ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДИАГНОСТИКИ СЕТИ

Первый ЭТАП

Второй ЭТАП

ТРЕТИЙ ЭТАП

КАКИЕ ПАРАМЕТРЫ НЕОБХОДИМО ОТСЛЕЖИВАТЬ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ СЕТИ? Методика упреждающей диагностики сети

Данная статья начинает серию публикаций, посвященных вопросам диагностики и тестирования локальных сетей. Изложенный в этой и последующих статьях материал не что иное, как обобщение многолетнего практического опыта компании "ПроЛАН" по выявлению "скрытых дефектов" и "узких мест" локальных сетей.

Прежде чем приступить к описанию методики выявления "скрытых дефектов", мы хотели бы определиться с терминами: что, собственно, понимается под локальной сетью, диагностикой локальной сети и какую сеть следует считать "хорошей".

Очень часто под диагностикой локальной сети подразумевают тестирование только ее кабельной системы. Это не совсем верно. Кабельная система является одной из важнейших составляющих локальной сети, но далеко не единственной и не самой сложной с точки зрения диагностики. Помимо состояния кабельной системы на качество работы сети значительное влияние оказывает состояние активного оборудования (сетевых плат, концентраторов, коммутаторов), качество оборудования сервера и настройки сетевой операционной системы. Кроме того, функционирование сети существенно зависит от алгоритмов работы эксплуатируемого в ней прикладного программного обеспечения.

Под термином "локальная сеть" мы будем понимать весь комплекс указанных выше аппаратных и программных средств; а под термином "диагностика локальной сети" - процесс определения причин неудовлетворительной работы прикладного ПО в сети. Именно качество работы прикладного ПО в сети оказывается определяющим, с точки зрения пользователей. Все прочие критерии, такие как число ошибок передачи данных, степень загруженности сетевых ресурсов, производительность оборудования и т. п., являются вторичными. "Хорошая сеть" - это такая сеть, пользователи которой не замечают, как она работает.

Основных причин неудовлетворительной работы прикладного ПО в сети может быть несколько: повреждения кабельной системы, дефекты активного оборудования, перегруженность сетевых ресурсов (канала связи и сервера), ошибки самого прикладного ПО. Часто одни дефекты сети маскируют другие. Таким образом, чтобы достоверно определить, в чем причина неудовлетворительной работы прикладного ПО, локальную сеть требуется подвергнуть комплексной диагностике. Комплексная диагностика предполагает выполнение следующих работ (этапов).

Выявление дефектов физического уровня сети: кабельной системы, системы электропитания активного оборудования; наличия шума от внешних источников.
Измерение текущей загруженности канала связи сети и определение влияния величины загрузки канала связи на время реакции прикладного ПО.
Измерение числа коллизий в сети и выяснение причин их возникновения.
Измерение числа ошибок передачи данных на уровне канала связи и выяснение причин их возникновения.
Выявление дефектов архитектуры сети.
Измерение текущей загруженности сервера и определение влияния степени его загрузки на время реакции прикладного ПО.
Выявление дефектов прикладного ПО, следствием которых является неэффективное использование пропускной способности сервера и сети.
В рамках данной статьи мы рассмотрим первые четыре этапа комплексной диагностики локальной сети, а именно: диагностику канального уровня сети.

Мы не будем подробно описывать методику тестирования кабельной системы сети. Несмотря на важность этой проблемы, ее решение тривиально и однозначно: полноценно кабельная система может быть протестирована только специальным прибором - кабельным сканером. Другого способа не существует. Нет смысла заниматься трудоемкой процедурой выявления дефектов сети, если их можно локализовать одним нажатием клавиши AUTOTEST на кабельном сканере. При этом прибор выполнит полный комплекс тестов на соответствие кабельной системы сети выбранному стандарту.

Хотелось бы обратить ваше внимание на два момента, тем более что о них часто забывают при тестировании кабельной системы сети с помощью сканера.

Режим AUTOTEST не позволяет проверить уровень шума создаваемого внешним источником в кабеле. Это может быть шум от люминесцентной лампы, силовой электропроводки, сотового телефона, мощного копировального аппарата и др. Для определения уровня шума кабельные сканеры имеют, как правило, специальную функцию. Поскольку кабельная система сети полностью проверяется только на этапе ее инсталляции, а шум в кабеле может возникать непредсказуемо, нет полной гарантии того, что шум проявится именно в период полномасштабной проверки сети на этапе ее инсталляции.

При проверке сети кабельным сканером вместо активного оборудования к кабелю подключаются с одного конца - сканер, с другого - инжектор. После проверки кабеля сканер и инжектор отключаются, и подключается активное оборудование: сетевые платы, концентраторы, коммутаторы. При этом нет полной гарантии того, что контакт между активным оборудованием и кабелем будет столь же хорош, как между оборудованием сканера и кабелем. Мы неоднократно встречались со случаями, когда незначительный дефект вилки RJ-45 не проявлялся при тестировании кабельной системы сканером, но обнаруживался при диагностике сети анализатором протоколов.

