CC BY
258
Д.А. Жайворонок,
кандидат технических наук, доцент
ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ NETCRACKER PROFESSIONAL
Организация компьютерной сети, так же как управление коллективом специалистов, — довольно непростая задача. Но с помощью имитационного моделирования появляется возможность испытания, оценки и проведения экспериментов с предлагаемой системой без каких-либо непосредственных воздействий на нее. При имитационном моделировании проводится эксперимент с программой, которая является моделью системы.
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.
Возможности физического моделирования довольно ограничены. Оно позволяет решать отдельные задачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров системы. Действительно, при натурном моделировании вычислительной сети практически невозможно проверить ее работу для вариантов с использованием различных типов коммуникационных устройств — маршрутизаторов, коммутаторов и прочих устройств. Проверка на практике около десятка разных типов маршрутизаторов связана не только с большими усилиями и временем, но и с немалыми материальными затратами. Но даже и в тех случаях, когда при оптимизации сети изменяются не типы устройств и операционных систем, а только их параметры, проведение экспериментов в реальном масштабе времени для огромного количества все возможных сочетаний этих параметров практически невозможно за обозримое время. Даже простое изменение максимального размера пакета в каком-либо протоколе требует переконфигурирования операционной системы в сотнях компьютеров сети, что требует от администратора сети проведения очень большой работы. Поэтому 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 компьютеров к разделяемой сетевой среде, процесс обработки поступающих пакетов маршрутизатором и прочими устройствами. При имитационном моделировании сети не требуется приобретать дорогостоящее обо-
рудование — его работа имитируется программами, достаточно точно воспроизводящими все основные особенности и параметры.
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.
В данной статье исследование архитектуры вычислительных сетей предлагается проводить на основе системы визуального имитационного моделирования с использованием пакета имитационного моделирования вычислительных сетей Netcracker Professional.
Система имитационного моделирования сетей Netcracker Professional позволяет точно предсказывать производительность локальных, глобальных и корпоративных сетей. Система Netcracker работает в среде Windows 95/98/2000/NT/XP.
Netcracker 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 Netcracker выполняет детальное моделирование полученной сети, отображая результаты динамически в виде наглядной мультипликации результирующего трафика. Другим вариантом задания топологии моделируемой сети является импорт топологической информации из систем управления и мониторинга сетей. 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.
Исходные файлы Netcracker Professional 3.1 находятся в отдельном каталоге, там же располагаются базы данных устройств.
При необходимости что-либо изменить в модели вычислительной сети нужно запустить Netcracker Professional 3.1, загрузить модель и задать соответствующие параметры.
В условиях стремительно развивающихся информационных технологий пользователю, как правило, необходимо работать с коммуникационным программным обеспечением в «двух измерениях»: прикладное программное обеспечение используется внутри терминалов и компьютеров, а базовое программное обеспечение обеспечивает совместную работу этих терминалов и компьютеров.
Даже просто сосуществование разнообразных компьютеров и терминалов требует обеспечения их совместной работы. Например, поскольку большинство сотрудников организации имеют доступ к терминалу или персональному компьютеру, наиболее эффективным способом связи внутри организации является электронная почта. Если одному из сотрудников необходимо связаться с другим, сообщение, отправленное по электронной почте, позволяет сделать это значительно эффективнее, чем более или менее удачные попытки связаться по телефону. Подробное сообщение электронной почты может быть сохранено в электронном почтовом ящике получателя, чтобы тот мог про-
читать сообщение и ответить на него, когда вернется в офис. Есть и другие приложения, предназначенные для новых сетевых сред, такие как приложения для обмена электронными документами, приложения баз данных, распределенных на нескольких компьютерах, приложения для доступа к различным компьютерам с одного терминала.
Ключевым фактором успеха этих приложений является то, что компьютеры и терминалы могут «говорить» на одном языке. В этом и состоит роль базового программного обеспечения. Оно должно поддерживать обмен сообщениями между всеми устройствами и гарантировать, что эти сообщения будут понятны всем компьютерам и терминалам, объединенным в сеть. После введения в 70-х годах компанией IBM системной сетевой архитектуры (System Network Architecture, SNA) такая концепция стала реальностью. Однако архитектура SNA работала только на оборудовании IBM. Вскоре другие поставщики создали собственные системы передачи данных, чтобы связать свое оборудование. Такой подход может быть выгоден поставщику информации, однако он не может быть выгоден заказчику. К счастью, ситуация радикально изменилась после стандартизации оборудования связи. Руководителю достаточно знать область применения и статус стандартов, чтобы планировать установку и эксплуатацию у себя сетевой системы, объединяющей оборудование разных поставщиков.
