الكفاءة في شبكة الاتصالات

يتطلب تصميم شبكة اتصالات فعالة وموثوقة تدعم تطبيقات الشبكة الذكية مجموعة مختارة من تقنيات وبروتوكولات الاتصال المناسبة حيث يجب دراسة وتحديد قدرات البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) لدعم التشغيل المتزامن لوظائف الشبكة الذكية الرئيسية، وتشمل هذه العدادات الذكية وأدوات التحكم في الأسعار وأتمتة التوزيع والاستجابة للطلب وتطبيقات شحن أو تفريغ المركبات الكهربائية من حيث الإنتاجية وزمن الانتقال.

كيفية قياس أداء الشبكة:

قياس أداء الشبكة: هو المجموعة الشاملة من العمليات والأدوات التي يمكن استخدامها لتقييم أداء الشبكة كمياً ونوعياً وتوفير بيانات قابلة للتنفيذ لمعالجة أي مشكلات تتعلق بأداء الشبكة حيث يتم تحديد أداء الشبكة من خلال الجودة الشاملة للخدمة التي تقدمها الشبكة حيث يشمل هذا العديد من المعلومات والمقاييس التي يجب تحليلها بشكل جماعي لتقييم شبكة معينة.

لماذا يتم قياس أداء الشبكة؟

تتزايد الطلبات على الشبكات كل يوم والحاجة إلى قياس أداء الشبكة المناسب أكثر أهمية من أي وقت مضى حيث يترجم أداء الشبكة الفعال إلى تحسين رضا المستخدم سواء كان ذلك كفاءات الموظفين الداخلية أو مكونات الشبكة التي تواجه العملاء مثل موقع التجارة الإلكترونية، ممّا يجعل الأساس المنطقي للأعمال لاختبار الأداء والمراقبة بديهياً.

عند تقديم الخدمات والتطبيقات للمستخدمين يمكن أن تتصاعد مشكلات النطاق الترددي ووقت تعطل الشبكة والاختناقات بسرعة إلى وضع أزمة تكنولوجيا المعلومات حيث تُعد حلول إدارة أداء الشبكة الاستباقية التي تكتشف وتشخص مشكلات الأداء أفضل طريقة لضمان رضا المستخدم المستمر.

لا يمكن أبداً تصميم أداء الشبكة بالكامل، لذا فإنّ قياس أداء الشبكة قبل إجراء التحديثات وأثناءها وبعدها ومراقبة الأداء بشكل مستمر هي الطرق الصالحة الوحيدة لضمان جودة الشبكة بشكل كامل، أمّا في حين أن قياس ومراقبة معلمات أداء الشبكة أمر ضروري، فإنّ التفسير والإجراءات الناشئة عن هذه المقاييس لها نفس الأهمية.

يتم استخدام (OPNET) لمحاكاة أداء تقنيات وبروتوكولات الاتصال المحددة حيث تشير نتائج الأبحاث إلى أنّ تطبيقات الشبكة الذكية يمكن أن تعمل في وقت واحد عن طريق التحميل على بنية أساسية (AMI) موجودة ولا تزال تحقق متطلبات زمن الوصول.

أدوات قياس أداء الشبكة:

يمكن تصنيف أدوات قياس أداء الشبكة على نطاق واسع إلى نوعين سلبي ونشط حيث تراقب أدوات قياس الشبكة السلبية أو تقيس التطبيقات الحالية على الشبكة لجمع البيانات حول مقاييس الأداء، كما تقلل هذه الفئة من الأدوات من تعطل الشبكة حيث لا يتم إدخال حركة مرور إضافية بواسطة الأداة نفسها، بالإضافة إلى ذلك من خلال قياس أداء الشبكة باستخدام التطبيقات الفعلية يمكن الحصول على تقييم واقعي لتجربة المستخدم.

تنشئ أدوات قياس أداء الشبكات النشطة بيانات يمكن تخصيصها وفقاً لأداء خط الأساس باستخدام إجراءات محددة مسبقاً حيث يتطلب هذا الاختبار مستوى إضافياً لحركة البيانات بطبيعتها، لذلك يجب جدولته بشكل مناسب لتقليل التأثير على حركة مرور الشبكة الحالية.

