Показатели эффективности функционирования локальных вычислительных сетей

Содержание

Введение

С распространением ЭВМ нетрудно предсказать рост в потребности передачи данных. На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 процентов из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений, не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм и производителей, работающих под разным программным обеспечением (ПО).

Понятие локальная вычислительная сеть (от анг. LAN – Lokal Area Network ) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой локальной вычислительной сети (ЛВС).

Под ЛВС понимается совокупность взаимосвязанных и распределенных по сравнительно небольшой территории вычислительных ресурсов, взаимодействие которых обеспечивается специальной системой передачи данных. Такая сеть обычно предназначается для сбора, передачи рассредоточенной и распределенной обработки информации в пределах одного предприятия или организации. Она может быть ориентирована на выполнение определённых функций в соответствии с профилем деятельности предприятия.

Область сетевых технологий может предоставить большой выбор технических и программных продуктов с различными характеристиками. Зачастую руководители предприятий сталкиваются с задачей создания или усовершенствования ЛВС. Однако, несмотря на то, что функциональные характеристики аппаратной части сети известны, трудно без расчетов выбрать оптимальную конфигурацию сетевого оборудования.

Эта проблема вызвана отсутствием связи между параметрами вычислительной сети и задачами, для которой используется ЛВС. Именно для создания этой связи используются показатели эффективности. С их помощью можно определить, насколько система подходит для выполнения задач, поставленных перед ней. Также показатели эффективности могут дать полное представление об экономической выгоде от функционирования ЛВС на предприятии.

Цель выпускной квалификационной работы – систематизация информации о показателях эффективности функционирования локальных сетей. Для достижения этой цели в процессе выполнения работы необходимо выполнить следующие задачи:

• проанализировать литературу по данной тематике;
• классифицировать показатели эффективности, определить основные требования к показателям эффективности и критерии эффективности;
• раскрыть области применения отдельных показателей эффективности, а также определить алгоритмы их вычисления;
• практически применить систематизированную информацию в практической деятельности;
• сделать выводы по проделанной работе.

Достоверность выполнения задач обеспечивается результатами практической деятельности.

В теоретической части ВКР приведены общие положения теории эффективности, на основе которой строятся дальнейшие рассуждения; произведена классификация показателей эффективности; а также рассмотрены основные показатели целевой, экономической и технической эффективности; алгоритмы оценки эффективности ЛВС.

В практической части работы рассмотрены частные алгоритмы определения значений показателей эффективности, методы получения значений частных показателей эффективности. Также в практической части приведены результаты оценки эффективности ЛВС ООО «САНКОМ».

В заключении подведены итоги работы и сделаны общие выводы по оценке эффективности ЛВС, а также рассмотрены области применения результатов данной работы и направления дальнейших исследований.

1 Показатели эффективности функционирования локальных _______вычислительных сетей

1.1 Основные требования к показателям эффективности, формы ________выражения показателей эффективности и критерии эффективности.

Функционирование любой системы представляет собой процесс, который состоит в выполнении взаимосвязанных действий, объединенных общей целью. Такие целенаправленные процессы получили общее название «операция» [25].

Существенное значение имеет понятие «цель операции». Целью операции является реальный результат, который необходимо достигнуть. Именно цель выступает как основной интегративный фактор, объединяющий различные действия в систему действий, т.е. операцию. Цель должна быть четко определена.

Операция представляет собой процесс обмена ресурсов, необходимых для проведения операции, на некоторый полезный эффект. Цель операции в этом случае представляет собой ограничение затрат времени и ресурсов, необходимые для получения требуемого полезного эффекта [25].

Эффективность играет важную роль в процессе управления организацией. Это объясняется тем, что альтернативные варианты достижения цели требуют различных затрат ресурсов [30]. Поэтому для выбора оптимального варианта достижения цели необходимо сравнить между собой все альтернативы и выбрать ту, которая обладает наибольшей эффективностью.

Исследование эффективности и расчет показателей эффективности операций относится к предметам специального научного направления, которое называется теорией эффективности. Эта теория успешно используется в различных сферах деятельности человека, так как обладает хорошо развитой системой понятий и определений [25]. На сегодняшний день нет единого мнения о значении термина «эффективность», однако из существующих определений можно сделать общий вывод о значении этого термина. Эффективность — это наиболее общее свойство любых целенаправленных процессов (операций), которое раскрывается через понятие «цель операции» и объективно выражается степенью достижения этой цели с учетом затрат ресурсов и времени [18]. Более кратко это определение может быть выражено следующим.

