CC BY
62
УДК 004.72
Design of heterogeneous network monitoring system with wired and
radio channels
Zotov Sergei Valerievich, senior engineer, JSC "Sozvezdie "Concern"
Abstract. The use of heterogeneous networks with varying network topology (MESH-network), working through the overlapping wire and radio, in addition to the application of the relevant protocols (AODV, OLSR) and technologies (subscriber routing, DNS client names) also requires a special kind of built monitoring system. Based on the analysis of mathematical models of decentralized networks with varying topology and monitoring tools used in structured hierarchical networks, the author proposes a model of heterogeneous MESH-monitoring networks, as well as an approach for the design of such network monitoring protocols.
Keywords: wireless network, wire network, MESH, monitoring.
Построение системы мониторинга гетерогенной сети с работой по проводным и радиоканалам
Зотов Сергей Валерьевич, ведущий инженер-конструктор, ОАО «Концерн
«Созвездие»
Аннотация. Использование гетерогенных сетей с меняющейся топологией сети (MESH-сеть), работающих через дублирующие проводные и радиоканалу, помимо применения соответствующих протоколов (AODV, OLR) и технологий (абонентская маршрутизация, DNS клиентских имен), также требует особого рода построенной системы мониторинга. На основе анализа математических моделей децентрализованных сетей с меняющейся топологией и средств мониторинга, применяемых в структурированных иерархических сетях, автор предлагает модель мониторинга гетерогенных MESH-сетей, а также подход по конструированию протоколов мониторинга подобных сетей.
Ключевые слова: радиосеть, проводная сеть, MESH-сеть, мониторинг.
Введение. Децентрализованная сеть состоит из подсетей, каждая из которых, образуя топологию звезда, связана с другими в MESH-сеть, используя разнообразное оборудование (HDSL, WiFi, Ethernet, в т.ч. по технологиям витая пара и оптоволокно. Помимо наличия самого разного оборудования, как в контуре локальных подсетей, так и в контуре каналообразующих устройств, свои особенности на построение мониторинга налагает децентрализованный характер системы передачи данных, соответственно в полной мере опыт использования таких протоколов и систем мониторинга, как ICMP,
SNMP, Zabbix, Nagios, Monit не может быть применен. С другой стороны, архитектура децентрализованных MESH-сетей довольно исследована [1-4], поэтому имеет смысл рассмотреть существующие модели в разрезе задачи мониторинга.
Цели работы:
• Рассмотреть разработанные модели децентрализованных Mesh-сетей;
• Проанализировать возможность применения моделей для задачи мониторинга;
• Сравнить архитектуру мониторинга в SNMP, Zabbix и реализации в задачах мониторинга децентрализованных сетей;
• Предложить характеристики протокола мониторинга для децентрализованных MESH-сетей.
Разработанные модели децентрализованных Mesh-сетей
Учитывая значительное число разнообразных телекоммуникационных устройств, их моделей и реализаций, - с одной стороны, их перекрывающиеся, пересекающиеся и не совпадающие функции, - с другой, наилучшим инструментом для построения модели телекоммуникационных устройств является теория множеств [5].
С другой стороны, сами топологии сетей отлично описываются с помощью теории графов [6,7]. Таким образом, размещая в узлах графов элементы, описанные в соответствующих теориях на базе множеств, мы получаем достаточный инструмент, который позволяет:
• Проектировать архитектуру сетей и сохранять образы спроектированных сетей;
• Хранить в цифровом представлении образы соответствующих сетей;
• Изменять образы соответствующих сетей;
• На основе образов генерировать настроечные данные для соответствующих сетей, включая их аппаратное и программное обеспечение;
• Моделировать образы сетей;
• Мониторить существующие сети.
Соответственно, на основе моделей можно построить и формализованный язык [7, 8], который может не только описывать соответствующую сеть, но и использовать формат данных для хранения и перемещения образа сети, визуальное отображение для редактирования образа, представления модели или визуального отображения состояний устройств сети.
На рисунке 1 изображен вариант Mesh-топологии децентрализованной сети.