أتاح التحسين المستمر لأدوات مراقبة أداء الشبكة لمتخصصي تكنولوجيا المعلومات البقاء في صدارة اللعبة حيث توفر الأدوات المتقدمة تحليلات متطورة لالتقاط حزم البيانات وحلول برمجية تدمج بيانات تجربة المستخدم في تحليل السبب الجذري الفعال والتوجه ولوحات قياس أداء الشبكة واسعة النطاق مع إمكانات التشخيص عن بُعد.

معلمات قياس أداء الشبكة:

لضمان الأداء الأمثل للشبكة، يجب اختيار المقاييس الأكثر أهمية للقياس حيث تركز العديد من المعلمات المضمنة في حل قياس أداء الشبكة الشامل على سرعة البيانات وجودة البيانات حيث يمكن أن تؤثر كلتا الفئتين العريضتين بشكل كبير على تجربة المستخدم النهائي وتتأثران بعدة عوامل:

1. وقت الإستجابة:

إنّ زمن الوصول هو ببساطة مقدار الوقت الذي تستغرقه البيانات للانتقال من موقع محدد إلى آخر حيث يشار إلى هذه المعلمة على أنّها تأخير، أمّا من الناحية المثالية يكون زمن انتقال الشبكة قريباً من الصفر قدر الإمكان والحد المطلق أو العامل الحاكم لوقت الاستجابة هو سرعة الضوء ولكن ترتيب الحزم في شبكات التبديل ومؤشر الانكسار لكابلات الألياف الضوئية هي أمثلة على المتغيرات التي يمكن أن تزيد من زمن الانتقال.

2. فقدان الحزمة:

يشير فقدان الحزمة إلى عدد الحزم المرسلة من وجهة إلى أخرى والتي تفشل في الإرسال حيث يمكن قياس هذا المقياس عن طريق التقاط بيانات حركة المرور على كلا الطرفين ثم تحديد الحزم المفقودة أو إعادة إرسال الحزم، كما يمكن أن يحدث فقدان الحزمة بسبب ازدحام الشبكة وأداء جهاز التوجيه ومشاكل البرامج من بين عوامل أخرى.

سيتم اكتشاف التأثيرات النهائية من قبل المستخدمين في شكل انقطاعات صوتية وتدفق أو نقل غير كامل للملفات، ونظراً لأنّ إعادة الإرسال هي طريقة تستخدمها بروتوكولات الشبكة للتعويض عن فقدان الحزمة فإنّ ازدحام الشبكة الذي أدى في البداية إلى المشكلة يمكن أن يتفاقم أحياناً بسبب الحجم المتزايد الناتج عن إعادة الإرسال.

لتقليل تأثير فقد الحزمة ومشاكل أداء الشبكة الأخرى من المهم تطوير واستخدام الأدوات والعمليات التي تحدد المصدر الحقيقي للمشكلات وتخفف من حدته بسرعة، ومن خلال تحليل وقت الاستجابة لطلبات المستخدم النهائي يمكن تحديد النظام أو المكون الذي هو أصل المشكلة حيث يمكن استخدام أدوات تحليل التقاط حزم البيانات لمراجعة وقت الاستجابة لاتصالات (TCP) والتي بدورها يمكنها تحديد التطبيقات التي تساهم في عنق الزجاجة.

بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) هو معيار لمحادثات الشبكة من خلاله تتبادل التطبيقات البيانات والتي تعمل جنباً إلى جنب مع بروتوكول الإنترنت (IP) لتحديد كيفية إرسال حزم البيانات من كمبيوتر إلى آخر حيث تتوافق الخطوات المتتالية في جلسة (TCP) مع الفواصل الزمنية التي يمكن تحليلها لاكتشاف زمن الانتقال المفرط في الاتصال أو أوقات الذهاب والإياب.

3. الإنتاجية وعرض النطاق الترددي:

الإنتاجية: هي مقياس غالباً ما يرتبط بالصناعة التحويلية ويتم تعريفه بشكل شائع على أنّه كمية المواد أو العناصر التي تمر عبر نظام أو عملية معينة، ولقياس أداء الشبكة يتم تعريف الإنتاجية من حيث كمية البيانات أو عدد حزم البيانات التي يمكن تسليمها في إطار زمني محدد مسبقاً.

عرض النطاق الترددي الذي يُقاس عادةً بالبتات في الثانية هو وصف لمقدار البيانات التي يمكن نقلها خلال فترة زمنية معينة، وبالتالي فإنّ النطاق الترددي هو مقياس للسعة وليس السرعة، فعلى سبيل المثال قد تكون الحافلة قادرة على حمل 100 راكب، ولكن الحافلة قد تنقل في الواقع 85 راكباً فقط أي معدل النقل.

