2

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ

2.1 ПРОДУКТЫ ПЕРВОЙ ГРУППЫ

2.1.1 Пакет NetCracker Professional

2.1.2 Пакет Orlan

2.2 ПРОДУКТЫ ВТОРОЙ ГРУППЫ

2.2.1 Пакет NetMaker XA

2.2.2 Пакет Comnet Predictor

2.2.3 Пакет Ses/Strategizer

3. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТОГО РЕШЕНИЯ

3.1 ВЫБОР ТИПА МОДЕЛИ

3.2 ВЫБОР ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ

3.3 ВЫБОР ПРОГРАММНОЙ ОСНОВЫ

3.3.1 Использование существующих наработок

3.3.2 Операционная система и средства разработки

4. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1 БАЗОВЫЕ СТРУКТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ СЕТЕЙ ПРЕДПРИЯТИЯ

4.1.1 Стянутая в точку магистраль на коммутаторе

4.1.2 Распределенная магистраль на коммутаторах

4.2 КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕТЕЙ

4.2.1 Повторители

4.2.2 Мосты

4.2.3 Маршрутизаторы

4.2.4 Коммутаторы

4.2.4.1 Классы коммутаторов

4.2.4.2 Технические реализации коммутаторов

4.2.4.3 Оценка необходимой общей производительности коммутатора

4.3 СЕТЕВЫЕ СТАНДАРТЫ

4.3.1 Стандарт Ethernet

4.3.1.1 История развития

4.3.1.2 Метод доступа CSMA/CD

4.3.1.3 Форматы кадров технологии Ethernet

4.3.1.4 Спецификации физической среды Ethernet

4.3.1.5 Правило 4-х повторителей

4.3.2 Стандарт Fast Ethernet как развитие стандарта Ethernet

4.3.3 Стандарт Gigabit Ethernet

4.3.3.1 Спецификации физической среды Gigabit Ethernet

4.3.3.2 Дифференциальная задержка

4.3.3.3 Расширение несущей

5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

5.1 СОСТАВ СИСТЕМЫ

5.2 РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

5.2.1 Входные данные модуля

5.2.2 Описание работы модуля

5.2.2.1 Алгоритмическая основа

5.2.2.2 Выбор кванта времени моделирования

5.2.2.3 Описание структуры данных

5.2.3 Выходные данные модуля

5.2.3.1 Средняя длина очереди

5.2.3.2 Среднее время ожидания

5.2.3.3 Средняя загрузка

5.2.3.4 Время отклика сети

5.2.4 Анализ расхождения результатов в аналитике и имитации при изменения времени моделирования в имитации

5.3 ОПИСАНИЕ ДРУГИХ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ

5.3.1 Модуль ввода данных

5.3.1.1 Модуль ввода топологии сети

5.3.1.2 Модуль задания рабочей нагрузки

5.3.2 Модуль хранения данных

5.3.3 Модуль быстрой оценки загрузки сети

5.3.4 Модуль аналитического моделирования

5.3.5 Модуль прогнозирования

5.3.6 Модуль отображения результатов

6. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

7.1 БИЗНЕС - ПЛАН ПРОЕКТА

7.1.1 Резюме

7.1.2 Описание товара

7.1.3 Оценка рынка сбыта

7.1.4 Конкуренты

7.1.5. Стратегия маркетинга

7.1.6 План производства

7.1.7 Организационный план

7.1.8 Финансовый план

7.1.9 Стратегия финансирования

7.2 РАСЧЕТ ЦЕНЫ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА

7.2.1 Определение трудоёмкости разработки ПП

7.2.2 Определение цены ПП

7.2.3 Экономическая оценка сопутствующих результатов

8. ОХРАНА ТРУДА

8.1 АНАЛИЗ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ

8.1.1 Возможная опасность поражения электрическим током

8.1.2 Повышенный уровень электромагнитных излучений

8.1.3 Недостаток естественного освещения

8.1.4 Недостаточное искусственное освещение

8.1.5 Повышенный уровень шума на рабочем месте

8.2 МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ УРОВНЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ

8.2.1 Мероприятия по защите от поражения электрическим током

8.2.2 Мероприятия по защите от повышенного уровня электромагнитных излучений

8.2.3 Мероприятия по поддержке микроклимата

8.2.4 Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности

8.3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОНДИЦИОНЕРОВ

8.3.1. Холодный и переходной периоды года

8.3.1.1 Расчёт по избыткам явной теплоты

8.3.1.2. Расчет по избыткам влаги

8.3.1.3 Расчет по избыткам полной теплоты

8.3.1.4 Расчёт по количеству выделяющихся вредных веществ

8.3.2 Тёплое время года

8.3.2.1 Расчёт по избыткам явной теплоты

8.3.2.2 Расчет по избыткам влаги

8.3.2.3 Расчет по избыткам полной теплоты

8.3.2.4 Расчёт по количеству выделяющихся вредных веществ

8.3.3 Вывод

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Современные темпы развития информационных технологий диктуют новые условия, необходимые для успешного ведения бизнеса. Настойчивое проникновение средств автоматизации производства, глобальное внедрение систем обработки и передачи информации в структуру предприятия требуют досконального знания всех преимуществ и недостатков новых технологий, умения их применять по назначению, эффективно.

Глобальные сети передачи данных являются последним, самым большим связующим звеном в организации обмена информацией по всему миру. Но сети такого масштаба немыслимы без тщательной проработки ее составляющих - региональных и, с большим уровнем детализации, локальных сетей. Именно локальные сети несут основную нагрузку в организации эффективной работы предприятий.

Сетевой администратор должен быть в курсе всех современных технологий, применяющихся в создании и поддержке сетей различного масштаба. Более того, он должен уметь применить их на практике. В этом случае сетевому администратору не обойтись без инструментов, специально предназначенных для разработки, модернизации и обслуживания сети.

