Современные информационные технологии / Программное обеспечение

Шорникова О.Н., Фомичева Т.А.

Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова

(Казахстан, г. Кокшетау)

РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ КОРПОРО-ТИВНОЙ СЕТИ ВЫСШЕГО УЧЕБНОГО ЗАВЕДЕНИЯ

Практически на всех этапах существования корпоративной сети – как проектирования, когда закладываются основные характеристики системы, так и сопровождения и управления уже построенной сетью – возникает немало вопросов, имеющих большое значение. Будет ли данная система удовлетворять растущим потребностям? Какие узкие места требуют наиболее пристального внимания? Какова эффективность используемой сети передачи данных?

Объективные оценки может дать применение технологий моделирования. С использованием такой технологии можно спроектировать и построить не только модель, но и спрогнозировать поведение любой компьютерной системы в различных ситуациях.

Анализаторы протоколов незаменимы для исследования реальных сетей, но они не позволяют получать количественные оценки характеристик для еще не существующих сетей, находящихся в стадии проектирования. В этих случаях возникает потребность использования средств моделирования, с помощью которых можно создать модель, воссоздающую информационные процессы, протекающие в сетях [2].

Моделирование представляет собой мощный метод научного познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом, называемым моделью [1].

При оптимизации сетей во многих случаях предпочтительным оказывается использование математического моделирования. Особым классом математических моделей являются имитационные модели. Такие модели представляют собой компьютерную программу, которая шаг за шагом воспроизводит события, происходящие в реальной системе. Применительно к вычислительным сетям их имитационные модели воспроизводят процессы генерации сообщений приложениями, разбиение сообщений на пакеты и кадры определенных протоколов, задержки, связанные с обработкой сообщений, пакетов и кадров внутри операционной системы, процесс получения доступа компьютером к разделяемой сетевой среде, процесс обработки поступающих пакетов маршрутизатором и т.д. При имитационном моделировании сети не требуется приобретать дорогостоящее оборудование - его работа имитируется программами, достаточно точно воспроизводящими все основные особенности и параметры такого оборудования [1].

Преимуществом имитационных моделей является возможность подмены процесса смены событий в исследуемой системе в реальном масштабе времени на ускоренный процесс смены событий в темпе работы программы. В результате за несколько минут можно воспроизвести работу сети в течение нескольких дней, что дает возможность оценить работу сети в широком диапазоне варьируемых параметров. Результатом работы имитационной модели являются собранные в ходе наблюдения за протекающими событиями статистические данные о наиболее важных характеристиках сети: временах реакции, коэффициентах использования каналов и узлов, вероятности потерь пакетов и т.п.

Существуют специальные, ориентированные на моделирование вычислительных сетей программные системы, в которых процесс создания модели упрощен. Такие программные системы сами генерируют модель сети на основе исходных данных о ее топологии и используемых протоколах, об интенсивностях потоков запросов между компьютерами сети, протяженности линий связи, о типах используемого оборудования и приложений. Программные системы моделирования могут быть узкоспециализированными и достаточно универсальными, позволяющие имитировать сети самых различных типов. Качество результатов моделирования в значительной степени зависит от точности исходных данных о сети, переданных в систему имитационного моделирования.

Программные системы моделирования сетей - инструмент, который может пригодиться любому администратору корпоративной сети, особенно при проектировании новой сети или внесении кардинальных изменений в уже существующую.

Ни один проект крупной сети со сложной топологией в настоящее время не обходится без исчерпывающего моделирования будущей сети. К сожалению, речь идет не о многих крупных учебных заведениях. Одной из весомых причин этого является то, что программы, выполняющие эту задачу, достаточно сложны и дороги. Целью моделирования является определение оптимальной топологии, адекватный выбор сетевого оборудования, определение рабочих характеристик сети и возможных этапов будущего развития. Ведь сеть, слишком точно оптимизированная для решений задач текущего момента, может потребовать серьезных переделок в будущем.

