Имитационное моделирование компьютерных сетей

совместимость именно эти устройства и именно в тех режимах, которые

вызывают наибольшие сомнения.

Что же касается использования пилотной сети для прогнозирования пропускной

способности реальной сети, то здесь возможности этого вида моделирования

весьма ограничены. Сама по себе пилотная сеть вряд ли сможет дать хорошую

оценку производительности сети, включающей гораздо больше узлов подсетей и

пользователей, так как не ясен способ экстраполяции результатов, полученных

в небольшой сети, на сеть гораздо больших размеров.

Поэтому пилотную сеть целесообразно использовать в данном случае совместно

с имитационной моделью, которая может использовать образцы трафика,

задержек и пропускной способности устройств, полученных в пилотной сети,

для задания характеристик моделей частей реальной сети. Затем, эти частные

модели могут быть объединены в полную модель создаваемой сети, работа

которой будет имитироваться.

Что мы получим, используя моделирование

Используя моделирование при проектировании или реинжиниринге вычислительной

системы, мы можем сделать следующее: оценить пропускную способность сети и

ее компонентов, определить узкие места в структуре вычислительной системы;

сравнить различные варианты организации вычислительной системы; осуществить

перспективный прогноз развития вычислительной системы; предсказать будущие

требования по пропускной способности сети, используя данные прогноза;

оценить требуемое количество и производительность серверов в сети; сравнить

различные варианты модернизации вычислительной системы; оценить влияние на

вычислительную систему модернизации ПО, мощности рабочих станций или

серверов, изменения сетевых протоколов.

Исследование параметров вычислительной системы при различных

характеристиках отдельных компонентов позволяет выбрать сетевое и

вычислительное оборудование с учетом производительности, качества

обслуживания, надежности и стоимости. Поскольку стоимость одного порта

активного сетевого оборудования в зависимости от производителя

оборудования, используемой технологии, надежности, управляемости может

меняться от десятков рублей до десятков тысяч, моделирование позволяет

минимизировать стоимость оборудования, предназначенного для использования в

вычислительной системе. Моделирования становится эффективным при числе

рабочих станций 50-100, а когда их более300, общая экономия средств может

составить 30--40% от стоимости проекта.

Финансовая сторона

Естественно, возникает вопрос о стоимости проведения обследования

вычислительной системы с помощью моделирования. Стоимость самого

моделирования при грамотной эксплуатации системы моделирования невысока.

Основную часть стоимости обследования составляют затраты на оплату труда

высококвалифицированных специалистов в области сетевых технологий,

вычислительного оборудования, систем моделирования, проводящих обследование

объекта, составление моделей компонентов и самой вычислительной системы,

определяющих направления развития и модификаций вычислительной системы и ее

моделей.

Обследование и моделирование вычислительной системы из 250 узлов может

длиться одну-две недели, при этом стоимость может колебаться от $5000 до

$17 500. Если стоимость проектов по информатизации крупных организаций

зачастую превышает $500 000, то стоимость работ по моделированию составляет

в любом случае менее 4% от стоимости проекта.

При этом мы получаем: объективную оценку решения и технико-экономическое

обоснование; гарантированные требуемую производительность и запас по

производительности; обоснованные и управляемые решения по поэтапной

модернизации.

Системы моделирования, не вошедшие в обзор

CPSIM (компания BoyanTech) -- простая система моделирования

последовательных и параллельных процессов. Модель -- ориентированный граф,

в котором узлы -- объекты (компьютеры, серверы, сетевое оборудование), дуги

-- каналы связи.

NetDA/2 (компания IBM) - предназначена для проектирования, анализа и

оптимизации глобальных сетей и реинжиниринга имеющихся SNA-сетей. Возможно

задание собственных алгоритмов маршрутизации. Позволяет моделировать

сценарии "что, если". Поддерживает и протокол TCP/IP. Реализована на OS/2.

NPAT (Network Planning and Analysis Tools); фирма Sun, - предназначена для

моделирования интегрированных сетей данные/голос на базе магистралей Т1 и

Т3. Реализована на Solaris 2.6, 7.

SES/Workbench (фирма HyPerfomix) -- моделирование локальных и глобальных

сетей на уровне приложений, канальном и физическом уровнях. Моделирование

сложных приложений, СУБД. Позволяет провести стоимостной анализ вариантов.

Имеется механизм расстановки контрольных точек и трассировки.

WinMIND (фирма Network Analysis Center) -- система проектирования,

настройки конфигурации и оптимизации сети; содержит данные о стоимости

типичных конфигураций с возможностью точной оценки производительности и

тарифной платы.

Семейство AUTONET (фирма Network Design and Analysis) -- включает систему

мониторинга и управления AMS, позволяет проводить оценку производительности

сети, а также точное моделирование и тарификацию сетевых решений.