В рамках предлагаемой методики мы не будем рассматривать ставшую хрестоматийной методику упреждающей диагностики сети (см. врезку "Методика упреждающей диагностики сети"). Не подвергая сомнению важность упреждающей диагностики, заметим только, что на практике она используется редко. Чаще всего (хоть это и неправильно) сеть анализируется только в периоды ее неудовлетворительной работы. В таких случаях локализовать и исправить имеющиеся дефекты сети требуется быстро. Предлагаемую нами методику следует рассматривать как частный случай методики упреждающей диагностики сети.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДИАГНОСТИКИ СЕТИ
Любая методика тестирования сети существенно зависит от имеющихся в распоряжении системного администратора средств. По нашему мнению, в большинстве случаев необходимым и достаточным средством для обнаружения дефектов сети (кроме кабельного сканера) является анализатор сетевых протоколов. Он должен подключаться к тому домену сети (collision domain), где наблюдаются сбои, в максимальной близости к наиболее подозрительным станциям или серверу (см. Правило # 3.3).

Если сеть имеет архитектуру с компактной магистралью (collapsed backbone) и в качестве магистрали используется коммутатор, то анализатор необходимо подключать к тем портам коммутатора, через которые проходит анализируемый трафик. Некоторые программы имеют специальные агенты или зонды (probes), устанавливаемые на компьютерах, подключенных к удаленным портам коммутатора. Обычно агенты (не путать с агентами SNMP) представляют собой сервис или задачу, работающую в фоновом режиме на компьютере пользователя. Как правило, агенты потребляют мало вычислительных ресурсов и не мешают работе пользователей, на компьютерах которых они установлены. Анализаторы и агенты могут быть подключены к коммутатору двумя способами.

При первом способе (см. Рисунок 1а) анализатор подключается к специальному порту (порту мониторинга или зеркальному порту) коммутатора, если таковой имеется, и на него по очереди направляется трафик со всех интересующих портов коммутатора.

Рисунок 1а.
Зеркальный трафик со всех портов коммутатора по очереди направляется на порт коммутатора, к которому подключен анализатор протоколов.

Если в коммутаторе специальный порт отсутствует, то анализатор (или агент) следует подключать к портам интересующих доменов сети в максимальной близости к наиболее подозрительным станциям или серверу (см. Рисунок 1б). Иногда это может потребовать использования дополнительного концентратора. Согласно Правилу # 3.3, данный способ предпочтительнее первого. Исключение составляет случай, когда один из портов коммутатора работает в полнодуплексном режиме. Если это так, то порт предварительно необходимо перевести в полудуплексный режим.

Рисунок 1б.
Анализатор протоколов и удаленные агенты контролируют основные домены сети. Для диагностики домена сервера используется дополнительный концентратор.

На рынке имеется множество разнообразных анализаторов протоколов - от чисто программных до программно-аппаратных. Несмотря на функциональную идентичность большинства анализаторов протоколов, каждый из них обладает теми или иными достоинствами и недостатками. В этой связи мы хотели бы обратить внимание на две важные функции, без которых эффективную диагностику сети провести будет затруднительно.

Во-первых, анализатор протоколов должен иметь встроенную функцию генерации трафика (см. Правило # 3.4). Во-вторых, анализатор протоколов должен уметь "прореживать" принимаемые кадры, т. е. принимать не все кадры подряд, а, например, каждый пятый или каждый десятый с обязательной последующей аппроксимацией полученных результатов. Если эта функция отсутствует, то при сильной загруженности сети, какой бы производительностью ни обладал компьютер, на котором установлен анализатор, последний будет "зависать" и/или терять кадры. Это особенно важно при диагностике быстрых сетей типа Fast Ethernet и FDDI.

Предлагаемую методику мы будем иллюстрировать на примере использования чисто программного анализатора протоколов Observer компании Network Instruments, работающего в среде Windows 95 и Windows NT. С нашей точки зрения, этот продукт обладает всеми необходимыми функциями для эффективного проведения диагностики сетей.

Итак, предположим, что прикладное программное обеспечение в вашей сети Ethernet стало работать медленно, и вам необходимо оперативно локализовать и ликвидировать дефект.

Первый ЭТАП
Измерение утилизации сети и установление корреляции между замедлением работы сети и перегрузкой канала связи.

Утилизация канала связи сети - это процент времени, в течение которого канал связи передает сигналы, или иначе - доля пропускной способности канала связи, занимаемой кадрами, коллизиями и помехами. Параметр "Утилизация канала связи" характеризует величину загруженности сети.

Канал связи сети является общим сетевым ресурсом, поэтому его загруженность влияет на время реакции прикладного программного обеспечения. Первоочередная задача состоит в определении наличия взаимозависимости между плохой работой прикладного программного обеспечения и утилизацией канала связи сети.