Одним из таких инструментов является средство построения модели сети, позволяющее исследовать ее поведение в стандартных и критических ситуациях, найти узкие места в производительности отдельных элементов и помочь с выработкой правильного решения.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В современных условиях для правильной разработки сети и ее обслуживания администраторы должны научиться решать следующие проблемы.

Изменение организационной структуры. При выполнении проекта не следует разделять разработчиков программного обеспечения и сетевой архитектуры. Многие организации, внедряющие информационные технологии, имеют различные группы для выполнения сетевых операций и разработки вычислительных систем. Обычно единственным человеком, входящим в обе группы, является директор по информационным системам. В результате такого разделения связь между этими группами осуществляется плохо, а в итоге принимаются неэффективные решения. При разработке сетей и всей системы в целом нужно создавать единую команду из специалистов разного профиля.

Оценка экономической выгоды. В стоимость сети должны входить стоимости серверов, рабочих станций, конфигурирования сети, обучения обслуживающего персонала и пользователей. При переходе от мэйнфреймов к миникомпьютерам также нужно учитывать стоимость усиления сети, которая должна обеспечить увеличение потока информации и уменьшение времени реакции, необходимого для распределенных вычислений.

Проверка сетей. Важно использовать тесты на ранних стадиях разработки. Для этого можно создать прототип сети, который позволит оценить правильность принятых решений. С помощью такого прототипа можно предусмотреть возможные заторы и определить производительность разных архитектур. Пусть пользователи помогут проектировщикам оценить работу системы. Однако не стоит демонстрировать работу программы на линии T-1, если она будет работать в коммутируемой 56 Кбит/с сети.

Выбор протоколов. Чтобы правильно выбрать конфигурацию сети, нужно оценить возможности различных наборов протоколов. Важно определить, как сетевые операции, оптимизирующие работу одной программы или пакета программ, могут повлиять на производительность других.

Выбор физического расположения. Выбирая место установки серверов, надо, прежде всего, определить местоположение пользователей. Возможно ли их перемещение? Будут ли их компьютеры подключены к одной подсети? Будут ли эти пользователи иметь доступ к глобальной сети?

Вычисление критического времени. Необходимо определить время использования каждой программы и периоды максимальной нагрузки. Важно понять, как черезвычайная ситуация может повлияет на сеть, и определить, нужен ли резерв для непрерывной работы предприятия.

Испытание сети. Чтобы понять, какую нагрузку может выдержать сеть, надо ее смоделировать в уже работающей сети, проанализировать причины возникновения замедлений и заторов и определить, как увеличение количества пользователей может повлиять на работу сети.

Анализ вариантов. Важно проанализировать различные варианты использования программного обеспечения в сети. Централизация данных часто означает дополнительную нагрузку в центре сети, а распределенные вычисления могут потребовать усиления ЛВС рабочих групп.

Администраторы сети, естественно, имеют возможность использовать большой набор программных и аппаратных решений, инструментов для решения вышеперечисленных задач создания и поддержки сети. Например, для контроля ее функционирования служат сетевые мониторы, анализаторы, генераторы нагрузки. Но проконтролировать функционирование сети монитором или анализатором можно только на реальном объекте. Как же поступить, если по каким-либо причинам нет реально действующего объекта, чтобы его исследовать? А причины здесь могут быть самые разные: слишком большая стоимость закупаемого оборудования, недопустимость вмешательства в конфигурацию сети вследствие обслуживания ею какого-либо критического объекта, значительная сложность переконфигурации и другие.

Выход есть в создании модели сети, поведение которой требуется исследовать. Такая модель значительно облегчает изменение архитектуры в случае необходимости и измерение требуемых параметров. Главные условия, которые к ней предъявляются - обеспечить достаточную адекватность реальному объекту, не допуская при этом ее излишнего усложнения.

2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ

Продукты для моделирования работы сети значительно отличаются друг от друга по цене, сложности и функциональным возможностям. Например, в этом секторе рынка можно встретить цены от 129 до 40 000 дол. и больше (если принять во внимание стоимость дополнительных модулей). Однако, ни один из продуктов нельзя рассматривать как полностью готовое к употреблению средство, способное в точности смоделировать работу существующей или даже вновь спроектированной сети. Необходимо потратить значительные средства на обучение, прежде чем станут возможными построение корректных моделей и интерпретация полученных результатов. Затем понадобится еще в течение шести-девяти месяцев непрерывно подстраивать модель, и только после этого она будет хотя бы приблизительно приведена в соответствие с действительностью.

Чтобы понять, почему так получается, надо вспомнить, как строятся модели при работе с этими продуктами. Все программы оснащены средствами графического проектирования, позволяющими строить схемы сети с помощью буксировки значков, соответствующих различным устройствам, из библиотеки на рабочее поле программы. Далее указывается, каким образом устройства соединены LAN- и WAN-каналами, работающими на разных скоростях, и, наконец, схема дополняется данными о работе сети, полученными от сетевых мониторов.

Получив все эти данные, программа строит систему математических уравнений, с помощью которых моделируется поведение сети. К сожалению, одна-две ошибки в начальной информации могут испортить все.

Каждый из рассмотренных продуктов имеет свою собственную "экологическую" нишу. Одни средства рассчитаны на управление локальными сетями, а другие предназначены для администраторов территориально-распределенных сетей. Одни просто позволяют строить схемы сетей и обладают ограниченными возможностями моделирования, другие же способны производить сложный анализ глобальных сетей.

Однако ни одно из средств не способно охватить все задачи, поэтому если необходимо смоделировать сеть и проанализировать ее работу, придется покупать несколько продуктов. Имеются также заметные различия между продуктами, которые, как утверждается, решают одни и те же задачи.