Проект ns2/VINT

1996 год ознаменован началом работ над проектом VINT (Virtual InterNetwork

Testbed), организованным DARPA (Defense Research Projects Agency) и

реализуемым под руководством целого ряда научных организаций и центров:

USC/ISI (University of Southern California / Information Sciences

Institute), Xerox PARC, LBNL (Lawrence Berkley National Laboratory) и UCB

(UC Berkley). На сегодня основными спонсорами проекта являются DARPA, NSF и

ACIRI (AT&T Center for Internet Research at ICSI).Главной целью проекта

VINT являлось построение программного продукта, позволяющего осуществлять

имитационное моделирование сетей связи и обладающего целым рядом

характеристик, среди которых высокая производительность, хорошая

масштабируемость, визуализация результатов и гибкость. В качестве основы

программной реализации был выбран разрабатываемый в University of

California с 1989 года пакет network simulator (до 1995 года известный как

REAL). Логично, что для программного продукта было выбрано имя network

simulator 2 (далее - ns2).

ns2, как и его предшественники, разрабатывался как программное обеспечение

с открытым исходным кодом (open source code software - OSS). Такое ПО

распространяется бесплатно - без каких либо ограничений на право

использования, модификации и распространения третьими лицами. Таким

образом, с точки зрения стоимости ns2 безусловно является лидером по

сравнению с коммерческим ПО упоянутым выше - он бесплатен. По этой же

причине бесплатны и всегда доступны on-line все обновления и дополнения

(новые библиотеки, протоколы и т.п.). Еще одним не менее замечательным

свойством программного обеспечения OSS является возможность модификации

ядра программы и гибкая настройка в соответствии с требованиями конкретного

пользователя. Одним из отличительных свойств ns2 с точки зрения гибкости

является мультиоперационность. Полные версии, включающие все функции, на

данный момент работоспособны под управлением следующих операционных систем:

- SunOS;

- Solaris;

- Linux;

- FreeBSD;

- Windows 95/98/ME/NT/2000.

Для инсталляции полной версии ns2 необходимо иметь 250 МБ свободного места

на диске компьютера и компилятор С++. Существует также упрощенная версия

(компилированная) для некоторых ОС, в частности всех версий Windows,

являющаяся не столь гибкой как полная версия, в частности невозможно

добавлять компоненты, модифицировать ядро и т.п. Однако эта версия очень

проста в использовании и не требует глубоких знаний ОС и языка C++. Для

функционирования упрощенной версии ns2 достаточно иметь 3 МБ свободного

места на жестком диске компьютера.

Требования к производительности компьютера у ns2 не столь жестки. В

принципе, компьютер с процессором 486 может обеспечить приемлемое

функционирование даже полной версии ns2.При необходимости использования ns2

группой пользователей достаточно иметь инсталлированную полную версию на

машине под управлением Unix-like ОС. Пользователи могут иметь доступ в

режиме терминала к ns2 и производить необходимые модификации в том числе и

ядра программы компилируя свою версию в домашнюю директорию. Так же при

помощи X-сервера возможна анимация полученных результатов.

Netsimulator.

NETSIMULATOR предназначен для моделирования сетей с пакетной коммутацией и

различными методами маршрутизации пакетов.

NETSIMULATOR позволит разработчику или обслуживающему персоналу сети

моделировать поведение сети, изменяя: топологию сети, способ маршрутизации

пакетов, пропускные способности любого канала сети, нагрузку на сеть

(интенсивности входных потоков), длины пакетов и распределение числа

пакетов в одном сообщении, размеры памяти на узлах коммутации, ограничения

на максимальное время пребывания сообщений в сети, приоритеты различных

сообщений.

Система позволяет моделировать такие методы маршрутизации пакетов, как

метод рельефов, метод Форда, метод Дейкстры, метод Бэрена, метод обмена

задержками пакетов между узлами сети, метод Галлагера, метод решения

уравнений Беллмана (для специального вида сети), а также случайную

маршрутизацию, протоколы RIP, EGP, IGRP, BGP, OSPF и т.п. Большинство

методов реализовано в нерандомизированной и рандомизированной модификациях.

Система использует принцип разделения сообщений на типы, различающиеся по

длинам и приоритетам пакетов, распределением их числа, интенсивностям

входных потоков и т.д.

[pic]

В результате работы модели получается информация о :

. средних задержках (временах доставки) сообщений различных типов;

. гистограммах и функциях распределения задержки (времени доставки)

сообщений;

. гистограммах плотностей и функций распределения занятой памяти по

узлам коммутации;

. количествах сообщений различных типов, дошедших до адресата;

. количествах отказов в доставке сообщений по различным причинам

(нехватка памяти, превышение допустимого времени пребывания в сети и

т.д.);

В процессе моделирования, по желанию пользователя возможно заполнение

"журнала регистрации событий сети" для последующего статистического

анализа.