Эффективность — это степень соответствия реального и требуемого результатов операции, или, иными словами, степень достижения цели операции. Необходимо обратить внимание на тот факт, что цель может кроме полезного эффекта включать ограничения затрат ресурсов и времени.

В теории эффективности различают объект и предмет исследования. Объектом исследования в теории эффективности является операция, то есть процесс функционирования системы. Предмет исследования – выбор варианта изменения системы, при котором она сможет наиболее полно соответствовать своему назначению [24].

На эффективность функционирования системы оказывают воздействия различные по своей природе воздействия. Это воздействие называется фактором. Под фактором понимают движущую силу какого-либо процесса, определяющую его характер или отдельные его черты.

С точки зрения среды происхождения разделяют факторы внутренние и внешние. Внутренние факторы порождаются самой системой, в то время как внешние порождаются вне системы.

С точки зрения ожидаемых последствий факторы разделяют на две группы: негативные и позитивные. Позитивные факторы повышают эффективность операции, негативные факторы эффективность снижают.

С точки зрения теории эффективности все факторы, влияющие на систему, принято различать по характеру их воздействия на эффективность проводимых операций. При этом выделяют три основные группы факторов: качество активных средств, способы применения активных средств и условия применения активных средств операции.

Качество активных средств является важным фактором, определяющим эффективность операций. Активные средства — это ресурсы, используемые для проведения операции. В роли активных средств выступают люди, а также материальные, технологические, энергетические, информационные и финансовые ресурсы. Активные средства можно рассматривать как «инструменты», используемые для достижения цели операции.

В настоящее время в теории эффективности сложились два подхода к определению качества активных средств:

• качество как потенциальная эффективность операции;
• качество как совокупность внутренних свойств системы.

Качество как потенциальная эффективность операции. Согласно этому подходу принято рассматривать типовую операцию, в которой некоторый объект (например, техническая система) или субъект является активным средством достижения поставленной цели. После этого определяют так называемую потенциальную эффективность операции, которая достигается при идеальном способе применения данного объекта или субъекта. Потенциальную эффективность операции иначе называют эффективностью системы, которая используется идеальным способом как активное средство операции. Поскольку эффективность системы зависит не от способа применения, а лишь от свойств системы, то ее принимают за основную характеристику качества данной системы. Следовательно, эффективной следует считать систему, использование которой при идеальном способе применения позволяет достигнуть цели операции. Таким образом, хотя понятие «эффективность» по определению относится не к системе, а к операции, оно может применяться для характеристики качества системы.

Однако этот подход трудно использовать на практике, поскольку не всегда понятно, как оценить потенциальную эффективность той или иной операции. Поэтому для определения качества активных средств, как правило, используют более привычный подход на основе выявления их полезных свойств.

Качество как совокупность внутренних свойств системы. Этот подход состоит в понимании качества как набора внутренних свойств системы, характеризующих ее пригодность удовлетворять определенные потребности согласно своему назначению. Другими словами, качество - это совокупность полезных свойств объема или субъекта с точки зрения достижения целей конкретной операции. Например, высококачественное оборудование или первоклассный специалист, используемые не по назначению при выполнении какой-либо работы могут оказаться совершенно бесполезными, и поэтому их нельзя считать качественными «активными средствами» в данной операции.

При таком подходе об уровне качества системы судят по степени выраженности у нее того или иного свойства. Для измерения уровня качества используют показатели качества. Например, качество технической системы может оцениваться по таким показателям, как производительность, надежность, живучесть, безопасность, эстетичность и другим. Аналогично можно измерять качество других видов ресурсов (например, людей или информации), используемых как активные средства операции. Конечно, в этих случаях применяются совсем другие показатели.

Способы применения активных средств — следующая важная группа факторов, влияющих на эффективность операций. Эти факторы представляют собой порядок и приемы использования активных средств (ресурсов) для решения поставленных задач. Для каждого типа активных средств характерны свои, специфические способы применения. Более того, каждое активное средство имеет, как правило, множество альтернативных способов применения, из которых следует выбрать наилучший или приемлемый.

Условия применения активных средств характеризуются воздействием внешней и внутренней среды системы на ход и результат операции.

Все перечисленные факторы оказывают непрерывное и совместное влияние на эффективность деятельности людей и организаций. Причем сила их совместного влияния зависит не только от значений этих факторов, но также от их комбинации или сочетания в каждой конкретной ситуации.