Следует обязательно выяснить, работу каких сетевых элементов способно рассчитывать то или иное средство. В этой области можно найти интересные результаты. Большинство продуктов рассчитывают, как будут работать те элементы сети, о которых у них имеются данные. Однако три пакета сплоховали: CANE от Image Net не может моделировать работу дисков, микросхем и контроллеров; Virtual Agent от Network Tools не принимает во внимание работу с очередями и скорость передачи данных по физическому носителю; SimuNet от Telenix не в состоянии учитывать, например, архитектуру устройств. За исключением NetArchitect от Datametrics, ни одно средство не умеет смоделировать работу системы в целом. Это означает, что невозможно принять во внимание, например, влияние параметров конечных станций. По-видимому, к этой проблеме производители обратятся несколько позже, когда станут более распространенными сети, при построении которых учитывается характер работающих в них приложений. Службы каталогов и сетевые протоколы в таких сетях будут поддерживать передачу трафика, чувствительного к задержкам.

Кроме того, средства моделирования сетей имеют несколько ограниченные возможности учета воздействия на пропускную способность сети работы с приоритетами и уровнями обслуживания. Если вспомнить, какое значение сейчас придается средствам предоставления уровней обслуживания и управления ими, станет ясно, что этот недостаток должен быть исправлен. Еще один важный момент - передача голоса через IP. Ясно, что производители средств моделирования будут обращать все больше внимания на эту проблему, по мере того как компании, стремящиеся переложить свой междугородний телефонный трафик на Internet, будут пытаться оценить воздействие соответствующей нагрузки на свои сети, базирующиеся на маршрутизаторах. Можно также ожидать появления новых компаний, которые сосредоточат свои усилия на новых технологиях, таких как Gigabit Ethernet и IP-телефония.

2.1 Продукты первой группы

2.1.1 Пакет NetCracker Professional

Фирма-производитель данного продукта - NetCracker Technology, платформа - Windows 95/98/NT.

NetCracker позволяет создавать модель сети практически любого масштаба - от локальной на несколько пользователей до уровня региона. Программа легко настраивается и относительна проста в использовании благодаря дружественному пользовательскому интерфейсу и использованиею технологии “drag and drop”.

NetCracker имеет большую базу данных, хранящую информацию об около 5000 разнотипных устройствах: повторителях, концетраторах, коммутаторах, сетевых адаптерах, серверах различных производителей. Также имеются сведения о нагрузке, создаваемой различным программным обеспечением. Базу данных легко обновляема, через интернет с сервера производителя.

Каждое устройство описывается набором свойств, которые подробно описывают такие данные как задержка, скорость передачи, фильтрации и перенаправления пакетов, используемые протоколы, тип портов, их доступность, описание интерфейсной карты и т.д. Аппаратное и программное обеспечение в совокупности позволяет описывать разнообразные сетевые архитектуры: клиент-сервер, VLAN (виртуальная локальная сеть), intranet, беспроводные сети и др.

Сетевая нагрузка может быть описана обычным потоком данных, либо потоком голосовой и видеоинформации. Для задания этой нагрузки требуется указать станцию-отправитель, станцию-получатель и вид траффика: размер пакетов, время ожидания между их передачами, закон изменения этих величин, возможно также определить используемый протокол высокого уровня: SMTP, POP3, FTP, HTTP, CAD/CAM client-server, Database client-server, File client-server, Voice over IP peer to peer и др. Во время имитирования нагрузки каждый класс заявок наглядно показывается как серия движущихся прямоугольников определенного цвета. Направление, скорость движение и промежутки между ними приблизительно показывают основные характеристки траффика.

NetCracker обладает развитыми средствами генерации отчетов. Как правило, быстрый отчет, включающий данные по загрузке всех узлов сети, спомощью специального мастера можно сделать за 1-2 минуты, с возможностью экспорта в HTML-файл.

NetCracker обладает такой полезной возможностью, как разрыв и восстановление связей между сетевыми устройствами. Это позволяет промоделировать различные сценарии разрыва соединений, перегрузки сервера, перегрузки канала и др. Данная возможность чрезвычайно важна для администратора сети, так как делает возможным моделирование сети не только в нормальном режиме, но и в режиме выхода из строя ее отдельных элементов.

Достоинства и недостатки программы моделирования NetCracker удобно продемонстрировать на конкретном примере. Построим небольшую локальную сеть, состоящую из одного клиента, сервера и коммутатора между ними (рис. 1). Хотя рабочая станция, выступающая в качестве клиента, здесь одна, имеется возможность задать одновременно несколько классов заявок, генерируемых клиентом и обрабатываемых сервером. Это имитирует работу в сети одновременно нескольких клиентов.



рис. 1. Модель локальной сети в NetCracker Professional

Для построения указанной конфигурации были выполнены следующие действия:

Из базы данных устройств были выбраны Ethernet Workstation, Ethernet Switch и Ethernet Server и “перетащены” на рабочее поле. В этих устройствах уже предполагается наличие сетевого адаптера Ethernet, поэтому добавдять его вручную не надо.

Созданы связи между клиентом и коммутатором, а также между коммутатором и сервером. В свойствах канала указывался тип кабеля (витая пара), его длина и максимальная скорость передачи (10 Мбит/с)

Созданы профили рабочих нагрузок, которые были затем добавлены в качестве траффика между клиентом и сервером: 4 класса заявки с размером пакета 50 байт и 2 класса с размером пакета 1500 байт, временем подготовки и обработки 2 мс. Выведены индикаторы использования каналов передачи и скорости обработки в клиенте и сервере.

После завершения работы имитации были получены следующие результаты:

рис. 2.Отображение результата моделирования локальной сети

Данный пример наглядно показывает несовершенство примененной модели сети Ethernet. Никогда коэффициент использования моноканала не может достигать 100 %. Во-первых, метод доступа к среде CSMA/CD становится неэффективным при загруженности более 50-60%. С ее увеличением выше этой цифры, текущая пропускная способность практически не увеличивается.

Во-вторых, обязательные временные интервалы между пакетами также снижают пропусную способность.