Opnet.

Opnet Modeler предлагает пользователям графическую среду для создания,

выполнения и анализа событийного моделирования сетей связи. Это удобное

программное обеспечение может быть использовано для большого ряда задач,

например, типичные создание и проверка протокола связи, анализ

взаимодействий протокола, оптимизация и планирование сети. Также возможно

осуществить с помощью пакета проверку правильности аналитических моделей, и

описание протоколов.

В рамках, так называемого, редактора проекта могут быть созданы

палитры сетевых объектов, которым пользователь может присвоить различные

формы соединения узлов и связи вплоть до имеющих вид головоломки.

Автоматизированное порождение сетевой топологии - кольца, звезды, случайной

сети, также поддерживается и резервируется утилитами для импортируемых

сетевых топологий в различных форматах. Случайный трафик может быть

автоматически сгенерирован из алгоритмов, указанных пользователем, а также

импортирован из входящих в стандартную комплектацию пакета форматов

реальных трафиков линий. Результаты моделирования могут быть

проанализированы, а графы и анимация трафика, опять же будут сгенерированы

автоматически. Новая особенность - это автоматическое преобразование в

формат html 4.0х.

Одним из плюсов из создания модели сети с помощью программного

обеспечения является то, что уровень гибкости, обеспечиваемый ядром

моделирования, тот же, что и для моделирования, написанных с нуля, но

объектное построение среды позволяет пользователю намного быстрее делать

разработку, усовершенствования и производить модели для многократного

использования..

Есть несколько сред редактора - по одной для каждого типа объекта.

Организация объектов - иерархическая, сетевые объекты (модели) связаны

набором узлов и объектов связи, в то время как объекты узла связаны набором

объектов, типа модулей очерёдности, модулей процессора, передатчиков и

приемников. Версия ПО для моделирования радиоканала содержит модели антенны

радиопередатчика, антенны приемника, перемещающихся объектов узла (включая

спутники).

Логику поведения процессора и модулей очередности определяет модель

процесса, которую пользователь может создавать и изменять в пределах

редактора процесса. В редакторе процесса пользователь может определить

модель процесса через комбинацию алгоритма работы конечного автомата

(finite-state machine - FSM) и операторов языка программирования C/C++.

Вызов события модели процесса в течение моделирования управляется

возбуждением прерывания, а каждое прерывание соответствует событию, которое

должно быть обработано моделью процесса.

Основа связи между процессами - структура данных, называемая пакетом.

Могут быть заданы форматы пакета, то есть они определяют, какие поля могут

содержать такие стандартные типы данных, как целые числа, числа с плавающей

запятой и указатели на пакеты (эта последняя способность позволяют

инкапсулировать моделирование пакета). Структура данных, вызывающая

информацию по контролю за интерфейсом (interface control infor-mation -

ICI), может быть разделена между двумя событиями моделей процесса - это ещё

один механизм для межпроцессорной связи, это очень удобно для команд

моделирования и соответствует архитектуре многоуровневого протокола.

Процесс также может динамически порождать дочерние процессы, которые

упростят функциональное описание таких систем, как серверы.

Несколько основных моделей процесса входят в базовую комплектацию

пакета, моделируя популярные протоколы работы с сетями и алгоритмы, вроде

протокола шлюза границы (border gateway protocol - BGP), протокола контроля

передачи. Интернет протокол (TCP/IP), ретрансляции кадров (frame relay),

Ethernet, асинхронного режима передачи (asynchronous transfer mode -ATM), и

WFQ (weighted fair queuing). Базовые модели полезны для быстрого развития

сложных имитационных моделей для общих архитектур сети, а также для

обучения, чтобы дать точное функциональное описание протокола студентам.

Существует возможность сопровождения комментариями и графикой ( с

поддержкой гипертекста) моделей сети, узла или процесса.

В режиме прямого диалога доступна подробная документация в формате

pdf. Обучающее руководство содержит простые примеры, по которым возможно

сравнительно быстро обучиться всем тонкостям программы. Я включил Opnet в

студенческие лабораторные по курсу сетей в Университете Калифорнии, Сан

Диего, и обнаружил, что примерно за неделю, большинство студентов

приобретает базовые знания о том, как синтезировать имитационные модели, с

помощью этого программного продукта.

NetMaker XA.

Вычислительное ядро моделирования, используемое в NetMaker XA от Make

Systems, - одно из наиболее мощных на рынке, и это сыграло немаловажную

роль в том, что продукт зарекомендовал себя столь хорошо. За что ни

возьмись - все работает в полном соответствии с описаниями. У нас не

возникло никаких проблем ни с моделированием спроектированной нами

небольшой сети, ни с усовершенствованием системы, приведенной

производителем в качестве примера. Кроме того, генерируемые программой

отчеты содержали 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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5