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Modèle de performances d’un réseau WAN
Cette partie intéresse la modélisation proprement dite dans un cas qui va traiter des critères de performances d’un réseau étendu. Les résultats issus de cette expérience sont obtenus grâce à deux outils logiciels, à savoir SHARPE et GreatSPN, qui nous permettent de faire une étude comparative sur un même modèle afin de dégager un taux d’appréciation qui aiderait le décideur da ns la prise de décision sur la réalisation d’un projet d’implantation ou d’amélioration d’un réseau étendu haut débit. Nous avons utilisé aussi l’outil PERFSWN pour faire des comparaisons avec GreatSPN, dans un sens de complémentarité. Avant de décrire en quoi consiste le modèle de réseau à étudier, nous allons faire un bref tour d’horizon sur ces deux logiciels afin de voir leur particularité et comment ils peuvent aider dans la modélisation de réseaux et de systèmes informatiques.
Introduction à SHARPE
SHARPE est un logiciel des modèles stochastiques, faisant appel donc aux mathématiques et au calcul de probabilités. IL a été développé par trois groupes : des ingénieurs, des chercheurs en performances des systèmes et des étudiants en ingénierie des sciences. C’est surtout les recherches sur les systèmes à tolérances de pannes, l’évaluation de performances, la fiabilité des systèmes ; qui ont motivé son développement.
Introduction à GreatSPN
GreatSPN est un logiciel, développé au département informatique de l’université de Torino (Italie) dans le cadre des recherches menées sur les réseaux de Pétri stochastiques généralisés (GSPN). Il f ournit un cadre de travail (framework) pour la modélisation, la validation et l’évaluation de performances des systèmes distribués qui utilisent les GSPN et leurs extensions colorées, les réseaux de pétri stochastiques bien formés (Stochastic Well-formed Nets, SWN). L’outil contient des algorithmes traitant des chaînes de Markov dans le but de calculer les probabilités à l’état transitoire et à l’état stationnaire du système.
Modèle d’un réseau étendu haut débit
Dans cet te section, nous allons, dans un premier temps, décrire le modèle dont il s’agit d’étudier les performances ; ensuite nous aurons à sp écifier tous les paramètres à tenir en compte pour l’obtention des résultats escomptés, et enfin nous allons dresser de façon détaillée tous les résultats obtenus d’une part avec SHARPE et d’autre part avec GreatSPN ce qui nous permettra d’apprécier à leur juste valeur l’efficacité de ces outils de simulation. Nous entamerons donc dans cette partie une étude comparative des résultats obtenus à l’aide de ces deux outils de modélisation présentés plus haut et éventuellement avec PERFSWN. Nous utilisons le formalisme des réseaux de Pétri pour mettre en œuvre ce modèle.
Descriptif du modèle
Comme notre travail s’articule autour de la modélisation et la simulation de réseaux étendus en vue d’étudier les critères de performances, nous allons considérer un modèle qui regroupe un ensemble de nœuds de communication qui nous permettent d’étendre la portée du réseau. Toutes les parties prenantes de cet ensemble sont rassemblées sous le terme de système informatique. Des clients entrent dans le système dans le but précis de recevoir un service. Le service qui est toujours demandé est la recherche de données dont on ne connaît pas à priori l’emplacement. Il s’agit donc ici de traiter des demandes provenant de stations qui se trouvent dans le système. L’idée principale autour de laquelle nous bâtissons ce modèle est la localisation et le partage de données sur plusieurs sites comme il est courant avec les bases de données réparties. Les demandes peuvent être de deux natures différentes :
soit la réponse à la requête émise peut être traitée localement et dans ce cas un réseau local (LAN) est prévu, donc destiné uniquement au traitement des données locales ; soit la réponse ne peut pas être traitée localement et dans ce cas il faudra faire appel à un WAN de communication qui se chargera de transmettre la requête à l’entité réseau qui se chargera convenablement de traiter la demande et de renvoyer la réponse à l’unité émettrice. Dans le premier cas c-à-d si la demande du client peut être satisfaite automatiquement par les ressources du réseau local prévu à cet effet, nous disposons d’un serveur de traitement local (STL) qui s’occupera alors de toutes les questions instantanées. Ce serveur dispose de trois