NetCracker учитывает только максимальную пропускную способность моноканала. Моделирование функционирования протокола Ethernet упрощено до крайности. По существу, расчет текущей пропускной способности моноканала сводится к простой формуле:

U = max(Q_max, Q_gen)/Q_max * 100 %,

где U - коэффициент использования моноканала,

Q_max - максимальная пропускная способность без учета затрат на ожидание между передачей пакетов, [бит/c],

Q_gen - пропускная способность, затребованная от моноканала станцией, [бит/c],

Q_gen = Q_i,

где Q_i - нагрузка от каждого класса заявки, [бит/c].

Примитивность использованной модели сети стала расплатой за богатые возможности по моделированию самых разнообразных сетевых архитектур.

Не вникая в подробности функционирования, легко представить целый сегмент сети как область, которая просто сообщается с остальными устройствами через каналы связи с заданной пропускной способностью и заданной загруженностью.

Такой же областью может быть и отдельная рабочая станция, и целая региональная сеть.

2.1.2 Пакет Orlan

Данный продукт позволяет моделировать локальную сеть, включающую несколько типов сетевых устройств - рабочие станции, серверы, концетраторы и коммутаторы.

Пользовательсктй интерфейс достаточно удобен и позволяет произвольно перемещать элементы по рабочему полю, изменять масштаб просмотра, внешний вмд соединений и т.д. Имеющаяся база данных устройств невелика, но позволяет пользователю вносить новые и редактировать имеющиеся устройства.

По сравнению с остальными пакетами, эта программа наиболее простая в использовании. Настройки устройств сети сведены к минимуму. Отчасти это объясняется тем, какая математическая база была заложена в основу Orlan. Изучим ее более подробно.

В основе Orlan лежит SCAT - Heuristic Algorithm for Queuing Network Model of Computing Systems, предназначенный для приближенного анализа сетевой модели вычислительных систем с организованными очередями. Вся исследуемая сеть представляется как замкнутая сеть массового обслуживания (МО), состоящая из систем массового обслуживания.

Система МО включает в себя очередь, накапливающую заявки для обработки, и сервер (обслуживающий прибор), обрабатывающий эти заявки. Получив обслуживание в очередной системе МО, заявка следует в следующую систему МО для обработки. Замкнутая сеть МО имеет постоянное число заявок, циркулирующих в ней.

Заявки могут быть сгруппированы в классы, где каждый класс задает определенную загрузку. Обслуживающий прибор представляет собой такие устройства, как процессор, сетевой адаптер, дисковый контроллер, жесткий диск и др. Система МО, которая может предоставить не более одного обслуживающего прибора для обработки поступившей заявки, называется системой с фиксированным (fized-rate) .потоком обработки. Такая система может использоваться для моделирования устройств ввода/вывода, например. Система МО, которая может предоставить каждой поступившей заявке отдельный сервер, называется системой с потоком задержки, или просто задержкой (delay). Если же количество обслуживающих приборов является сложной функцией от числа поступивших заявок, это загрузко-зависимая система МО. Это наиболее общий вариант, и он позволяет моделировать многопроцессорные системы, множество логических каналов с ограниченным числом физических каналов и т.д.

Алгоритм SCAT применим к продуцируемой (product-form) сети. Это обозначает сеть, чье равновесное вероятностное состояние может быть выражено как функция множества факторов, причем на каждую систему МО приходится один фактор. В таких сетях фиксированные или загрузко-зависимые потоки оброаботки описываются логикой FCFS - “первый пришел-первый обслужен“ (First Come First Served), логикой разделения обслуживания или LCFS - “последний пришел-первый обслужен” (Last Come First Served), причем в системах FCFS время обслуживание может быть экспоненциально зависимым или независимым по классам заявок. Продуцируемая сеть с фиксированными, загрузко-зависимыми системами МО или системами-задержками называется простой сетевой моделью.

По сравнению с другими алгоритмами строгого вычисления, SCAT требует меньшего объема памяти для работы, особенно когда в сети присутствует большое число систем МО и классов заявок. Целью его авторов было создать алгоритм с приемлемыми требованиями к памяти и производительности, обеспечив при этом ошибку не более 10 % при любых измерениях производительности.

SCAT позволяет вычислить средние (долговременные) характеристики: среднюю длину очереди, среднее время ожидания, загрузку и коэффициент использования для всех использованных узлов и классов заявок.

Попробуем промоделировать простую локальную сеть, состоящую из клиента, коммутатора и сервера с набором классов заявок, аналогичным предыдущему примеру (для NetCracker Professional):

рис. 3 Модель локальной сети в Orlan

Были получены следующие значения:

Средняя длина очереди в клиенте L_client = 0,926;

Средняя длина очереди в сервере L_server = 3,999;

Средняя длина очереди в моноканале L_ch = 0,380;

Среднее время ожидания в клиенте W_client = 1,999 мс;

Среднее время ожидания в сервере W_server = 8,666 мс;

Среднее время ожидания в моноканале W_ch = 1,040 мс;

Коэф. использования клиента U_client = 92,6 %

Коэф. использования сервера U_server = 92,6 %

Коэф. использования моноканала U_ch = 31,1 %

А теперь попробуем их сравнить со значениями, полученными с помощью NetCracker Professional.

Среднюю длину очереди и среднее время ожидания NetCracker не позволяет определить вообще. А между тем, большая длина очереди в сервере говорит о его перегруженности.

Перегруженность сервера привела к тому, что он не успевает сразу отвечать на пришедшие заявки. Соответсвенно, канал передачи оказался не таким загруженным; по крайней мере, его коэффициент использования оказался далек от максимально возможного, как в NetCracker. Данный пример выявил преимущество примененной математической модели, которая позволила гораздо точнее рассчитатть требуемые параметры. Однако есть и некоторые недостатки. Во-первых, Orlan не позволяет промоделировать сеть произвольного размера. Увеличение ее размера усложняет построение и расчет соответствующей модели. Во-вторых, хотя SCAT пригоден для работы с любыми сетями, он не учитывает особенности работы протоколов канального уровня (например, метод доступа к среде CSMA/CD для Ethernet). Это значит, что при больших загрузках моноканала SCAT будет иметь слишком большую погрешность, а именно исследование поведения сети в “стрессовых” условиях представляет наибольший интерес.