Чтобы оценить эффективность операции в процессе функционирования системы в определенных условиях используются показатели эффективности.

Показатель эффективности – это обобщенная характеристика способности системы выполнить стоящие перед ней цели. Показатель эффективности позволяет выполнить проверку уровня эффективности, при этом он является мерой эффективности. Показатель эффективности задается функцией, по значению определяют эффективность функционирования системы [20].

С помощью показателей эффективности сравниваются альтернативные варианты действий. Таким образом, показатель эффективности может выступать как критерий сравнения различных альтернатив. Используемые показатели для оценки эффективности выражаются в различных формах. Обычно выделяют пять основных форм показателей эффективности.

Если результатом функционирования является событие, то показателем эффективности такой операции может служить вероятность соответствующего случайного события.

Показатель эффективности может быть выражен через вероятность получения результата не ниже, чем требуемое значение. Эта форма обычно используется в тех случаях, когда результатом функционирования является случайное значение выходного параметра [25].

Также показатель эффективности может быть выражен через математическое ожидание случайной величины. Такой способ выражения показателей эффективности применяется в тех случаях, когда требуемый результат не определен. Например, если побочной целью является получение прибыли, то удобней использовать среднее значение ожидаемой прибыли, так как другие формы не дадут полной информации о случаях, когда результат не будет достигнут.

Если результатом функционирования системы является случайная величина, то показатель эффективности может быть представлен в форме вероятности получения необходимого значения. Например, если необходимо выполнить задачу за 10 минут, то эффективность может быть выражена как вероятность выполнения задачи системой за 10 минут.

В случаях, когда результат функционирования не является случайной величиной, однако зависит от внешних факторов, для оценки эффективности может быть использован гарантированный результат. В этом случае показатель эффективности будет выражен через минимальный результат, который будет получен при наихудшем сочетании внешних факторов.

Также существует множество других форм показателей эффективности, однако используются они в редких случаях. Формы показателей эффективности должны быть выбраны исходя из целей, поставленных перед системой. Кроме подходящей формы, к показателям эффективности предъявляются и другие требования. Ниже рассмотрены основные требования, предъявляемые к показателям эффективности.

Любой показатель эффективности, используемый руководителем для оценивания альтернативных вариантов действий, должен удовлетворять определенным требованиям. В противном случае у руководителя не будет полной и систематизированной информации об эффективности различных вариантов действий.

Основными требованиями к показателям эффективности являются следующие [25]:

• соответствие цели;
• содержательность;
• измеримость;
• минимальность;
• полнота;
• понятность.

Рассмотрим подробнее каждое из этих требований.

Требование соответствия цели означает, что имея оценку показателя эффективности, руководитель должен полностью представлять себе, в какой степени достигается цель операции.

Требование содержательности означает, что показатель эффективности должен быть понятен руководителю и иметь ясный «физический» смысл.

Требование измеримости устанавливает, что значение показателя эффективности всегда можно измерить в некоторой шкале и выполнить над ним допустимые математические преобразования.

Эффективность операции редко удается описать единственным показателем, например, только величиной дохода или вероятностью. Если это возможно, то такой показатель называется скалярным. Однако в большинстве случаев каждая операция имеет множество свойств и поэтому должна описываться не одним, а несколькими показателями эффективности. Набор нескольких частных показателей эффективности, описывающих отдельные свойства операции, называется векторным показателем. К такому показателю предъявляются дополнительные требования.

Минимальность. Требование минимальности означает, что векторный показатель эффективности должен состоять из небольшого числа частных показателей. Как показывают психологические исследования, человек может достаточно легко работать с одним-тремя показателями. С ростом этого числа резко увеличивается время анализа управленческих решений и количество допускаемых ошибок. Установлено, что в зависимости от опыта и квалификации руководителя допустимое число показателей, используемых им для оценки эффективности и принятия решений, не должно превышать 7±2.

Требование полноты означает, что векторный показатель эффективности должен содержать такое количество частных показателей, которое позволит наиболее полно и адекватно отразить цель и результат операции.

Требование понятности означает, что по значению показателя эффективности руководитель сможет получить необходимую информацию о функционировании сети.

