Имитационное моделирование компьютерных сетей

Типы узлов

Система COMNETIIIоперирует с узлами трех типов — процессорными узлами, узлами-маршрутизаторами икоммутаторами. Узлы могут присоединяться с помощью портов к коммуникационнымканалам любого типа, от каналов локальных сетей до спутниковых линий связи. Узлы и каналы могут характеризоваться средним временем наработки на отказ исредним временем восстановления для моделирования надежности сети.

В COMNETIII моделируетсяне только взаимодействие компьютеров по сети, но и процесс разделенияпроцессора каждого компьютера между его приложениями. Работа приложениямоделируется с помощью команд нескольких типов, в том числе команд обработкиданных, отправки и чтения сообщений, чтения и записи данных в файл, установления сессий и приостановки программы до получения сообщений. Для каждогоприложения задается так называемый репертуар команд.

Узлы-маршрутизаторымогут моделировать работу маршрутизаторов, коммутаторов, мостов, концентраторови любых устройств, которые имеют разделяемую внутреннюю шину, с помощью которойпакеты передаются между портами. Шина характеризуется пропускной способностью иколичеством независимых каналов. Узел-маршутизатор обладает также всемихарактеристиками процессорного узла, так что он может выполнять приложения, которые, например, обновляют таблицы маршрутизации или рассылают маршрутнуюинформацию по сети. Неблокирующие коммутационные узлы могут моделироватьсяпутем задания количества независимых каналов, равного числу модулейкоммутатора. Библиотека COMNETIII включает большое количество описаний конкретныхмоделей маршрутизаторов с параметрами, основанными на результатах тестированияв Harvard NetworkDeviceTestLab.

Узел-коммутатормоделирует работу коммутаторов, а также маршрутизаторов, концентраторов идругих устройств, которые передают пакеты с входного порта на выходной снезначительной задержкой.

Каналы связи и глобальные сети

Каналы связимоделируются путем задания их типа, а также двух параметров — пропускнойспособности и вносимой задержки распространения. Единицей передаваемых поканалу данных является кадр. Пакеты при передаче по каналам сегментируются накадры. Каждый канал характеризуется: минимальным и максимальным размером кадра, накладными расходами на кадр и интенсивностью ошибок в кадрах.

В системе COMNETIIIможно моделировать все распространенные методы доступа к передающей среде, втом числе ALOHA. CSMA/CD, TokenRing, FDDI и т. п. Каналы «точка-точка"могут также использоваться для моделирования каналов ISDN и SONET/SDH.

COMNETIII включаетсредства для моделирования глобальных сетей на самом верхнем уровне абстракции. Такое представление глобальных сетей целесообразно, когда задание точныхсведений о топологии физических связей и о полном трафике глобальной сетиневозможно или нецелесообразно. Например, нет смысла точно моделировать работуInternet при исследовании передачи трафика между двумя локальными сетями, подключенными к Internet.

COMNETIII позволяетукрупненно моделировать сети FrameRelay, сети с коммутацией ячеек (например, АТМ), сети с коммутацией пакетов (например, Х.25).

При моделированииглобальных сетей имитируется разбиение пакетов на кадры, причем каждый типглобального сервиса характеризуется минимальным и максимальным размерами кадраи накладными расходами на служебную информацию.

Связь с глобальной сетьюимитируется с помощью канала доступа, который имеет определенные задержкураспространения и пропускную способность. Сама глобальная сеть характеризуетсязадержкой доставки информации от одного канала доступа до другого, вероятностьюпотери кадра или его принудительного удаления из сети (при нарушении соглашенияо параметрах трафика типа CIR). Эти параметры зависят от степени загруженностиглобальной сети, которая может быть задана как нормальная, умеренная и высокая. Имеется возможность моделировать виртуальные каналы в сети.

Рабочаянагрузка

В системе COMNETIIIрабочая нагрузка создается источниками трафика. Каждый узел может бытьсоединен с несколькими источниками трафика разного типа.

Источники-приложения генерируют приложения, которые выполняются узлами типа процессоров или маршрутизатров. Узел выполняеткоманду за командой, имитируя работу приложений в сети. Источники могутгенерировать сложные нестандартные приложения, а также простые, занимающиеся восновном отправкой и получением сообщений по сети.

Источники вызовов генерируют запросы наустановление соединений в сетях с коммутацией каналов (сети с коммутируемымивиртуальными соединениями, ISDN, POTS).