2.2 Продукты второй группы

2.2.1 Пакет NetMaker XA

Данный пакет от Make Systems получил награду World Class ("Продукт мирового класса").

Вычислительное ядро моделирования, используемое в NetMaker XA - одно из наиболее мощных на рынке, и это сыграло немаловажную роль в том, что продукт зарекомендовал себя столь хорошо. Не возникает никаких проблем ни с моделированием только что спроектированной небольшой сети, ни с усовершенствованием системы, приведенной производителем в качестве примера. Кроме того, генерируемые программой отчеты содержат всю необходимую информацию.

Главные недостатки NetMaker XA - необходимость серьезного обучения пользователя и высокая стоимость. Если к цене базовой конфигурации изделия добавить стоимость дополнительных модулей, получится довольно значительная сумма.

Основу продукта составляют модули Visualizer, Planner и Designer. Каждый из них выполняет какую-то одну функцию; чтобы смоделировать работу сети, необходимы все три.

Visualizer служит для получения информации о сети и ее просмотра. В его состав входят SNMP-модули автоматического распознавания, которые опрашивают сетевые устройства и создают соответствующие им объекты. Информацию об этих объектах можно затем редактировать с помощью Visualizer.

Planner - это библиотека устройств, которая помогает проанализировать, что получится при установке в сети нового устройства (например, дополнительного маршрутизатора). Make Systems поставляет встраиваемые модули (plug-in), содержащие объекты с данными о продуктах различных производителей. В таких объектах содержится полное описание различных моделей устройств (от числа сетевых интерфейсов до типа процессора); вся информация заверяется производителем. С помощью Planner пользователь может самостоятельно строить свои собственные объекты для описания сетевых устройств и каналов связи, не включенных в библиотеку.

Designer нужен для построения схем сетей. Данное средство позволяет легко и быстро создавать модели и анализировать альтернативы. Если пользоваться им совместно с Planner, можно получать информацию о том, как будет работать сеть заданной конфигурации.

Если требуется пойти несколько дальше, придется приобрести еще три модуля: Accountant, Interpreter и Analyzer. В состав Account входит тарификационная база данных; этот модуль помогает проанализировать затраты, связанные с использованием тех или иных сетей общего доступа. Очень полезным оказался модуль Interpreter, предназначенный для сбора данных от средств анализа трафика. Затем данные автоматически импортируются в модель, что позволяло использовать их почти в режиме реального времени, а не строить гипотезы относительно работы сети. Стоит все это богатство функций очень дорого - от 37 тыс. дол. за базовый комплект плюс доплаты за встраиваемые модули. Тому, кто захочет приобрести модули Accountant, Interpreter и Analyzer, придется раскошелиться еще на 30 тыс. дол. Установить NetMaker XA можно только на SPARCstation от Sun Microsystems. К этому надо добавить стоимость обучения, поскольку без него просто ничего не получится.

2.2.2 Пакет Comnet Predictor

COMNET Predictor от CACI заслужил хорошую оценку. Правда, Predictor несколько менее проработан и не так прост в установке, как NetMaker XA. Кроме того, генерируемые им отчеты немного запутанны и малоинформативны, а схемы сетей чересчур перегруженны.

В базовую конфигурацию Predictor входит все, что требуется для построения схемы сети с помощью буксировки пиктограмм устройств из библиотеки. К сожалению, на схеме отображается так много информации, что разобраться в ней очень трудно. В состав Predictor входят и средства для самостоятельного создания устройств и редактирования библиотечной информации.

Опция Baseliner позволяет импортировать информацию о топологии сети и характере трафика из различных популярных средств мониторинга сети. Благодаря Baseliner можно разобраться, какие объемы трафика генерирует то или иное приложение. После этого можно построить модель, в которой объем трафика от этого приложения будет ежемесячно возрастать на 10%, получив, таким образом, прогноз на несколько месяцев вперед. Тому, кто научится разбираться в схемах сетей (а сделать это не очень-то просто), Predictor покажется очень мощным средством, которым нетрудно пользоваться. Параметры элементов сетей, подобранных из библиотеки, поддаются тонкой настройке.

Затем можно пустить в ход предположения о росте сети - надо указать Predictor, в какой момент их следует включать в модель. По мере продвижения расчетов Predictor будет информировать пользователя о возникновении проблем. Например, сообщается, что через шесть месяцев уровень загрузки какого-либо маршрутизатора достигнет 80%, что является предельной величиной. Тогда можно ввести в модель еще один маршрутизатор и посмотреть, решит ли он это проблему.

Пользователю предоставляется целый ряд отчетов, однако чтобы извлечь из них полезную информацию, придется немало потрудиться: многие таблицы и графики дублируют друг друга, и это затрудняет понимание.

Цена данного продукта - 29 тыс. долл, что тоже весьма недешево. Доступны версии под Windows 95/NT и Unix.

2.2.3 Пакет Ses/Strategizer

Данный пакет от Scientific and Engineering Software характеризуется относительно невысокой ценой (9995 дол.).

SES/Strategizer просчитывает модели очень быстро. В одном из испытаний этот продукт был установлен на рабочей станции на базе Pentium II, и всего за 2 с программа рассчитала, как будет работать довольно сложная сеть в течение 24 ч. Можно также собирать тонкие статистические данные о каком-то одном конкретном элементе модели, например следить за степенью загрузки центрального процессора с разбивкой по процессам, пользователям и моделям поведения.

Как и прочие пакеты, SES/Strategizer позволяет без труда задавать и модифицировать значения параметров, таких как пропускная способность. Кроме того, продукт выдает запрос на подтверждение ("Применить" или "Отмена"), если пользователь пытается закрыть диалоговое окно, щелкнув мышью на крестике в правом верхнем углу. Такая функция не предусмотрена в других продуктах, что неудобно, поскольку с ними никогда нельзя быть уверенным, какое действие будет предпринято по умолчанию.