Нетрудно заметить, что перечисленные требования во многом противоречат друг другу. Это проявляется в том, что невозможно удовлетворить всем требованиям сразу. Например, требование содержательности противоречит требованию измеримости, поскольку качественные показатели не оцениваются объективно с помощью чисел и их значения приходится описывать субъективно. Также очевидно, что требование минимальности входит в противоречие с требованием полноты. Правильный выбор показателей эффективности, удовлетворяющих указанным требованиям, — трудная задача, решение которой зависит от опыта, квалификации и аналитических способностей руководителя организации.

Для принятия управленческих решений недостаточно знать, по каким показателям будет оцениваться эффективность операции. Чтобы принять решение, необходимо использовать определенные правила, позволяющие выбрать наилучший или приемлемый вариант действий из множества допустимых. Такими правилами являются критерии эффективности.

Критерий эффективности есть решающее правило, которое позволяет осуществить целенаправленный выбор из множества альтернатив [22]. Для правильного выбора показателей эффективности необходимо учитывать критерии. Например, если основным критерием является максимизация прибыли, то показатели эффективности должны предоставлять полную информацию о величине прибыли, минимально, средней или максимальной. Иногда руководитель ставит задачу, не обращая внимания на расходы и убытки, обеспечить выполнение задачи, необходимо представить как можно больше показателей эффективности по функциональной части системы, то есть насколько она будет приспособлена к решению задачи.

Большое значение для оценивания альтернатив имеет определение типа шкал показателей эффективности. «Шкала определяет множество возможных оценок показателя и их допустимых преобразований» [8]. Каждый тип шкалы имеет свою информативность и свой класс допустимых преобразований, за пределы которого нельзя выходить без риска получить ошибочные или бессмысленные результаты.

При измерении показателей наибольшее распространение получили номинальные, порядковые и метрические шкалы. Среди метрических выделяют абсолютные шкалы, шкалы отношений и интервальные шкалы.

Правильный выбор шкалы для измерения показателей имеет большое значение и зависит от наличия необходимой информации и цели, которая преследуется при выборе. Так, использование метрических шкал требует более полной информации об альтернативах по сравнению с номинальными или порядковыми шкалами, а получение этой информации связано с дополнительными затратами ресурсов и времени. Поэтому при выборе типа шкалы всегда необходимо учитывать особенность решаемой задачи. Если, например, задача состоит в ранжировании объектов по некоторому признаку, то нет необходимости измерять их количественные характеристики, а достаточно измерить лишь качественные и ограничиться порядковой шкалой. По мере получения дополнительной информации можно переходить к более совершенным шкалам.

Теория эффективности является общей для всех систем. Общие положения теории эффективности подходят и для определения эффективности ЛВС. Однако общих знаний недостаточно для того, чтобы, не затрачивая лишнего времени, определить эффективность альтернативного варианта действий.

Во-первых, для определения эффективности ЛВС необходимо знать, какие показатели эффективности используются для определения эффективности ЛВС.

Во-вторых, необходимо знать в каких формах выражаются показатели эффективности, какие частные показатели используются для получения интегральных показателей эффективности и какие шкалы удобнее выбрать для сравнения показателей.

В-третьих, необходимо выбрать показатели эффективности, которые подходят для оценки эффективности конкретной ЛВС. В связи с тем, что ЛВС создаются для различных целей, показатели эффективности для сетей с различными целями будут существенно отличаться.

1.2 Классификация показателей эффективности ЛВС

Показатель эффективности – это обобщенная характеристика способности системы выполнить стоящие перед ней цели. Количество целей, для достижения которых используются ЛВС трудно перечислить по причине их большого количества и разнообразия. Однако все эти цели можно разбить на три группы.

В первую группу входят цели, являющиеся основополагающими при принятии решения о внедрении ЛВС. При создании или в процессе эксплуатации количество целей может меняться. Обычно количество основных целей от одной до трех.

Вторую группу образуют экономические цели. Целью большинства организаций является получение прибыли. Для достижения этой цели каждая подсистема организации, в том числе и ЛВС, должны способствовать выполнению этой цели. Затраты на создание или модернизацию ЛВС должны быть экономически обоснованными, то есть взамен организация должна получить дополнительную прибыль от функционирования ЛВС, или увеличить общую прибыль благодаря улучшению внутренних условий организации.

Третью группу составляют технические цели. В большинстве случаев руководителю нужно, чтобы поставленные цели были выполнены с минимальными затратами времени и с максимальным уровнем качества. От технической стороны ЛВС зависят затраты времени на операцию и уровень качества выполнения этой операции. В связи с этим руководители ставят цель повысить уровень технического совершенства сети.