Источники планируемойнагрузки генерируютданные, используя зависящее от времени расписание. При этом источник генерируетданные периодически, используя определенное распределение интервала временимежду порциями данных. Можно моделировать зависимость интенсивности генерацииданных от времени дня.

Источники"клиент-сервер" позволяют задавать не трафик между клиентами и сервером, априложения, которые порождают этот трафик. Эти приложения работают в модели"клиент-сервер", и источник данного типа позволяет промоделироватьвычислительную загрузку компьютера, работающего в роли сервера, то есть учестьвремя выполнения вычислительных операций, операций, связанных с обращением кдиску, подсистеме ввода-вывода и т. п.

Протоколы

Коммуникационныепротоколы физического и канального уровней учитываются в системе COMNETIII втаких элементах сети как каналы (links). Протоколы сетевого уровня отражены вработе узлов модели, которые принимают решения о выборе маршрута пакетов всети.

Магистраль сети и каждаяиз подсетей могут работать на основе различных и независимых алгоритмов маршрутизации. Алгоритмы маршрутизации, используемые COMNETIII, принимают решение на основевычисления кратчайшего пути. Используются различные вариации этого принципа, отличающиеся используемой метрикой и способом обновления таблиц маршрутизации. Применяются статические алгоритмы, у которых таблица обновляется только одинраз в начале моделирования, и динамические алгоритмы, периодически обновляющиетаблицы. Возможно моделирование многопутевой маршрутизации, при которойдостигается баланс трафика по нескольким альтернативным маршрутам.

COMNETIII поддерживаетследующие алгоритмы маршрутизации:

  • RIP (минимум хопов),
  • Наименьшая измеренная задержка,
  • OSPF,
  • IGRP,
  • Задаваемые пользователем таблицы маршрутизации.

Протоколы, выполняющиетранспортные функции и функции доставки сообщений между конечными узламипредставлены в системе COMNETIII обширным набором протоколов: ATP, NCP, NCPBurstMode, TCP, UDP, NetBIOS, SNA. При использовании этих протоколовпользователь выбирает их из библиотеки системы и задает конкретные параметры, например, размер сообщения, размер окна и т. п.

Представлениерезультатов

Графики и отчеты

COMNETIII позволяет примоделировании задавать форму отчета о результатах для каждого отдельногоэлемента модели. Для этого необходимо в пункте меню Report выбратьтребуемый элемент (пункт подменю networkelement) и задать для негоопреленный тип отчета (пункт typeofreport).

Отчет генерируетсякаждый раз при запуске определенной модели. Отчет представлен в стандартнойтекстовой форме, имеющей ширину в 80 символов, и его легко можно распечатать налюбом принтере.

Можно задать генерациюнескольких отчетов разного типа для каждого элемента сети.

Существуют другиеспособы получения статистических результатов прогона модели, кроме отчетов. ВCOMNETIII имеются кнопки Statistics, с помощью которых можно включить сборстатистики для каждого типа элемента модели — узлов, каналов, источниковтрафика, маршрутизаторов, коммутаторов и т. п. Монитор статистики каждогоэлемента можно установить для сбора только базовых статистических параметров (минимум, максимум, среднее значение и дисперсия) или же сбора данных вовременном масштабе для построения графиков.

Если результатынаблюдений сохранены в файле для последующего построения графиков и анализа, товозможно также построение гистограмм и процентных показателей. Возможнопостроение графиков и во время моделирования.

Мультипликация иотслеживание событий

Перед моделированием иливо время него можно установить режимы мультипликации и трассировки событий спомощью пунктов меню Animation иTrace.

Параметры меню Animation позволяют изменятьскорость тактов моделирования и скорость продвижения токенов — графическихсимволов, соответствующих кадрам и пакетам. В анимационном режиме системаCOMNETIII показывает поступление токенов в каналы связи и выход их из каналов, текущее количество пакетов в узлах, количество сессий, установленных с даннымузлом, процент использования и многое другое.

В режиме трассировкиможно отображать процесс наступления событий в модели либо в файл, либо наэкран. При отображении на экран можно перейти в режим пошагового моделирования, когда очередное событие в модели наступает и отображается только при очередномнажатии на соответствующую кнопку графического интерфейса. Можно задать уровеньотслеживаемых событий — от высокоуровневых событий, связанных с работойприложений до событий самого низкого уровня, связанных с обработкой кадров наканальном уровне.