И все же отдельные стороны SES/Strategizer нуждаются в доработке. Например, для просмотра результатов моделирования на том же ПК, где работает сама программа, требуется запустить Microsoft Excel; данные он должен брать из создаваемых SES/Strategizer файлов, где для разделения числовых полей используются знаки табуляции. Если Excel не установлен, пользователь получает странное сообщение об ошибке, указывающее на совершенно другую причину сбоя. Надо просто информировать пользователя, что ему следует установить Excel, или обеспечивать возможность просмотра средствами какой-нибудь другого приложения.

Различия между SES/Strategizer и Predictor отнюдь не так велики, как позволяет предположить разница в их ценах (19 тыс. дол.). Predictor хорош тем, что расчеты могут охватывать продолжительный период существования сети, а пользователь - учитывать рост трафика с течением времени. По части функций SES/Strategizer отстает совсем не так сильно - пользователю просто придется смириться с необходимостью постоянно просчитывать модель заново.

3. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТОГО РЕШЕНИЯ

3.1 Выбор типа модели

Можно выделить следующие главные недостатки, обнаруженные у рассмотренных пакетов моделирования сети:

Недостоверность модели проявляется практически у всех продуктов. Дело лишь в том, что в пакетах высокого класса (NetMaker XA, COMNET Predictor) удалось снизить ее до приемлемой величины. Чтобы создать достоверную модель, необходимо затратить значительные средства на ее разработку. При этом к модели предъявляются противоречивые требования - она при этом должна быть достаточно удобной для использования, иметь примлемую сложность, но также и достаточно универсальной.

Узкая специализация в основном характерна для простых пакетов. Например, Orlan не позволяет рассчитывать сложные сети больших размеров, в его базе данных сетевых устройств сеть только минимально необходимый набор для локальных сетей. Узкая специализация является следствием ограниченности математического аппарата, лежащего в основе модели, и снижает ее ценность.

Высокая цена является следствием большой сложности разработки достаточно адекватной модели сети, включающей разнообразные сетевые устройства. Конечно, механизм формирования цены программного продукта достаточно сложен, и при ее формировании учитывались самые разнообразные факторы: объем исходного текста программы, уникальность разработки, квалификация программистов, время, потраченное на разработку, использование готовых решений, текущая ситуация на рынке и т.д. Тем не менее, высокая стоимость продукта ограничивает возможности по его использованию для конечного пользователя. Все перечисленные выше факторы вкладывают свою долю в определение экономического эффекта от внедрения нового продукта. По мере возможности требуется уменьшить эти недостатки. Их анализ побуждает к разработке метода моделирования, отличающегося от тех, которые были использованы в рассмотренных пакетов.

Имитационное моделирование предполагает построение модели, имитирующей работу исследуемой сети на основании описания протоколов, лежащих в ее основе. Эти протоколы могут относиться к разным уровням модели взаимодействие открытых систем OSI, поэтому необходимо предварительно задаться, какие именно протоколы будут участвовать в моделировании. Чем ниже уровень описанного протокола, тем детальнее и точнее будет созданная модель.

Например, моделирование на физическом уровне позволяет естественно учесть множество важных характеристик среды передачи - задержку распространения, ослабление и рассеивание электромагнитного импулься в электрическом кабеле, дифференциальную задержку импульса света в оптическом волокне и т.д. С другой стороны, моделирование этих характеристик может привести к чрезвычайному усложнению имитационной модели, что, в конечном итоге, вынудит к необходимости отказаться от их учета. Естественно, требуется искать компромисс между сложностью модели и ее достоверностью.

Однако часто не требуется изучать процессы, происходящие в основе работы сети, с такой подробностью. Например, стандарт IEEE 802.3 (Ethernet) оговариваем физические и геометрические характеристики среды передачи. Если конкретная сеть Ethernet построена с соблюдением всех соответствующих рекомендаций, это гарантирует ее работоспособность на физическом и канальном уровне. Это избавляет от необходимости моделировать задержку распространения сигнала для обнаружения коллизий в моноканале.

Есть принципиальная разница между аналитическим моделированием, применяющимся в большинстве коммерческих продуктов, и имитационным моделированием.

Аналитическое моделирование предполагает построение математической модели, описывающей данную сеть, с последующим применением к ней некоторых методик расчета, основанных на предварительно найденных математических зависимостях. Имитационное моделирование именно “имитирует” работу реальных сетевых протоколов. Причем не важно, насколько “экзотичен” исследуемый протокол. По его описанию в любом случае можно построить имитационную модель, чего нельзя сказать об аналитической.

Как же разрабатываемая модель должна избежать недостатков, характерных для рассмотренных пакетов моделирования ?

Цена готового продукта снижается при уменьшении совокупных затрат на его производство. Сюда входят издержки на оплату труда программистов, оплату машинного времени, арендную плату и другие затраты.

Для создания более-менее универсальной модели необходимо реализовать в ней как можно больше наиболее популярных протоколов перелачи данных.

Относительно экзотические алгоритмы лучше сделать в виде подключаемых модулей и разрабатывать по мере необходимости.

И, наконец, достоверность модели определяется точностью имитации работы исследуемых протоколов. Это свойство модели должно наиболее выгодно отличать ее от остальных разработок.

Разрабатываемая имитационная модель должна дать ответы на следующие вопросы, интересующие сетевого администратора:

Загрузка моноканала - определяется как отношение текущей пропускной способности к максимальной.

Загрузка сервера - отношение времени, в течение которого сервер обслуживал сетевые запросы, к общему времени работы сервера.

Среднее время ожидания пакетов в каждом сетевом узле.

Средняя длина очереди в каждом сетевом узле.

По полученным данным можно узнать время реакции на запрос, то есть основную характеристику, которая интересует конечного пользователя.