Предположим, что анализатор протоколов установлен в том домене сети (collision domain), где прикладное ПО работает медленно . Средняя утилизация канала связи составляет 19%, пиковая доходит до 82%. Можно ли на основании этих данных сделать достоверный вывод о том, что причиной медленной работы программ в сети является перегруженность канала связи? Вряд ли.

Часто можно слышать о стандарте де-факто, в соответствии с которым для удовлетворительной работы сети Ethernet утилизация канала связи "в тренде" (усредненное значение за 15 минут) не должна превышать 20%, а "в пике" (усредненное значение за 1 минуту) - 35-40%. Приведенные значения объясняются тем, что в сети Ethernet при утилизации канала связи, превышающей 40%, существенно возрастает число коллизий и, соответственно, время реакции прикладного ПО. Несмотря на то что такие рассуждения в общем случае верны, безусловное следование подобным рекомендациям может привести к неправильному выводу о причинах медленной работы программ в сети. Они не учитывают особенности конкретной сети, а именно: тип прикладного ПО, протяженность домена сети, число одновременно работающих станций.

Чтобы определить, какова же максимально допустимая утилизация канала связи в вашем конкретном случае, мы рекомендуем следовать приведенным ниже правилам.

Правило # 1.1. Если в сети Ethernet в любой момент времени обмен данными происходит не более чем между двумя компьютерами, то любая сколь угодно высокая утилизация сети является допустимой.

Сеть Ethernet устроена таким образом, что если два компьютера одновременно конкурируют друг с другом за захват канала связи, то через некоторое время они синхронизируются друг с другом и начинают выходить в канал связи строго по очереди. В таком случае коллизий между ними практически не возникает.

Если рабочая станция и сервер обладают высокой производительностью, и между ними идет обмен большими порциями данных, то утилизация в канале связи может достигать 80-90% (особенно в пакетном режиме - burst mode). Это абсолютно не замедляет работу сети, а, наоборот, свидетельствует об эффективном использовании ее ресурсов прикладным ПО.

Таким образом, если в вашей сети утилизация канала связи высока, постарайтесь определить, сколько компьютеров одновременно ведут обмен данными. Это можно сделать, например, собрав и декодировав пакеты в интересующем канале в период его высокой утилизации.

Правило # 1.2. Высокая утилизация канала связи сети только в том случае замедляет работу конкретного прикладного ПО, когда именно канал связи является "узким местом" для работы данного конкретного ПО.

Кроме канала связи узкие места в системе могут возникнуть из-за недостаточной производительности или неправильных параметров настройки сервера, низкой производительности рабочих станций, неэффективных алгоритмов работы самого прикладного ПО.

В какой мере канал связи ответственнен за недостаточную производительность системы, можно выяснить следующим образом. Выбрав наиболее массовую операцию данного прикладного ПО (например, для банковского ПО такой операцией может быть ввод платежного поручения), вам следует определить, как утилизация канала связи влияет на время выполнения такой операции.

Проще всего это сделать, воспользовавшись функцией генерации трафика, имеющейся в ряде анализаторов протоколов (например, в Observer). С помощью этой функции интенсивность генерируемой нагрузки следует наращивать постепенно, и на ее фоне производить измерения времени выполнения операции. Фоновую нагрузку целесообразно увеличивать от 0 до 50-60% с шагом не более 10%.

Если время выполнения операции в широком интервале фоновых нагрузок не будет существенно изменяться, то узким местом системы является не канал связи. Если же время выполнения операции будет существенно меняться в зависимости от величины фоновой нагрузки (например, при 10% и 20% утилизации канала связи время выполнения операции будет значительно различаться), то именно канал связи, скорее всего, ответственнен за низкую производительность системы, и величина его загруженности критична для времени реакции прикладного ПО. Зная желаемое время реакции ПО, вы легко сможете определить, какой утилизации канала связи соответствует желаемое время реакции прикладного ПО.

В данном эксперименте фоновую нагрузку не следует задавать более 60-70%. Даже если канал связи не является узким местом, при таких нагрузках время выполнения операций может возрасти вследствие уменьшения эффективной пропускной способности сети.

Правило # 1.3. Максимально допустимая утилизация канала связи зависит от протяженности сети.

При увеличении протяженности домена сети допустимая утилизация уменьшается. Чем больше протяженность домена сети, тем позже будут обнаруживаться коллизии. Если протяженность домена сети мала, то коллизии будут выявлены станциями еще в начале кадра, в момент передачи преамбулы. Если протяженность сети велика, то коллизии будут обнаружены позже - в момент передачи самого кадра. В результате накладные расходы на передачу пакета (IP или IPX) возрастают. Чем позже выявлена коллизия, тем больше величина накладных расходов и большее время тратится на передачу пакета. В результате время реакции прикладного ПО, хотя и незначительно, но увеличивается.

Выводы. Если в результате проведения диагностики сети вы определили, что причина медленной работы прикладного ПО - в перегруженности канала связи, то архитектуру сети необходимо изменить. Число станций в перегруженных доменах сети следует уменьшить, а станции, создающие наибольшую нагрузку на сеть, подключить к выделенным портам коммутатора.