4. التقطع في البيانات:

التقطع: هو التباين في التأخير الزمني لحزم البيانات المرسلة عبر الشبكة حيث يمثل هذا المتغير اضطراباً محدداً في التسلسل الطبيعي لحزم البيانات حيث يرتبط الارتعاش بزمن الانتقال، ونظراً لأنّ الارتعاش يظهر في زمن انتقال متزايد أو غير منتظم بين حزم البيانات، ممّا قد يؤدي إلى تعطيل أداء الشبكة ويؤدي إلى فقدان الحزم وازدحام الشبكة، وعلى الرغم من أنّه من المتوقع وجود مستوى معين من الارتعاش ويمكن تحمله عادةً، فإنّ تحديد مقدار اهتزاز الشبكة يعد جانباً مهماً من جوانب القياس الشامل لأداء الشبكة.

5. الكمون مقابل الإنتاجية:

بينما يُساء فهم مفاهيم معدل نقل البيانات وعرض النطاق الترددي أحياناً، يكون الالتباس نفسه شائعاً بين المصطلحين الكُمون والإنتاجية وعلى الرغم من ارتباط هذه المعلمات ارتباطاً وثيقاً، فمن المهم فهم الاختلاف بين الاثنين، وفيما يتعلق بقياس أداء الشبكة فإن الإنتاجية هي قياس أداء النظام الفعلي، محدد كمياً من حيث نقل البيانات خلال فترة زمنية معينة.

الكُمون: هو قياس التأخير في وقت النقل ممّا يعني أنّه سيؤثر بشكل مباشر على معدل النقل ولكنّه ليس مرادفاً له حيث قد يُنظر إلى زمن الانتقال على أنّه عنق زجاجة لا مفر منه في خط التجميع، مثل عملية الاختبار التي يتم قياسها بوحدات زمنية، ومن ناحية أخرى يتم قياس الإنتاجية بالوحدات المكتملة والتي تتأثر بطبيعتها بوقت الاستجابة هذا.

العوامل المؤثرة في أداء الشبكة:

1. بنية تحتية:

تتضمن البنية الأساسية للشبكة العامة أجهزة الشبكة، مثل أجهزة التوجيه والمحولات والكابلات وبرامج الشبكات بما في ذلك أنظمة الأمان والتشغيل بالإضافة إلى خدمات الشبكة مثل عناوين (IP) والبروتوكولات اللاسلكية، ومن منظور البنية التحتية من المهم تحديد أنماط حركة المرور وعرض النطاق الترددي الإجمالية على الشبكة حيث سيوفر قياس أداء الشبكة هذا نظرة ثاقبة حول التدفقات الأكثر ازدحامًا بمرور الوقت ويمكن أن تصبح مناطق مشكلة محتملة.

يمكن أن يؤدي تحديد العناصر ذات السعة الزائدة للبنية التحتية إلى تصحيحات أو ترقيات استباقية يمكن أن تقلل من وقت التعطل في المستقبل بدلاً من مجرد الاستجابة لأي أزمة أداء قد تنشأ.

2. مشاكل الشبكة:

تكون قيود الأداء الملازمة للشبكة نفسها مصدراً للتركيز بشكل كبير حيث يمكن أن تسهم جوانب متعددة من الشبكة في الأداء ويمكن أن تؤدي أوجه القصور في أي من هذه المجالات إلى مشاكل نظامية، ونظراً لأنّ متطلبات الأجهزة ضرورية لتخطيط السعة حيث يجب تصميم هذه العناصر لتلبية جميع متطلبات النظام المتوقعة، فعلى سبيل المثال قد يؤدي حجم الناقل غير الملائم على لوحة الشبكة المعززة أو الذاكرة المتوفرة غير الكافية بدوره إلى زيادة فقدان الحزمة أو انخفاض أداء الشبكة.

يمكن أن يؤدي ازدحام الشبكة سواء على الأجهزة النشطة أو الروابط المادية أي الكبلات للشبكة إلى انخفاض السرعات وإذا كانت الحزم في قائمة الانتظار أو فقدان الحزمة إذا لم يكن هناك نظام قائمة انتظار.

