Реферат по теме магистерской работы

1. Введение

Любая задача проектирования сети сводится к обеспечению заданных показателей качества при минимальных затратах. Для исследования реальных сетей используются анализаторы протоколов, которые 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 проектировщики могут использовать средства проектирования, с помощью которых разрабатываются модели, воссоздающие информационные процессы, протекающие в сетях. Системы автоматического проектирования (САПР) позволяют минимизировать затраты на разработку сетей и подготовку проектной документации, провести эксперименты, результаты которых могут быть использованы для обоснования выбора типа сети, а также сократить затраты, связанные с ошибочными решениями. Программные системы проектирования сетей - инструмент, который может пригодиться любому администратору корпоративной сети, особенно при проектировании новой сети или внесении кардинальных изменений в уже существующую. Продукты данной категории позволяют проверить последствия внедрения тех или иных решений еще до оплаты приобретаемого оборудования. Конечно, большинство из этих программных пакетов стоят достаточно дорого, но и возможная экономия может быть тоже весьма ощутимой. Программы проектирования 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. Системы проектирования могут включать также набор средств для подготовки исходных данных об исследуемой сети - предварительной обработки данных о топологии сети и измеренном трафике. Кроме того, система должна снабжаться средствами для статистической обработки полученных результатов проектирования.

2. Научная новизна

Системы проектирования решают некоторые частные задачи проектирования. Но в данной сфере нет методов, средств автоматизации комплексного расчетного обоснования выбора применяемой технологии, состава оборудования, учета капитальных и эксплуатационных затрат. Необоснованный выбор применяемой технологии, на начальном этапе разработки, является одной из основных ошибок проектирования. Последствиями, которой может стать неэффективное использование каналов связи, что в свою очередь влечет неоправданный расход материальных средств, связанный с прокладкой и арендой каналов, стоимостью оборудования. Либо диаметрально противоположная ситуация - когда ресурсов канала будет не хватать для обеспечения заданного уровня качества. Работа САПР заключается в расчете показателей качества сети и ее стоимости для трех технологий при одних и тех же исходных данных. Выходные данные используются для функционально стоимостного анализа с целью принятия решения о используемой технологии для проектируемой сети. В начале разработки САПР необходимо проанализировать основные этапы проектирования для каждой технологии и формализовать перечень исходных данных. Следующим этапом является создание базы данных (БД). БД должна содержать данные о капитальных и эксплутационных затратах, технических характеристиках каналов и используемого оборудования. Логика работы САПР заключается в расчете показателей качества сети и ее стоимости для трех технологий при одних и тех же исходных данных.

3. Обзор существующих решений

3.1 Методы аналитического, имитационного и натурного моделирования

Моделирование представляет собой мощный метод научного познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом, называемым моделью. Основными разновидностями процесса моделирования можно считать два его вида - математическое и физическое моделирование. При физическом (натурном) моделировании исследуемая система заменяется соответствующей ей другой материальной системой, которая воспроизводит свойства изучаемой системы с сохранением их физической природы. Примером этого вида моделирования может служить пилотная сеть, с помощью которой изучается принципиальная возможность построения сети на основе тех или иных компьютеров, коммуникационных устройств, операционных систем и приложений. Возможности физического моделирования довольно ограничены. Оно позволяет решать отдельные задачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров системы. При натурном моделировании вычислительной сети практически невозможно проверить ее работу для вариантов с использованием различных типов коммуникационных устройств - маршрутизаторов, коммутаторов и т.п. Проверка на практике около десятка разных типов маршрутизатров связана не только с большими усилиями и временными затратами, но и с немалыми материальными затратами. Поэтому, при оптимизации сетей во многих случаях предпочтительным оказывается использование математического моделирования. Математическая модель представляет собой совокупность соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий), определяющих процесс изменения состояния системы в зависимости от ее параметров, входных сигналов, начальных условий и времени. Особым классом математических моделей являются имитационные модели. Такие модели представляют собой компьютерную программу, которая шаг за шагом воспроизводит события, происходящие в реальной системе. При имитационном моделировании сети не требуется приобретать дорогостоящее оборудование - его работа имитируется программами, достаточно точно воспроизводящими все основные особенности и параметры такого оборудования. Существуют специальные языки имитационного моделирования, которые облегчают процесс создания программной модели по сравнению с использованием универсальных языков программирования. Примерами языков имитационного моделирования могут служить такие языки, как SIMULA, GPSS, SIMDIS. Существуют также системы имитационного моделирования, которые ориентируются на узкий класс изучаемых систем и позволяют строить модели без программирования.