На модели можно опробовать влияние всплесков широковещательных запросов или реализовать режим коллапса (для Ethernet), что вряд ли кто-то может себе позволить в работающей сети. В процессе моделирования выясняются следующие параметры:

1) предельные пропускные способности различных фрагментов сети и зависимости потерь пакетов от загрузки отдельных станций и внешних каналов;

2) время отклика основных серверов в самых разных режимах, в том числе таких, которые в реальной сети крайне нежелательны;

3) влияние установки новых серверов на перераспределение информационных потоков (Proxy, Firewall и т.д.);

4) решение оптимизации топологии при возникновении узких мест в сети (размещение серверов, DNS, внешних шлюзов, организация опорных каналов);

5) выбор того или иного типа сетевого оборудования (например, 10BaseTX или 100BaseFX) или режима его работы (например, cut-through, store-and-forward для мостов и переключателей и т.д.);

6) выбор внутреннего протокола маршрутизации и его параметров (например, метрики);

7) определение предельно допустимого числа пользователей того или иного сервера;

8) оценка необходимой полосы пропускания внешнего канала для обеспечения требуемого уровня QOS;

9) оценка влияния мультимедийного трафика на работу локальной сети, например, при подготовке видеоконференций [4].

Программы имитационного моделирования сети используют в своей работе информацию о пространственном расположении сети, числе узлов, конфигурации связей, скоростях передачи данных, используемых протоколах и типе оборудования, а также о выполняемых в сети приложениях. Одной из наиболее интересных систем моделирования является система COMNET III фирмы CACI Product - система стохастического дискретного событийного моделирования систем массового обслуживания. Позволяет детально моделировать сети, построенные с использованием всех известных технологий и протоколов, таких как АТМ, Frame Relay, FDDI, TCP/IP, клиент-сервер и т.д. Результатами моделирования являются оценки производительности различных вариантов построения исследуемой локальной или глобальной сети, учитывая при этом стоимостные характеристики.

При моделировании в COMNET затрагиваются следующие уровни эталонной модели взаимодействия открытых систем: приложений, транспортный, сетевой, канальный. На уровне приложений описываются источники трафика - сообщения, сеансы, отклики, вызовы, поведение программного обеспечения. На транспортном уровне - транспортные протоколы и их параметры. На сетевом уровне: алгоритмы маршрутизации, потоки пакетов, таблицы маршрутизации штрафные функции. Канальный уровень - непосредственно передача пакетов, ретрансляция, описание каналов [3].

COMNETIII предлагает использовать простой и интуитивно понятный способ конструирования модели сети, основанный на применении готовых базовых блоков, соответствующих хорошо знакомым сетевым устройствам, таким как компьютеры, маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры и каналы связи. Пользователь применяет технику drag-and-drop для графического изображения моделируемой сети из библиотечных элементов. Затем система COMNETIII выполняет детальное моделирование полученной сети, отображая результаты динамически в виде наглядной мультипликации результирующего трафика. После окончания моделирования пользователь получает в свое распоряжение следующие характеристики производительности сети:

1) прогнозируемые задержки между конечными и промежуточными узлами сети, пропускные способности каналов, коэффициенты использования сегментов, буферов и процессоров;

2) пики и спады трафика как функцию времени, а не как усредненные значения;

3) источники задержек и узких мест сети [1].

С помощью моделирующих систем возможно оптимизировать расходы на создание и модернизацию корпоративной сети предприятия. Использование данного подхода целесообразно для систем с числом компонентов более 50. Наибольшая эффективность достигается для крупных гетерогенных распределенных сетей с числом узлов более 200.

При проектировании сети с помощью специализированных программных продуктов за счет выбора оптимальной конфигурации компонентов и их параметров достигается снижение стоимости на 35-40% при обеспечении заданной производительности. Для функционирующих систем за счет оптимизации конфигурации (топологии) и трафика может быть обеспечено повышение производительности системы до 35% без дополнительных затрат на модернизацию.

Список использованной литературы:

1. Олифер Н.А., Олифер В.Г. Средства анализа и оптимизации локальных сетей. Центр Информационных Технологий, 1998 г.

2. Васильев М., Хомяков И., Шаповаленко С. Объектно-ориентированный подход к моделированию информационных систем // PCWEEK. №36. 1998 г.

3. Васильев М., Шаповаленко С. Экспертиза, проектирование и реинжиниринг инфраструктуры информационных ресурсов предприятия // Сети и системы связи. №6. 1998 г.

4. Семенов Ю.А. Telecommunication technologies - телекоммуникационные технологии. М. 2010 г.