Рис. 1 Вариант МевЬ-топологии децентрализованной сети.
Хорошо видно, что соединения внутри подсетей статичные. При этом сами подсети могут изменяться друг относительно друга, используя набор радио- и проводных каналов. Соответственно, центральный сервер можно выделить внутри подсети, но при этом все подсети топологически будут идентичны.
Тем не менее, для задачи мониторинга имеет смысл отметить выделенную машину, с которой будет мониториться сеть. Соответственно сервер мониторинга имеет смысл разместить в локальной сети той машины, на которой будет производиться мониторинг.
Таким образом, фактически образуется централизованная сеть мониторинга с топологией «звезда», несмотря на децентрализованную сеть. При этом именно такой способ непосредственного мониторинга будет неоправдан. В частности, из-за нагрузок на алгоритм АОБУ при достаточно большом числе подсетей, равно как и из-за числа подсетей (200-500). Здесь отметим, что в любых целях приме-неия децентрализованных сетей, между самими подсетями существует иерархия их использования (на прикладном уровне модели 081/180). Соответственно, имеет смысл создать аналогичную иерархию в плане мониторинга, выделив промежуточные центры мониторинга, которые от лица централизованного сервера будут собирать информацию, агрегировать и передавать на централизованный сер-
На рисунке 2 изображено два уровня иерархии, при том, что подсети объединены в одноранговую сеть. При этом каждый промежуточный узел мониторит ответственные ему подсети и собственную подсеть. Близость или дальность от промежуточного узла значения не имеет, так как топология - изменяющаяся, и иерархия, которая используется - прикладного уровня. Таким образом, удаленный в текущий момент времени узел (на несколько километров физически или на большее число прыжков с точки зрения сетевого уровня - маршрутизации AODV) может мониторить близлежащие (в том же смысле) к центральному серверу мониторинга узлы. При том, в следующем варианте расположения именно промежуточный сервер окажется ближе к центральному, - все из-за меняющейся MESH-топологии.
Сравнение систем протоколов мониторинга
И SNMP и Zabbix [9] позволяют использовать как промежуточные узлы, так и собирать информацию непосредственно с опрашиваемого оборудования. Имеются возможности пассивных (когда сервер запрашивает, а опрашиваемое устройство, так называемый агент - отвечает), и активных (когда устройство, получив задание отвечает самостоятельно через заданные промежутки времени) проверок.
При этом SNMP не использует механизмов шифрования и применяет неудобную в реализации систему mib-идентификации и базы данных.
Zabbix использует TCP-соединение д ля реализации собственного протокола с возможностью TLS-защищенного соединения.
Zabbix обладает возможностями мониторинга как узлов с Zab-bix-агентами, так и иными, либо поддерживающими SNMP-протокол, либо используя простые проверки, такие как ICMP-ping, сканирование соответствующих TCP- и UDP- портов.
Предложения по реализации системы мониторинга для децентрализованных систем
Несмотря на MESH-топологию сети, для каждой такой сети известно, как минимум две иерархии:
1) Логическая иерархия на прикладном уровне (используемая для мониторинга)
2) Полносвязная иерархия на канальном и сетевом уровне (которая реализуется в действии через MESH-сеть).
Обе эти иерархии имеются в графическом и файловом виде, соответственно могут быть использованы в отображении результатов мониторинга, наряду с обычными для ПО мониторинга графиками.
Рассмотрим отличия существующих систем мониторинга от предлагаемой.
В рассматриваемой системе мониторинга объекты и их свойства (статусы) - соответствующие элементы математической модели сетей, устройств и их состояний.
К примеру, в Zabbix используется перечень ключей - параметров-функций, которые могут быть реализованы/не реализованы на том или ином агенте/программно-аппаратной реализации.
При этом Zabbix позволяет выполнять в качестве опрашиваемого ключа произвольную команду на удаленной машине (для программно-аппаратных реализаций, в частности на основе ОС Windows и GNU/Linux), и даже имеется возможность отправить инициативно сообщение серверу мониторинга (Zabbix-серверу), используя утилиту sendmessage.