3.2 Специализированные системы имитационного моделирования вычислительных сетей

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 узко специализированными 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. В следующей таблице приведены характеристики нескольких популярных систем имитационного моделирования различного класса - от простых программ, предназначенных для установки на персональном компьютере, до мощных систем, включающих библиотеки большинства имеющихся на рынке коммуникационных устройств и позволяющих в значительной степени автоматизировать исследование изучаемой сети.

3.3 Системы структурно-логического проектирования и моделирования компьютерных сетей Net Cracker

Система представляет собой CASE-средства автоматизированного проектирования, моделирования и анализа компьютерных сетей с целью минимизации затрат на разработку сетей и подготовку проектной документации. Позволяет провести эксперименты, результаты которых могут быть использованы для обоснования выбора типа сети, сред передачи, сетевых компонент оборудования и программно-математического обеспечения. Программные средства NetCracker позволяют выполнить сбор соответствующих данных о существующей сети без останова ее работы, создать проект этой сети и выполнить необходимые эксперименты для определения предельных характеристик, возможности расширения, изменения топологии и модификации сетевого оборудования с целью дальнейшего ее совершенствования и развития. С помощью NetCracker можно проектировать компьютерные сети различного масштаба и назначения: от локальных сетей, насчитывающих несколько десятков компьютеров, до межгосударственных глобальных сетей, построенных с использованием спутниковой связи. В составе программного обеспечения NetCracker имеется мощная база данных сетевых устройств ведущих производителей: рабочих станций, серверов, сред передачи, сетевых адаптеров, повторителей, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, используемых для различных типов сетей и сетевых технологий. В случае если разработчика сети не удовлетворяют предложенные варианты оборудования, с помощью NetCracker можно самому создавать новые устройства на базе аналогов или же уникальные с абсолютно новыми характеристиками. NetCracker позволяет разрабатывать многоуровневые проекты с заданной проектировщиком степенью детализации; при этом имеется достаточно удобный интерфейс и средства быстрого просмотра всех уровней проекта. Для реализаций функций имитационного моделирования в составе NetCracker предусмотрены средства задания характеристик трафиков различных протоколов; средства визуального контроля заданных параметров; средства накопления статистической информации и формирования отчетной документации о проведенных экспериментах.

4. Общие принципы работы САПР

При разработке САПР особое внимание уделено прогнозированию параметров сетевой нагрузки и ее распределению по линиям связи, чтобы при заданной структуре и уровне требований к качеству связи заказчик мог получить ответ на вопрос о том, какой для этого необходим сетевой ресурс и какие капитальные и эксплуатационные затраты влечет использование той или иной техгологии. САПР включает:

· модуль прогнозирования интенсивности входящих потоков, генерируемых абонентами сети;

· модуль прогнозирования интенсивностей потоков на информационных направлениях выделенной сети, т.е. модуль формирования так называемой матрицы информационного тяготения между объектами сети;

· модуль формирования топологии сети на основе матрицы информационного тяготения;

· модуль анализа полученной топологии;

· модуль оценки загрузки каналов связи при применении различных способов маршрутизации;

· поиск кратчайших путей в сети заданной структуры и распределения потоков информации по найденным маршрутам;

· модуль расчета необходимой пропускной способности цифровых трактов связи, при условии выполнения нормативных требований к показателям временной прозрачности сети;

· модуль расчета показателей временной прозрачности сети;

· модуль сравнения показателей с заданными и повторный перерасчет;

· модуль расчета затрат на оборудование и аренду сетевых ресурсов и их минимизация.

Структурная схема работы САПР приведена на рисунке1.

Рисунок 1. Блок-схема работы САПР.

Результаты вычислений каждого блока заносятся в файл и используются как исходные данные для следующего этапа расчета. Система автоматизации проектировнаия является открытой и позволяет авотномно использовать отдельные модули. С целью облегчения работы пользователей предусматриваютсядиалоговый режим и использование машинной графики.

Планируемые и полученные результаты

На данном этапе определена общая концепция работы САПР, теоретическая реализация каждого модуля, произведена формализация исходных данных, разработаны и отлажены три первых блока. Планируется:

· реализовать оставшиеся блоки;

· составить базу данных тарифов на аренду линий связи на основе данных Укртелекома;

· произвести практическую реализацию САПР на реальном объекте.

Список источников

1. Бондаренко М.Ф., Кривуля Г.Ф. Проектирование и диагностика компьютерных систем и сетей: Учебное пособие. -К.: НМЦ ВО, 2000.

2. Щекотихин В.М., Шестак К.В. Основы построения систем и сетей передачи информации. -М.: Горячая линия - Телеком, 2005.

3. Шриневас Вегешна. Качество обслуживания в сетях IP.-М.: Вильямс,2003.

4. Клейнрок Л. вычислительные системы с очередями: Пер.с англ.-М.: Мир, 1979.- 600 с.