик для каждого из маршрутов выбрать одинаковым. Рассмотрим применение метрик маршрута с алгоритмом Spillover.Применение алгоритма Spillover приводит к необходимости определения метрики для каждого маршрута. При таком подходе NetDefendOS осуществляет выборку маршрута, который имеет самую низкую величину метрики. Алгоритм Spillover не эксплуатируется при одинаковых величинах метрики для всех используемых маршрутов. В связи с этим, администратор должен устанавливать различные значения метрик. Значение метрики зависит от порядка. Порядок определяет направление трафика, который может быть отправлен по другому маршруту после того, как для выбранного маршрута превышено допустимое значение передаваемого трафика. Создание ряда альтернативных маршрутов, которые имеют различные метрические значения, вполне допустимо. Каждый из них имеет пороговую величину настроек алгоритма – Spillover Setting – для каждого интерфейса. Первоначально необходимо выбрать маршрут с минимальной метрикой. Следующий маршрут выбирается как только допустимый порог настроек алгоритма будет превышен. Маршрут остается неизменным в том случае, если на всех альтернативных маршрутах достигнуты пороговые значения .Согласно [3] важно обратить внимание на то, чтобы метрики на интерфейсах (маршрутах), используемые в балансировке, устанавливались выше, нежели для остальных интерфейсов (маршрутов). Стремление метрики к минимальному значению ведет к тому, что данный интерфейс (маршрут) будет использован чаще для установки соединения. Очевидно, что величина метрики влияет на пропорциональность использования интерфейсов (маршрутов). Рассмотрим балансировку нагрузки сети и НА-кластеризация (резервирование устройств) межсетевых экранов NetDefend (рисунок 3). Высокий уровень сетевой отказоустойчивости может быть достигнут благодаря применению двух межсетевых экранов NetDefend: – основного устройства (master);– резервного устройства (slave). Названные два устройства взаимосвязаны между собой и представляют логический HA-кластер.Рис. 3. НА-кластеризация межсетевых экранов NetDefendМежсетевые экраны NetDefend не поддерживают балансировку нагрузки в НА-кластеризации устройств. Таким образом, распределение нагрузки между ними не обеспечивается, по причине того, что одно устройство всегда является активным, а другое стоит в режиме ожидания. 2 Анализ видов балансировки нагрузки сети Наивысшая проблема распределения нагрузки возникает в тот момент, когда один сервер перестает справляться с запросами пользователей. Как итог, время ожидания ответа на запрос достигает критического уровня. Иначе можно сказать, что сервер либо отказывает в обслуживании, либо образуется очередь. Последняя весьма нежелательно. Выходом из такой ситуации может быть установка еще ряда серверов. Можно использовать многопроцессорные машины, но это не рационально по причине наличия у кластера таких преимуществ, как:– возможность установки разных операционных систем на сервера;– использование машин с различными характеристиками;– повышенная безопасность. Кроме того, вероятность того, что все сервера перестанут работать одновременно, достаточно мала. Даже в том случае, если применяется архитектура с выделенным центром, и вышло из строя центральное звено, оно может быть заменено. Применение одного многопроцессорного сервера, в случае его поломки приведет к необходимости покупки нового, также достаточно дорогого. В этом случае образуется проблема. Это вызвано тем, что поступающие запросы нужно распределить между машинами сделать это достаточно оптимально. Обычно, такой подход представляет собой сложную задачу. При этом для того, чтобы ее упростить возникают условия некоторой унифицированности запросов и их небольшого объема, а также большого количества пользователей. Подобные условия обращения к серверу подвергаются точному прогнозу. Это связано с большим количеством пользователей, которые позволяют говорить о низкой ошибке при расчете различных погрешностей. Способы распределения нагрузки сети классифицируются следующим образом:– распределение пакетов по содержанию. Предоставляя разнороднуюинформацию, ее можно разделить физически, разместив на разных серверах.– распределение по пропускной способности. При этом подходе вводятся , весовые коэффициенты, если использовать относительную модель, когда наименьшая пропускная способность в данном кластере принимается за 1. Возможно применение абсолютных значений пропускной способности, которая выражается в бит/с.;– распределение запросов поровну между серверами. Данный метод используется в том случае, серверы примерно равнозначны по мощности;– процентное распределение. При таком подходе каждый сервер получает определенное количество обрабатываемых запросов в процентах.– распределение на основе максимального количества соединений. Данный подход предполагает установку количества соединений, превышение которого , запросы на сервер не поступают до тех пор, пока количество соединений не уменьшится;– распределение по пользователям. Небольшое количество пользователей приводит к тому, что то пользователей можно закрепить за серверами на время сеанса.Допустим, первый сервер принимает запросы от нечетных пользователей, второй от четных. Другие алгоритмы можно получить за счет применения комбинации ряда алгоритмов. Практическая реализации алгоритмов выделяет два вида балансировки нагрузки:– аппаратную;– программную. Оба вида БНС имеют свои плюсы и минусы. Программная реализация более интеллектуальна. Системные утилиты быстрее могут анализировать ситуацию, а так же снизят затраты на железо, по причине того, что можно обойтись концентраторами.С другой стороны, аппаратная реализация на основе коммутатора более стабильна, по причине того, что установка на сервер различных дополнительных программ нежелательна.Кроме того, образуется проблема с привязкой к конкретной операционной системе. Достоинством программной балансировки нагрузки считается возможность простого обновления. Однако производитель должен предоставлять подобную возможность. Программное распределение нагрузки можно выполнить на базе централизованного или распределенного алгоритма. Распределенный алгоритм имеет большее предпочтение относительно безопасности.