ЗАГАЛЬНИЙ ОПИС ПІДХОДІВ МЕРЕЖЕВОГО АНАЛІЗУ
Вступ
Аналізатори протоколів незамінні для дослідження реальних мереж:, але вони не дозволяють отримувати кількісні оцінки характеристик для ще не існуючих мереж, що знаходяться у стадії проектування.
У цих випадках проектувальники можуть використовувати засоби моделювання, за допомогою яких розробляються моделі, що відтворюють інформаційні процеси, що протікають в мережах.
1 МЕТОДИ АНАЛІТИЧНОГО, ІМІТАЦІЙНОГО І НАТУРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
Моделювання є могутнім методом наукового пізнання, при використанні якого досліджуваний об'єкт замінюється простішим об'єктом - моделлю. Основними різновидами процесу моделювання можна вважати два його вигляду - математичне і фізичне моделювання.
При фізичному (натурному) моделюванні досліджувана система замінюється відповідною їй іншою матеріальною системою, яка відтворює властивості системи, що вивчається, із збереженням їх фізичної природи.
Прикладом цього виду моделювання може служити пілотна мережа, за допомогою якої вивчається принципова можливість побудови мережі на основі тих або інших комп'ютерів, комунікаційних пристроїв, операційних систем і додатків.
Можливості фізичного моделювання досить обмежені. Воно дозволяє вирішувати окремі задачі при завданні невеликої кількості поєднань досліджуваних параметрів системи.
Дійсно, при натурному моделюванні обчислювальної мережі практично неможливо перевірити її роботу для варіантів з використанням різних типів комунікаційних пристроїв -маршрутизаторів, комутаторів і т.п.
Перевірка на практиці близько десятка різних типів маршрутизаторів пов'язана не тільки з великими зусиллями і тимчасовими витратами, але і з чималими матеріальними витратами.
Але навіть і в тих випадках, коли при оптимізації мережі змінюються не типи пристроїв і операційних систем, а тільки їх параметри, проведення експериментів в реальному масштабі часу для величезної кількості всіляких поєднань цих параметрів практично неможливе за осяжний час.
Навіть проста зміна максимального розміру пакету в якому-небудь протоколі вимагає переконфігурації операційної системи в сотнях комп'ютерів мережі, що вимагає від адміністратора мережі проведення дуже великої роботи.
Тому, при оптимізації мереж у багатьох випадках переважним виявляється використання математичного моделювання. Математична модель є сукупністю співвідношень (формул, рівнянь, нерівностей, логічних умов), що визначають процес зміни стану системи залежно від її параметрів, вхідних сигналів, початкових умов і часу.
Особливим класом математичних моделей є імітаційні моделі. Такі моделі є комп'ютерною програмою, яка крок за кроком відтворює події, що відбуваються в реальній системі.
Стосовно обчислювальних мереж їх імітаційні моделі відтворюють процеси генерації повідомлень додатками, розбиття повідомлень на пакети і кадри певних протоколів, затримки, пов'язані з обробкою повідомлень, пакетів і кадрів усередині операційної системи, процес отримання доступу комп'ютером до мережевого середовища, що розділяється, процес обробки пакетів, що поступають, маршрутизатором і т.д.
При імітаційному моделюванні мережі не потрібно набувати дорогого устаткування - його роботи імітується програмами, достатньо точно відтворюючими всі основні особливості і параметри такого устаткування.
Перевагою імітаційних моделей є можливість підміни процесу зміни подій в досліджуваній системі в реальному масштабі часу на прискорений процес зміни подій в темпі роботи програми.
В результаті за декілька хвилин можна відтворити роботу мережі протягом декількох днів, що дає можливість оцінити роботу мережі в широкому діапазоні вартованих параметрів.
Результатом роботи імітаційної моделі є зібрані в ході спостереження за протікаючими подіями статистичні дані про найбільш важливі характеристики мережі: часах реакції, коефіцієнтах використання каналів і вузлів, вірогідності втрат пакетів і т.п.
Існують спеціальні мови імітаційного моделювання, які полегшують процес створення програмної моделі в порівнянні з використанням універсальних мов програмування. Прикладами мов імітаційного моделювання можуть служити такі мови, як SIMULA, GPSS, SIMDIS.
Існують також системи імітаційного моделювання, які орієнтуються на вузький клас систем, що вивчаються, і дозволяють будувати моделі без програмування.
2 МОДЕЛІ ТЕОРІІ МАСОВОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ
Використовувані в даний час в локальних мережах протоколи канального рівня використовують методи доступу до середовища, засновані на її сумісному використанні декількома вузлами за рахунок розділення в часі.
В цьому випадку, як і у всіх випадках розділення ресурсів з випадковим потокомзапитів, можуть виникати черги.
Для опису цього процесу зазвичай використовуються моделі теорії масового обслуговування.