3.2 Выбор объекта моделирования

Задача построения данной модели требует выяснить, протоколы, какого уровня модели OSI и какие именно предстоит моделировать. Очевидно, требуется отобрать те стандарты передачи данных, которые получили наибольшее распространение во всем мире, и реализовать их в первую очередь.

Есть ли смысл обратить первоочередное внимание на Ethernet, не начинает ли он сдавать позиции в пользу более современных и совершенных протоколов передачи данных? Этот вопрос как нельзя лучше соответствует содержанию докладов и дискуссий семинара, проведенного в Москве в середине февраля 1999 г. компаниями «Виком-Оптик» и Nbase-Xyplex.

Тема семинара -- “Построение корпоративных и магистральных информационных сетей с использованием технологии Gigabit Ethernet”. Обсуждались не только характеристики интерфейсов Gigabit Ethernet и новые спецификации, расширяющие стандарт; значительное внимание было уделено сравнению технологий Ethernet и АТМ.

Технология Ethernet применяется практически во всех сетях, независимо от их масштаба, и ей еще не найдено полностью адекватной замены. Конечно, не нужно забывать о преимуществах АТМ, однако пока не появятся АТМ-устройства для рабочих станций, передача трафика в высокоскоростных магистралях будет, в конечном счете, определяться характеристиками оконечных устройств Ethernet. Не следует также сбрасывать со счетов стоимость АТМ-устройств и сложность их инсталляции. Но успешное развитие технологии Ethernet и особенно ее последнего достижения, Gigabit Ethernet, нельзя рассматривать, не учитывая влияния конкурирующей с ней АТМ-технологии. Еще три года назад единственной технологией, способной удовлетворить требования масштабируемости сетей и предоставления услуг гарантированного качества (QoS), была АТМ.

Появление стандарта Gigabit Ethernet и интеграция сетевого оборудования позволили сетевым администраторам надеяться на то, что возможности контроля полосы пропускания и качества обслуживания будут реализованы и в сетях Gigabit Ethernet. Всплеск интереса к Gigabit Ethernet и дальнейшее совершенствование технологии обусловлены несколькими причинами.

Имеется ограниченное количество АТМ-приложений для сетей такого типа, и отсутствуют API-библиотеки для их создания. При этом для управления трафиком и потоком, предоставления услуг определенного качества необходимы не только отдельные приложения, но и простые программные средства для разработки последних.

Нужно учесть и специфику ЛВС, где более высокая масштабируемость Ethernet (100--1000 Мбит/ с по сравнению со 155--622 Мбит/ с для АТМ), разница в стоимости оборудования, использующего ту или иную из этих двух технологий, и простота эксплуатации Ethernet-устройств становятся решающими факторами в пользу выбора Ethernet для многих сетевых администраторов. Так, стоимость магистрали Gigabit Ethernet между 100- или 10-мегабитными коммутаторами составляет 25% от стоимости канала АТМ с пропускной способностью 622 Мбит/с (цена за порт Gigabit Ethernet составляет 1--3 тыс. долл., а за порт АТМ для канала со скоростью 622 Мбит/с -- 7--10 тыс. долл.). Не секрет также, что из-за большого количества ячеек эффективность АТМ в ЛВС (т. е. производительность сети) намного ниже, чем в многопоточных магистралях.

Кроме того, из-за многих специфических особенностей АТМ снижается эффективность обработки трафика. Так, поддержка кольцевой обработки речевого трафика необходима только на границе локальной и глобальной сетей. Но в рамках ЛВС мультимедийные приложения вполне справляются с этой задачей, а Gigabit Ethernet обрабатывает данный вид трафика достаточно эффективно, обеспечивая весь набор функций работы с очередями. Соответственно, применение технологии АТМ для таких целей становится экономически неоправданным.

Таким образом, напрашивается вывод о перспективности вложения средств в семейство протоколов Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ehhernet. Соответственно, затраты на их исследование и моделирование также являются перспективными и оправданными.

3.3 Выбор программной основы

3.3.1 Использование существующих наработок

В целях упрощения проектирования системы моделирования, был предпринят поиск готовых решений и наработок. В первую очередь, была проверена возможность использования исходных текстов программ моделирования сети, описанных в разделе 2. Эти продукты принадлежат к различным группам сложности, функциональности и стоимости. Соответственно менялась и возможность их вторичного использования.

Продукты первой группы более просты как в использовании, так и в проектировании. Под проектированием понимается в данном случае модификация существующей системы с целью изменения ее характеристик. К этой группе были отнесены пакеты моделирования NetCracker и OrLAN.

Продукты второй группы, а именно NetMaker XA, Comnet Predictor, Ses/Strategizer, более сложны. Это значит, что, в случае необходимости модернизации, задача стояла бы гораздо сложнее.

Но, пожалуй, решающим фактором является наличие самих исходных текстов и лицензии на изучение, модификацию, компиляцию исходных текстов и использование программы в коммерческий целях. Все вышеперечисленные продукты, кроме OrLAN, являются коммерческими, и не предусматривают подобной лицензии.

OrLAN является freeware продуктом, разработанным на кафедре КИСС ОГПУ, авторское право на который принадлежит Дмитрию Курганскому. Им было предоставлено право на модификацию исходного текста в различных целях, в том числе и с целью коммерческого распространения продукта.

3.3.2 Операционная система и средства разработки

Выбор операционной системы (ОС) во многом определяется тем, в какой среде работает OrLAN, удовлетворяет ли она поставленным требованием, а если нет - насколько сложна адаптация под другую ОС.

OrLAN работает в операционной системе Microsoft Windows95. Неиспользование разработчиком специфичных функций Windows95 дало возможность ее безпроблемного запуска в Windows98 и WindowsNT 4.0.

Работа программы в ОС Microsoft Windows 3.11 не предполагается. Главная причина этого - быстро уменьшающаяся инсталляционна база Windows 3.11 вследствие ее многочисленных недостатков.