(3) disques de capacités 100 gi gaoctets (Go) et une donnée recherchée peut se trouver sur n’importe lequel d’entre eux. Aucune priorité n’est assignée aux disques sur l’importance qu’ils peuvent revêtir selon la qualité des données qu’ils peuvent stocker. Ceci voudra donc dire qu’une fois la requête au niveau du S TL, le disque approprié (c-à-d celui détenant la réponse) se chargera de faire le traitement attendu suivant un processus d’entrée sortie normal. Lorsque l’entrée/sortie prend fin, il faudra renvoyer la donnée trouvée au demandeur et ceci en utilisant simplement un canal de communication. Dans tout système informatique le transport d’informations est toujours assuré par des voies de communication (câble coaxial, câble à paires torsadées blindées ou non, f ibre optique, faisceaux hertziens ou liaisons satellites) pourvues de la bande passante disponible et nécessaire au transfert des données. Nous prévoyons un câblage à fibre optique pour une bande passante optimale et des vitesses de transmission de l’ordre du gi gahertz. Ici, nous disposons d’un nombre assez limité de canaux pour des problèmes de coût minimum ce qui voudra dire qu’il faudra toujours faire une demande de voie libre pour pouvoir rendre les réponses. Il faudra nécessairement faire un contrôle de congestion puisque l’impossibilité de pouvoir transmettre peut constituer un handicap sérieux au cours du t emps. S i un canal est libre, la donnée est renvoyée immédiatement à la source en empruntant cette voie, sinon elle attend dans un module mémoire du serveur prévu à cet effet et ceci jusqu’à l’obtention d’un chemin de sortie. Voyons maintenant ce qu’il en est du traitement distant. Celui-ci fait appel à trois réseaux étendus interconnectés par des liaisons sécurisées haut débit pouvant aller jusqu’à 2 gigabits/s. La sécurité est assurée par des firewalls installés entre les serveurs d’extrémité. Une requête distante provenant de la source devra obligatoirement parvenir au niveau du serveur d’agence distant (SAD) qui a pour rôle, d’une part d’encapsuler convenablement la donnée sous forme de messages (globalement nous considérons le système Ethernet ce qui fait que les données suivent toujours l’encapsulation données ->paquets ->segments -> trames) ; et d’autre part d’envoyer l’information au WAN distant charger de traiter la demande. Là encore il faut absolument disposer, sur attente, d’un canal de communication disponible pour véhiculer les données. Si un canal est libre il y a transmission, sinon il y a attente. Le WAN étendu destiné au traitement des requêtes distantes est dénommé WAN de service. A ce niveau nous avons un serveur de service (SWS : Serveur du WAN de Service). Dans ce serveur la réponse à une demande peut être localisée à deux endroits :
soit l’information voulue se trouve directement en mémoire et dans ce cas elle est recueillie facilement et lue. Soit l’information se trouve sur disque où elle devra être recherchée et traitée.
La donnée trouvée en mémoire vive est récupérée et envoyée à un réseau étendu haut débit (WAN de retour) dont le rôle principal ici est d’ouvrir un canal de communication libre afin de renvoyer la réponse à la source. La donnée qui n’est pas disponible en mémoire entraîne une redirection de la demande sur disques. Là aussi nous disposons de trois disques de capacités chacune 200Go d’espace. L’entrée/sortie (E/S) sur un disque ne pourra se faire que si aucune autre E/S n’est en cours d’exécution. Les disques sont indépendants et peuvent stocker n’importe quel type de données pourvues que celles-ci sont d’une grande importance et sont souvent sollicitées lors des requêtes. Les informations recueillies des disques sont envoyées à un WAN étendu haut débit également (WAN de retour) mais différent de celui utilisé pour les données renvoyées à partir de la mémoire vive. A partir de ce WAN, les informations transitent pour rejoindre la source. Maintenant venons-en à l’établissement des paramètres du système lesquels déterminent entièrement le modèle de performance à étudier. Parmi ces p aramètres nous nous intéresserons exclusivement aux paramètres de la charge parce que simplement ceux-ci suffisent pour dégager les critères de performances de ce modèle de réseau. Cependant nous dirons en quoi consistent les autres paramètres. La figure suivante résume l’ensemble modèle/critères de performances.