3. التطبيقات:

بينما يمكن أن تؤثر مشكلات أجهزة الشبكة والبنية التحتية بشكل مباشر على تجربة المستخدم لتطبيق معين، فمن المهم اعتبار تأثير التطبيقات نفسها بمثابة تروس مهمة في بنية الشبكة الشاملة حيث يمكن للتطبيقات ذات الأداء الضعيف أن تفرط في استهلاك النطاق الترددي وتقلل من تجربة المستخدم، ونظراً لأنّ التطبيقات تصبح أكثر تعقيداً بمرور الوقت فإنّ تشخيص أداء التطبيقات ومراقبته يكتسب أهمية حيث تعد أحجام النوافذ والحفاظ عليها أمثلة على خصائص التطبيق التي تؤثر على أداء الشبكة وسعتها.

كما يجب تصميم التطبيقات مع وضع بيئة الشبكة المقصودة في الاعتبار، وذلك باستخدام شبكات العالم الحقيقي للاختبار بدلاً من معامل المحاكاة حيث لا يمكن توقع مجموعة متنوعة من ظروف الشبكة التي يتعرض لها تطبيق ما بشكل كامل ولكن التحسينات في ممارسات التطوير يمكن أن تؤدي إلى انخفاض في تدهور أداء الشبكة بسبب مشكلات التطبيق، كما يمكن تحديد التطبيقات التي تساهم في ضعف أداء الشبكة باستخدام التحليلات لتحديد وقت الاستجابة البطيء، أمّا في حين أنّ تصحيح قيود التصميم هذه بعد الإصدار يمكن أن يصبح مهمة هائلة.

4. قضايا أمنية:

يهدف أمان الشبكة إلى حماية الخصوصية والملكية الفكرية وتكامل البيانات، وبالتالي فإنّ الحاجة إلى الأمن القوي يتطلب إدارة مشكلات أمان الشبكة والتخفيف من حدتها وفحص الجهاز وتشفير البيانات والحماية من الفيروسات والمصادقة واكتشاف التسلل، وكلها تستهلك نطاقاً ترددياً ذا قيمة للشبكة ويمكن أن تؤثر على الأداء.

تعد الخروقات الأمنية ووقت التعطل بسبب الفيروسات من بين أكثر مشكلات الأداء تكلفة، لذلك يجب موازنة أي تدهور ناتج عن منتجات الأمان بعناية مقابل التعطل المحتمل أو كوارث سلامة البيانات التي تمنعها، ومع وضع هذه القيود في الاعتبار فإنّ أحد العناصر التي لا تقدر بثمن في مراقبة أداء الشبكة فيما يتعلق بالأمن هو الاستخدام الاستراتيجي للطب الشرعي لأمن الشبكة، من خلال تسجيل بيانات الشبكة والتقاطها وتحليلها وقد يتم تحديد مصدر عمليات الاقتحام وحركة المرور غير الطبيعية مثل البرامج الضارة حيث يمكن استخدام حركة مرور الشبكة التي تم التقاطها بأثر رجعي لأغراض التحقيق من خلال إعادة تجميع الملفات المنقولة.

تحديات قياس أداء الشبكة:

• يصبح الجناة المحتملون الذين يؤديون إلى تضاؤل ​​أداء الشبكة قابلين للتنفيذ مع انخفاض ملحوظ في السرعة أو الجودة حيث يجب تصميم حلول قياس أداء الشبكة مع وضع المستخدم في الاعتبار، والتدهور الطفيف في زمن الانتقال، والعثور على هذه الحدود المقبولة هو المفتاح لإنشاء الاختبار والمراقبة ذات الصلة.
  
• مع زيادة متطلبات الأداء باستمرار ظهرت حلول جديدة لقضايا الأداء الشائعة، وتشكيل الحزم هو طريقة مستخدمة لتحديد أولويات تسليم الحزم لتطبيقات مختلفة حيث يتيح ذلك تخصيص نطاق ترددي كافٍ باستمرار للفئات الأكثر أهمية، أمّا ضغط الملفات هو ابتكار آخر يقلل من النطاق الترددي والذاكرة المستهلكة.
  
• ولعل أهم عنصر في الحفاظ على أداء الشبكة هو تنفيذ ممارسات فعالة لقياس أداء الشبكة والإشراف عليها، وإذا كان من الممكن اكتشاف المشكلات المتعلقة بالخوادم أو التوجيه أو التسليم أو النطاق الترددي في الوقت الفعلي فإنّ الحلول المناسبة والاستراتيجيات الوقائية هي المنتجات الثانوية المنطقية.