CC BY
11
Использование имитационного моделирования при решении задачи анализа работоспособности ЛВС
Давыдов С.В.
Московский Государственный институт электроники и математики
Кафедра ИТАС
Новейшие достижения в области микроэлектроники привели к новым концепциям в организации информационных служб. Благодаря быстрому развитию и широкому распространению персональных компьютеров (ПК), которые по стоимости эквивалентны терминалам больших и мини-ЭВМ, а по возможностям соответствуют ЭВМ третьего поколения, информационно-вычислительные ресурсы приближаются к рабочим местам менеджеров, бухгалтеров, плановиков, администраторов, инженеров и других категорий работников. На этой основе с середины 80-х годов наметилась тенденция развития информационно-вычислительной техники в виде создания локальных вычислительных сетей (ЛВС) различного назначения [1].
Компьютерные сети применяются при обработке текстов, работе с корпоративными базами данных, используются для выполнения числовых расчетов, являются информационными системами в управлении, планировании, учете, проектировании и др. [2]. Широта их использования определяется тем, что компьютерные сети позволяют организовать совместную работу пользователей с информацией, с обеспечением централизованного распределения ресурсов и разграничением прав доступа к ним.
Широкая и постоянно увеличивающаяся номенклатура ЛВС, сетевые программные продукты и технологии возлагают на потенциального пользователя сложную задачу выбора нужной системы из массы существующих [3]. Поэтому в настоящее время достаточно остро стоит вопрос о создании средства, которое может помочь им в этом выборе. Одним из возможных вариантов такого средства можно рассматривать специализированную систему имитационного моделирования ЛВС, проводя с помощью которой
моделирующие эксперименты можно оценить работоспособность проектируемой сети.
Для оценки работоспособности ЛВС при построении ее модели необходимо учитывать уровень детализации с которым необходимо представить моделируемую сеть. При этом в качестве уровней детализации сети можно использовать уровни эталонной модели ЛВС, в соответствии с требованиями Международной Организации по Стандартам (OSI) [5,6]. В этом случае исходными данными для процесса проектирования сети и ее модели будет являться множество объектов C = {Ci}, i=1,Nk
Где C1 - объекты i-го уровня;
Nk - количество уровней.
Каждый уровень представляется в виде: Oi = T х Ci Где s1 - структура 1-го уровня;
T - время существования. В качестве средства формализованного описания данных на концептуальном уровне используется модель данных «объект-связь». Модель представляется в виде: M = < Ca, Cp, s > Ca = A u S u H u K
Где Ca - классы активного оборудования ЛВС: A - сетевые адаптеры; S - компьютеры сети S= Ws u Ser: Ws - рабочие станции, Ser - серверы сети;
Так как сетевые адаптеры являются фактически неотъемлемой частью любого компьютера функционирующего в сети, то для компьютеров, в общем
случае, можно ввести обобщенный класс, который будет описывать объединение компьютера и установленного в него сетевого адаптера:
W - объединенный класс компьютер с сетевым адаптером. Н - концентраторы; К - коммутаторы и репитеры;
В - маршрутизаторы.
Ср Бр ^ СоП
Где Ср - классы пассивного оборудования ЛВС: Бр - среда передачи данных; Соп - коннекторы (все разъемные соединения).
В зависимости от уровня представления сети элементы Са и Ср будут иметь различное модельное описание в соответствии с их представлением согласно уровням модели 081 для включения их в структуру модели.
При рассмотрении процесса функционирования сети можно выделить несколько направлений по которым можно оценивать качество ее работы, которые определяются количественными и качественными характеристиками используемого оборудования. При более детальном рассмотрение этих направлений можно отметить, что все они в конечном итоге сводятся к оценке времени получения ответа на запрос пользователя, которое в большей своей части определяются временем задержки на передачу данных [4]. Поэтому критерием качества спроектированной ЛВС можно считать задержку при получении отклика на запрос. Величина задержки при обработке запроса составляет:
чзапр 1юбр^ чзо? где:
1;обр - время обработки запроса на компьютере, к которому он адресован, зависит от типа запроса, и определяется нормальным распределением от величин, полученных экспериментально или определенных пользователем;
11зо - время задержки, вносимой оборудованием сети;
1зо 1зпер+ 2* 1пп+ 2* 1за+ tзпр, где :
1зпер - время задержки передачи запроса: определяется временем прекращения коллизий или временем ожидания маркера;
1пп - время передачи/приема запроса по интегрированной кабельной системе сети:
^^пп Lкс* 1зс , где:
Ькс - длина кабельной системы при прохождении запроса;
1;зс - время задержки среды передачи сигнала на единицу длины.
1;за - время задержки вносимое активным оборудованием сети, при прохождении запроса.
1 за = 2*1 зСа +Х 1 ао1, (1)
1=1
где: п - общее количество активных элементов сети, через которые проходит запрос. Так как на пути от компьютера-источника к компьютеру-приемнику запрос проходит два сетевых адаптера (по одному в каждом компьютере), то времена задержек, вносимых ими можно задать явно (1;зса). Тогда формулу (1) можно представить в виде:
; = 2*; + Х; .
за зса / 1 ао1
. =1
Критерий работоспособности представим в виде логического выражения
" хе Ср ; " уе С а $ Кор Кор;
Кор = Х а1 Ср + Х bj Са
1е^ jеJs
Где:
Кор - критерий оптимальности;
18 - пассивное устройство заданного уровня;
Js - активное устройство заданного уровня;
а., Ь - коэффициенты важности устройств с точки зрения оценки качества. Теперь, определив критерий оценки работоспособности можно построить имитационную модель компьютерной сети и провести с ней модельные эксперименты. Работоспособной будем считать компьютерную сеть если
критерий, полученный в ходе эксперимента, попадает в заданный доверительный интервал с погрешностью, не превышающей заранее заданную. Оценку качества работы ЛВС будем определять путем анализа полученного значения задержки при выполнении запроса, если эта величина не превышает заранее заданную.
Таким образом, предложенный подход к построению моделей компьютерных сетей и анализу их работоспособности можно использовать для определения работоспособности сетей различной архитектуры на требуемом уровне детализации.
ЛИТЕРАТУРА
6. Аппак М.А. Автоматизированные рабочие места на основе персональных ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1989. 175 с.
7. Васильев Г.П., Егоров Г.А., Щербина Н.Н. Программное обеспечение сетей СМ ЭВМ. - М.: Финансы и статистика, 1983. 87 с.
8. Науманн Ш., Вер Х. Компьютерная сеть. Проектирование, создание, обслуживание. / Пер. с нем. - М.: ДМК 2000. 336 с.
9. Оглтри Т. Модернизация и ремонт сетей, 2-е изд. / пер. с англ. -М.: Изд. Дом «Вильямс», 2000. 928 с.
10.Information Processing Systems - Open System Interconnection - Basic Reference Model: International Standard 7498 - 1984. p. 1-40.
11.Data Communications Networks, Open System Interconnection (OSI) System Description Techniques, Volume VIII, Fascicle VIII.5, CCITT Red Book, CCITT Plenary Assembly, October 8-19, 1984 (Malaga-Torremolinos).