Table des matières
Introduction
I Simulation et modélisation
1 Simulation
1.1 Principe de la simulation
1.2 Quelques définitions
1.3 Simulation de réseaux de grande taille
1.4 Catégories de simulation
1.4.1 Simulation continue
1.4.2 Simulation à évènements discrets
1.4.2.1 Progressions à pas fixes
1.4.2.2 Progressions par évènements
a) Approche orientée évènement
b) Approche orientée processus
c) Approche par activités
1.5 Conclusion
2 Modélisation
2.1 Cycle de développement du modèle
2.2 Règles de bases pour la modélisation des données
2.3 Différentes étapes dans une expérience de simulation
2.3.1 Phase de modélisation
2.3.2 Phase de simulation
2.3.2.1 Conception de l’expérience.
2.3.2.2 Exécution.
2.3.3 Phase d’analyse des résultats
2.3.3.1 Collecte et analyse des résultats
2.3.3.2 Documenter les résultats
2.4 Conclusions
3 Formalismes des réseaux de Pétri (RdP)
3.1 Quelques définitions : CONDITION-EVENEMENT
3.2 Définition d’un RdP
3.3 Marquage d’un RdP
3.3.1 Marquage
3.3.2 Marquage initial
3.4 Dynamique des RdP
3.4.1 Place d’entrée et place de sortie
3.4.1.1 Validation d’une transition
3.4.1.2 Franchissement d’une transition
3.4.1.3 Transition source
3.4.1.4 Transition puits
3.5 Marquages accessibles et graphes de marquages
3.5.1 Marquages accessibles
3.5.2 Graphes des marquages
3.6 Séquence de franchissement
3.7 Réseau de Pétri ordinaire
3.8 Réseau de Pétri généralisé
3.8.1 Définition
3.8.2 Franchissement d’une transition
3.9 Réseau de Pétri à capacité
3.10 Réseau de Pétri pur et réseau de Pétri impur
3.10.1 RdP pur
3.10.2 RdP impur
3.11 Réseau de Pétri à arc inhibiteur
3.12 Représentations graphiques
3.12.1 Conflit
3.12.2 Parallélisme
3.12.3 Synchronisation
3.13 Conclusion
4 Files d’attente et réseaux de files d’attente
4.1 Théorie des files d’attente
4.1.1 l’outil file d’attente du point de vue de la modélisation
4.1.2 Modélisation d’une ressource
4.1.3 Caractéristiques de serveurs
4.2 Relations générales
4.2.1 Mesures de performances-comportement à long terme
4.2.2 Loi de Little
4.3 Processus de Poisson
4.3.1 Loi exponentielle
4.3.1.1 Définition
4.3.1.2 Espérance mathématique d’une distribution exponentielle
4.3.2 Définition d’un processus de poisson
4.3.2.1 Définition :processus de comptage
4.3.2.2 Définition :processus de Poisson
4.4 Distribution exponentielle
4.5 Processus de service
4.6 Processus de naissance et de mort
4.7 Etude de la file d’attente M/M/1
4.7.1 Définition
4.7.2 Quelques métriques de performances
4.8 Réseaux de files d’attente
4.8.1 Réseaux monoclasses ouvert à forme produit
4.8.2 Paramètres d’un réseau de Jackson
4.8.3 Stabilité d’un réseau de Jackson
4.8.4 calcul des taux de visite ei
4.9 Conclusion
5 Les chaînes de Markov
5.1 Définition d’une chaîne de Markov
5.2 Chaînes de Markov en temps discret
6 Conclusions
II Modèle de performances d’un réseau WAN
1 Introduction à SHARPE
2 Introduction à GreatSPN
3 Modèle d’un réseau étendu haut débit
3.1 Descriptif du modèle
3.2 Calcul des critères de performances du système modélisé
3.2.1 Critères de performances au niveau local
3.2.2 Critères de performances au niveau du réseau étendu
Conclusions
Annexe des abréviations et notations
Bibliographie
