Разработка и исследование имитационной модели локальных вычислительных сетей (стр. 3 из 17)
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(Qmax, Qgen)/Qmax * 100 %,
где U - коэффициент использования моноканала,
Qmax – максимальная пропускная способность без учета затрат на ожидание между передачей пакетов, [бит/c],
Qgen – пропускная способность, затребованная от моноканала станцией, [бит/c],
Qgen = åQi,
где Qi – 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 Lclient = 0,926;
Средняя длина очереди в сервере Lserver = 3,999;
Средняя длина очереди в моноканале Lch = 0,380;
Среднее время ожидания в клиенте Wclient = 1,999 мс;
Среднее время ожидания в сервере Wserver = 8,666 мс;
Среднее время ожидания в моноканале Wch = 1,040 мс;
Коэф. использования клиента Uclient = 92,6 %
Коэф. использования сервера Userver = 92,6 %
Коэф. использования моноканала Uch = 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.