Работа OrLAN в Windows 2000 не проверялась вследствие невозможности получения ее полнофункциональной версии на данный момент.

Unix-подобные и остальные операционные системы не планируется использовать в качестве базы вследствие значительной сложности миграции OrLAN на эти платформы.

Выбор средства разработки (СР) определяется СР Орлана, его возможностями и, в случае необходимостями, трудностью перехода на другое СР.

Орлан был разработан с использованием Borland Delphi 3.0. В связи с наличием более поздней версии этого СР, был осуществлен переход на Borlan Delphi 5.0. Сам переход прошел без проблем, так как файлы проекта в формате Delphi 3.0 свободно читаются Delphi 5.0.

4. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1 Базовые структуры современных сетей предприятия

Транспортная система локальных сетей масштаба здания или кампуса уже достаточно давно стала включать разнообразные типы активного коммуникационного оборудования - повторители, концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы, соединенные в сложные иерархические структуры

Описанный подход стал нормой при проектировании крупных сетей и полностью вытеснил сети, построенные исключительно на основе пассивных сегментов кабеля, которыми совместно пользуются для передачи информации компьютеры сети. Преимущества сетей с иерархически соединенным активным оборудованием не раз проверены на практике и сейчас никем не оспариваются.

Если не обращать внимание на типы используемого оборудования, а рассматривать их просто как многопортовые черные ящики, то может сложиться впечатление, что никаких других изменений в теории и практике построения локальных сетей нет - предлагаются и реализуются очень похожие схемы, отличающиеся только количеством узлов и уровней иерархии коммуникационного оборудования.

Однако, качественный анализ используемого оборудования говорит об обратном. Изменения есть, и они существенны. За последние год-два коммутаторы стали заметно теснить другие виды активного оборудования с казалось бы прочно завоеванных позиций. Несколько лет назад в типичной сети здания нижний уровень иерархии всегда занимали повторители и концентраторы, верхний строился с использованием маршрутизаторов, а коммутаторам отводилось место где-то посередине, на уровне сети этажа. К тому же, коммутаторов обычно было немного - их ставили только в очень загруженные сегменты сети или же для подключения сверхпроизводительных серверов.

Коммутаторы стали вытеснять маршрутизаторы из центра сети на периферию, где они использовались для соединения локальной сети с глобальными.

Центральное место в сети здания занял модульный корпоративный коммутатор, который объединял на своей внутренней, как правило, очень производительной, магистрали все сети этажей и отделов. Коммутаторы потеснили маршрутизаторы потому, что их показатель "цена/производительность", рассчитанный для одного порта, оказался гораздо ниже при приближающихся к маршрутизаторам функциональным возможностям по активному воздействию на передаваемый трафик. Сегодняшние корпоративные коммутаторы умеют многое из того, что несколько лет назад казалось исключительной прерогативой маршрутизаторов: транслировать кадры разных технологий локальных сетей, например Ethernet в FDDI, осуществлять фильтрацию трафика по различным условиям, в том числе и задаваемым пользователем, изолировать трафик одного сегмента от другого и т.п. Коммутаторы ввели также и новую технологию, которая до их появления не применялась - технологию виртуальных сегментов, позволяющих перемещать пользователей из одного сегмента в другой чисто программным путем, без физической перекоммутации разъемов. И при всем при этом стоимость за один порт при равной производительности у коммутаторов оказывается в несколько раз ниже, чем у маршрутизаторов.

После завоевания магистрального уровня корпоративной сети коммутаторы начали наступление на сети рабочих групп, где до этого в течение последних пяти лет всегда использовались многопортовые повторители (концентраторы) для витой пары, заменившие пассивные коаксиальные сегменты. Появились коммутаторы, специально предназначенные для этой цели - простые, часто неуправляемые устройства, способные только быстро передавать кадры с порта на порт по адресу назначения, но не поддерживающие всей многофункциональности корпоративных коммутаторов. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт быстро снижается и, хотя порт концентратора по-прежнему стоит меньше порта коммутатора рабочей группы, тенденция к сближению их цен налицо.

Типичная структура сети масштаба предприятия в общем виде приведена в прил.3.

При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах, все они используют две базовые структуры - стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль. На основе этих базовых структур затем строятся разнообразные структуры конкретных сетей

4.1.1 Стянутая в точку магистраль на коммутаторе

Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone) - это структура, при которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Пример сети рабочей группы, использующей такую структуру, приведен на рис. 4.

рис. 4 Стянутая в точку магистраль на коммутаторе

Преимуществом такой структуры является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы общей памяти, объединяющей модули портов, в несколько Гб/c не является редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены одной модели коммутатора на другую.

Положительной чертой такой схемы является не только высокая скорость магистрали, но и ее протокольная независимость. На внутренней магистрали коммутатора в независимом формате одновременно могут передаваться данные различных протоколов, например, Ethernet, FDDI и Fast Ethernet, как это изображено на рисунке. Подключение нового узла с новым протоколом часто требует не замены коммутатора, а просто добавления соответствующего интерфейсного модуля, поддерживающего этот протокол.

Если к каждому порту коммутатора в такой схеме подключен только один узел, то такая схема будет соответствовать микросегментированной сети.

4.1.2 Распределенная магистраль на коммутаторах

В сетях больших зданий или кампусов использование структуры с коллапсированной магистралью не всегда рационально или же возможно. Такая структура приводит к протяженным кабельным системам, которые связывают конечные узлы или коммутаторы сетей рабочих групп с центральным коммутатором, шина которого и является магистралью сети. Высокая плотность кабелей и их высокая стоимость ограничивают применение стянутой в точку магистрали в таких сетях. Иногда, особенно в сетях кампусов, просто невозможно стянуть все кабели в одно помещение из-за ограничений на длину связей, накладываемых технологией (например, все реализации технологий локальных сетей на витой паре ограничивают протяженность кабелей в 100 м).