Таким образом, теоретически имеется возможность встроить матрицу устройств и состояний даже в системы мониторинга, аналогичные Zabbix.
При этом, учитывая построенную на основе модели графов XML-нотацию топологии сети [11] имеет смысл построить протокол мониторинга в виде инкапсулируемых в протокол TCP (или TLS, рассматриваемого как протокол сеансового уровня) отправляемых сообщений в формате XML, базируясь на XML-представлении описанного ранее в бинарном виде протокола [12-15] и соответствующих программынх модулей [16], NTDML-диаграмм и, возможно используя достижения архитектуры протокола ХМРР (который также может использоваться для нотификации о событиях мониторинга, в том числе и в реализации Zabbix-cepBepa.
Выводы.
Таким образом мы сделали вывод, с одной стороны - системы мониторинга обладают архитектурными сходствами, и возможно их применение в том числе и в децентрализованных MESH-сетях, с другой стороны - нельзя исключать наработки по визуализации схем децентрализованных сетей. Кроме того, имеет смысл использовать в построении протокола наработки предыдущих разработок мониторинга в бинарном виде, NTDML - схем, формат XML для построения семантики протокола, и также ХМРР, как протокол сообщений, построенный с использованием XML.
Библиографический указатель
1. Кручинин C.B. К вопросу о терминологии в области мобильных сетей транспортных средств//Теория и техника радиосвязи. -2011. -№1. -С. 117-120.
2. Кручинин C.B. Маршрутизация на уровне пользовательских имен в мобильных сетях транспортных средств // Вопросы науки. 2015. Т.2. С. 106-109
3. Кручинин C.B., Вишняков A.B. Обеспечение доступности абонентов VANET при их перемещении между транспортными средствами и реализация сетевых служб//Научно-исследовательские публикации. 2014. № 3. С. 69-82
4. Кручинин C.B. Реализация службы имен в децентрализованных телекоммуникационных сетях//Научно-исследовательские публикации. 2013. № 2. С. 132-147.
5. Кручинин C.B. Математическая модель акторов телекоммуникационной сети в проектировании САПР//Известия Волгоградского государственного технического университета. -2014. -Т. 20. № 6(133). -С. 123-131.
6. Кузнецов А.М. Математическая модель мультиграфа телекоммуникационной сети и иерархия классов//Научноисследователь-ские публикации. -2013. -№ 1.-С. 87-93.
7. Кручинин C.B. Математическая модель контролируемых устройств //Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. Т. 17. № 14 (117). С. 19-20.
8. Вишняков A.B., Кручинин C.B. Язык описания топологии вычислительных сетей NTDL // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2012. Т. 15. № 15 (102). С. 126-130.
9. Zabbix 3.0 Manual //URL: https://www.zabbix.com/documenta-tion/3.0/
11. Кручинин C.B. САПР телекоммуникационных сетей как один из подходов построения сетей транспортных средств // Информатика: проблемы, методология, технологии Материалы XVI Международной научно-методической конференции. Под редакцией Тюка-чева H.A.. 2016. С. 325-328.
12. Зотов C.B. Автоматизация тестирования устройств телекоммуникации/Научно-исследовательские публикации. 2013. № 1. С. 49-55.
13. Кручинин C.B., Зотов C.B. Синтез протокола автоматизированного управления и контроля гетерогенных телекоммуникационных устройств//Научно-исследовательские публикации. 2014. № 3. С. 55-68.
14. Кручинин C.B. Тестирование времени доведения сообщений между телекоммуникационным модулем сопряжения и мобильным устройством // Вопросы науки. 2015. Т. 5. С. 59-64.
15. Зотов C.B. Автоматизация тестирования устройств телекоммуникации/Научно-исследовательские публикации. -2013. -№ 1. -С. 49-55.
16. Кручинин C.B., Зотов C.B. Программа тестирования связи ЕСУ ТЗ путем моделирования работы пользователям/Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011612245 от 17.04.2011. -Москва: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