Современные средства передачи данных и приборы микроэлектроники радикально изменили архитектуру информационных систем. Большинство приложений эволюционировало от крупных многоцелевых мэйнфреймов к распределенным компьютерным системам. Вместо терминалов ввода-вывода, привязанных к мэйнфреймам, мощные рабочие станции и персональные компьютеры обеспечивают на месте работы пользователя удобный графический интерфейс и вычислительную мощность, достаточную для большинства приложений. Локальные рабочие станции и персональные компьютеры поддерживаются специализированными серверами, предназначенными для выполнения отдельных функций, например печати, хранения файлов или обслуживания баз данных. Рабочие станции и персональные компьютеры, как правило, соединяются с серверами по высокоскоростным локальным сетям. Этот подход, называемый архитектурой клиент-сервер, требует изощренной, надежной и безопасной системы передачи данных. Благодаря гибкости и реактивности, присущим этому подходу, системы клиент-сервер становятся важными информационными инструментами бизнесмена.
Система имитационного моделирования сетей Netcracker Professional 3.1 позволяет получить практические навыки по вышерассмотренным вопросам.
Коммуникационное программное обеспечение, в частности архитектура клиент-сервер, исследуется путем применения стандартизованных протоколов для объединения различного оборудования. Основное внимание уделяется стеку протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/протокол Интернета), который повсеместно используется в коммуникационном программном обеспечении оборудования от разных производителей и является основой работы Интернета.
Рассмотрим основные команды меню и диалоги, использующиеся в Netcracker Professional.
Команда Project Hierarchy. Данная команда показывает иерархию проекта. Меню Database. Использование этого меню позволяет: 1) изменять сортировку базы данных; 2) запускать мастера по созданию нового устройства. Меню Global. Модифицирует параметры установки модели (табл. 1). Меню Sites. Активация панели для рисования чертежей; установка связи; пути трафика; пути вызова; разрыв и восстановление компонентов; трассировка пути между двумя точками; голосовые сообщения. Меню Object. Использование этого меню позволяет: 1) получать информацию о свойствах объекта; 2) создавать многоуровневые проекты; 3) контролировать прохождение пакетов между
устройствами; 4) обеспечивать доступ к базе данных; 5) осуществлять позиционирование объектов друг относительно друга.
Таблица 1
Опции меню Описание
Model Settings Показывает диалог установки параметров модели
Data Flow Отображает потоки данных
Acquire Update All Корректирует свойства устройств в соответствии с базой данных
Profiles Отображает диалог профилей
Меню Control. Панель инструментов контроля включает контроли запуска, остановки, паузы/результатов и установки скорости анимации. Меню Tools. Используется для установки опций проекта (табл. 2).
Таблица 2
Опции меню Подменю Описание
Reports Доступ к отчетам подменю
Bill of Materials Выводит данные об имеющихся устройствах в проекте
Device Summary Выводит отчет с указанием конкретных устройств
Work-stations Выводит отчет с указанием рабочих станций
Servers Выводит отчет по серверам
Network Adapters Выводит отчет по сетевым адаптерам
Hubs Выводит отчет по хабам
Switches Выводит отчет по свитчам
Bridges and Routers Выводит отчет по мостам
Wizard Выводит отчет по маршрутизаторам с указанием параметров
Default Layout Выводит один общий отчет
Options Выводит на экран опции, позволяющие устанавливать интервал времени автосохранения и настройки анимации, которые будут использоваться по умолчанию
Выбор этого средства обусловлен следующими факторами: 1) система моделирования Netcracker является на сегодняшний день одной из самых популярных систем моделирования вычислительных сетей; 2) база данных содержит тысячи устройств различных производителей; 3) имеется возможность задавать параметры устройств, например тип процессора, длину линий связи; 4) есть возможность создавать многоуровневые сетевые проекты, задавать свои типы трафика; 5) можно добавлять в базу данных свои устройства, предварительно выбирая конфигурацию; 6) обеспечивается диалог контроля соединений двух точек вычислительной сети с указанием имеющихся протоколов сетевых устройств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Столлингс В.В. Передача данных / В.В. Столлингс.— 4-е изд. — СПб.: Питер, 2004. — 750 с.