Принимая во внимание вышеизложенные группы целей, все показатели эффективности можно разбить на три группы в зависимости от целей, для которых используется ЛВС (рисунок 1):

• показатели целевой эффективности;
• показатели экономической эффективности;
• показатели технической эффективности.

Показатели эффективности в зависимости от содержания в себе других показателей эффективности могут быть интегральными и частными (рисунок 1). Интегральные показатели включают в себя несколько частных показателей. Например, период окупаемости включает в себя показатели капитальных затрат и оцененного эффекта. Частные показатели используются для вычисления значений интегральных показателей. Их значения получаются во время исследования ЛВС.

Рис. 1 Классификация показателей эффективности

Показатели эффективности в зависимости от содержания в себе других показателей эффективности могут быть интегральными и частными (рисунок 1). Интегральные показатели включают в себя несколько частных показателей. Например, период окупаемости включает в себя показатели капитальных затрат и оцененного эффекта. Частные показатели используются для вычисления значений интегральных показателей. Их значения получаются во время исследования ЛВС.

Также показатели эффективности подразделяются на векторные и скалярные (рисунок 1). Скалярные показатели эффективности состоят только из одного показателя. Векторные показатели состоят из двух и более показателей эффективности. Так, например, показатель целевой эффективности может состоять из коэффициента готовности и времени ожидания ответа на запрос.

В зависимости от возможности выразить значения показателя эффективности числом выделяют количественные и качественные показатели эффективности[25]. Количественные показатели эффективности можно выразить числом. Например, прибыль может быть равна 125000 рублей. Качественные показатели не могут принимать численных значений. Можно лишь косвенно оценить влияние данных показателей на количественные показатели. Так, например, невозможно выразить количественно квалификацию системного администратора, однако можно примерно определить данный показатель через среднюю заработную плату сотрудника с такими знаниями.

Обычно руководители выдвигают три требования к выполнению поставленных задач:

• задача должна быть выполнена;
• задача должна быть выполнена с необходимой точностью;
• задача должна быть выполнена в кратчайшие сроки.

Опираясь на данные требования можно выделить три группы показателей целевой эффективности: надежностные, точностные и временные показатели. В качестве надежностных показателей могут быть использованы любые показатели, отражающие возможность системы выполнить стоящую перед ней задачу. Точностные показатели используются крайне редко, так как аппаратное и программное обеспечение ЛВС способно обеспечить необходимую степень точности. Временные показатели дают представление о времени, необходимом на выполнение поставленной задачи.

В качестве надежностных показателей целевой эффективности обычно используются следующие: среднее время работы до возникновения отказа - наработка до первого отказа; среднее время работы, приходящееся на один отказ - наработка на отказ; интенсивность отказов; параметр потока отказов; среднее время восстановления работоспособного состояния; вероятность безотказной работы за определенное время; коэффициент готовности.

 Показатели целевой эффективности. Основными процессами, для выполнения которых необходимо создание ЛВС являются следующие [13][21]:

• совместная работа с одним информационным массивом (создание баз данных (БД));
• совместное использование ресурсов (общий доступ к принтерам, сканерам, интернету и другим ресурсам);
• организация автоматизированных систем;
• повышение эффективности сбора, хранения, обработки и передачи информации;
• организация многомашинных вычислительных комплексов.

Каждый из этих процессов выполняется путем передачи информации. Однако в зависимости от целей применяются различные критерии эффективности. Например, при создании ЛВС для создания автоматизированной системы управления технологическим процессом, для передачи управляющих команд не нужна высокая пропускная способность сети, но любые задержки могут вызвать аварийную ситуацию на производстве. По этой причине для ЛВС, созданных с разной целью, используются различные показатели целевой эффективности.

Ниже подробно рассмотрены основные процессы, требования к ЛВС по выполнению этих процессов, а также приведены основные показатели целевой эффективности.

Совместная работа с одним информационным массивом подразумевает создание одной или нескольких БД, к которым с помощью сетевых технологий могут обращаться одновременно несколько пользователей [16]. БД является представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260). Существует и другое определение БД. «БД — совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации» [4].

Для хранения большого количества информации необходимы постоянные и оперативные памяти (ОП) больших объемов. При этом объем постоянной памяти для хранения данных зависит только от размера БД, а необходимый объем ОП зависит не только от размера БД, но и от частоты обращений к ней.