Механізм розділення середовища протоколу Ethernetспрощено описується простою моделлю типу М/М/1 - одноканальною моделлю з пуасонівськім потоком заявок і показовим законом розподілу часу обслуговування.
Вона добре описує процес обробки заявок, що випадково поступають, на обслуговування системами з одним обслуговуючим приладом з випадковим часом обслуговування і буфером для зберігання заявок, що поступають, на якийсь час, поки обслуговуючий прилад зайнятий виконанням іншої заявки. Середовище Ethernet, що передає, представлене в цій моделі обслуговуючим приладом, а пакети відповідають заявкам.
3 СПЕЦІАЛІЗОВАНІ СИСТЕМИ ІМІТАЦІЙНОГОМОДЕЛЮВАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ МЕРЕЖ
Існують спеціальні, орієнтовані на моделювання обчислювальних мереж програмні системи, в яких процес створення моделі спрощений. Такі програмні системи самі генерують модель мережі на основі початкових даних про її топологію і використовувані протоколи, про інтенсивності потоків запитів між комп'ютерами мережі, протяжності ліній зв'язку, про типи використовуваного устаткування і додатків.
Програмні системи моделювання можуть бути вузько спеціалізованими і достатньо універсальними, що дозволяють імітувати мережі різноманітних типів. Якість результатів моделювання в значній мірі залежить від точності початкових даних про мережу, переданих в систему імітаційного моделювання.
Програмні системи моделювання мереж - інструмент, який може опинитися в нагоді будь-якому адміністраторові корпоративної мережі, особливо при проектуванні нової мережі або внесенні кардинальних змін в мережу що вже існує.
Продукти даної категорії дозволяють перевірити наслідки впровадження тих або інших рішень ще до оплати устаткування, що набуває. Звичайно, більшість з цих програмних пакетів коштують достатньо дорого, але і можлива економія може бути теж вельми відчутною.
Програми імітаційного моделювання мережі використовують в своїй роботі інформацію про просторове розташування мережі, число вузлів, конфігурацію зв'язків, швидкості передачі даних, використовувані протоколи і тип устаткування, а також про виконувані в мережі додатки.
Зазвичай імітаційна модель будується не з нуля. Існують готові імітаційні моделі основних елементів мереж: найбільш поширених типів маршрутизаторів, каналів зв'язку, методів доступу, протоколів і т.п. Ці моделі окремих елементів мережі створюються на підставі різних даних: результатів тестових випробувань реальних пристроїв, аналізу принципів їх роботи, аналітичних співвідношень. В результаті створюється бібліотека типовихелементів мережі, які можна настроювати за допомогою наперед передбачених в моделях параметрів.
Системи імітаційного моделювання зазвичай включають також набір засобів для підготовки початкових даних про досліджувану мережу - попередньої обробки даних про топологію мережі і зміряний трафік. Ці засоби можуть бути корисні, якщо модельована мережа є варіантом існуючої мережі і с можливість провести в ній вимірювання трафіку і інших параметрів, потрібних для моделювання. Крім того, система забезпечується засобами для статистичної обробки отриманих результатів моделювання.
4 ТОПОЛОГІЧНИЙ СТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ - НОВІ ПРОПОЗИЦІЇ
Внаслідок того, що відбувається стрімкий поступ у розвиткові телекомунікаційних мереж будь-якого призначення, вносяться динамічні зміни у існуючі мережеві структури та створюються нові. Для інженерів, чия діяльність пов'язана з проектуванням мереж, стають особливо актуальними питання аналізу останніх на оптимальність побудови та надійність, стає важливим проаналізувати поведінку мереж в аварійних ситуаціях і визначити методи вирішення вказаних задач аналізу.
Звичайно, для будь-якої мережі необхідно перед проектуванням встановити кілька важливих та основних її властивостей. До таких слід віднести аспекти розміщення мережі у просторі, тобто визначається топологія, необхідні параметри для якості сервісу, що буде забезпечуватися мережею, вимоги до надійності та резервування. Останні тісним чином пов'язані з топологічною структурою мережі (дублювання або ж резервування ланок є еквівалентним внесенню змін у топологічну структуру зв'язків мережі).
Метод побудови мережі визначає її вартість. Яким би дорогим не було власне комутаційне обладнання вузла, все одно загальна вартість мережі визначатиметься тим, як та в якій кількості ці вузли сполучити в просторі - топологією мережі, що впливатиме в кінцевому рахунку і на вартість вузла, і на вартість середовищ передачі між вузлами - з'єднувальних ланок.
Звичайно, відомий той факт, що невдалий вибір топології призводить до апріорних проблем із функціонуванням розробленої мережі. Таке може статися, коли на зменшення витрат йдуть свідомо з метою економії. З економічної точки зору необхідно визначити шляхи для формування деякого компромісного рішення при проектуванні мережевих топологій, бо виключно таким шляхом можна досягти оптимізації затрат на побудову та якості обслуговування.