Статистический анализ

COMNETIII включаетинтегрированный набор средств для статистического анализа исходных данных ирезультатов моделирования. С их помощью можно подобрать подходящеераспределение вероятностей для экспериментально полученных данных. Средстваанализа результатов позволяют вычислить доверительные интервалы, выполнитьрегрессионный анализ и оценить вариации оценок, полученных по несколькимпрогонам модели.

COMNETPredictor

С 1 мая 1997 на рынкепоявилось новое средство компании CACIProducts — COMNETPredictor. COMNETPredictor предназначен для тех случаев, когда необходимо оценить последствияизменений в сети, но без детального ее моделирования.

COMNETPredictor работаетследующим образом. Из системы управления или мониторинга сети загружаютсяданные о работе существующего варианта сети и делается предположение обизменении параметров сети: числа пользователей или приложений, пропускнойспособности каналов, алгоритмов маршрутизации, производительности узлов и т. п.Затем COMNETPredictor производит оценку последствий предлагаемых изменений ивыдает результаты в виде графиков и диаграмм, на которых отображаются задержки, коэффициенты использования и предполагаемые узкие места сети.

Благодаря оригинальнойтехнологии Flow Decomposition анализ даже крупных глобальных сетей выполняетсяза несколько минут.

COMNETPredictorдополняет систему COMNETIII, которая может использоваться затем для болеетщательного анализа наиболее важных вариантов сети.

COMNETPredictor работает в среде Windows 95, Windows NT и Unix.

COMNET Predictor от CACI- отличный продукт, да и стоит он дешевле NetMaker XA. Правда, Predictorнесколько менее проработан и не так прост в установке. Кроме того, генерируемыеим отчеты немного запутанны и малоинформативны, а схемы сетей чересчурперегруженны.

Мы перепробовалинесколько дисководов CD-ROM, прежде чем смогли считать информацию с присланногонам диска. Только один дисковод сумел нормально справиться с этой задачей. Установка продукта тоже удалась отнюдь не с первой попытки.

В базовую конфигурациюPredictor входит все, что требуется для построения схемы сети с помощьюбуксировки пиктограмм устройств из библиотеки. К сожалению, на схемеотображается так много информации, что разобраться в ней очень трудно. В составPredictor входят и средства для самостоятельного создания устройств иредактирования библиотечной информации.

Опция Baselinerпозволяет импортировать информацию о топологии сети и характере трафика изразличных популярных средств мониторинга сети. Благодаря Baseliner выразберетесь, какие объемы трафика генерирует то или иное приложение. Послеэтого можно построить модель, в которой объем трафика от этого приложения будетежемесячно возрастать на 10%, получив, таким образом, прогноз на несколькомесяцев вперед. Тому, кто научится разбираться в схемах сетей (а сделать это неочень-то просто), Predictor покажется очень мощным средством, которым нетруднопользоваться. Параметры элементов сетей, подобранных из библиотеки, поддаютсятонкой настройке.

Затем можно пустить вход предположения о росте сети — надо указать Predictor, в какой момент ихследует включать в модель. По мере продвижения расчетов Predictor будетинформировать пользователя о возникновении проблем. Например, сообщается, чточерез шесть месяцев уровень загрузки какого-либо маршрутизатора достигнет 80%, что является предельной величиной. Тогда можно ввести в модель еще одинмаршрутизатор и посмотреть, решит ли он это проблему.

Пользователюпредоставляется целый ряд отчетов, однако чтобы извлечь из них полезнуюинформацию, придется немало потрудиться: многие таблицы и графики дублируютдруг друга, и это затрудняет понимание.

Бесспорно, 29 тыс. дол.- это недешево, однако если вспомнить, что Predictor может работать не толькопод Unix, но и под Windows NT и Windows 95, станет понятно: его пользовательспособен сэкономить на оборудовании (сравните с NetMaker XA).

Построениепилотных проектов проектируемых сетей

Если для заданияинформации о топологии сети не нужно иметь реальную сеть, то для сбора исходныхданных о интенсивности источников сетевого трафика могут потребоватьсяизмерения на пилотных сетях, представляющих собой натурную модель проектируемойсети. Эти измерения могут быть выполнены различными средствами, в том числе и спомощью анализаторов протоколов.

Помимо полученияисходных данных для имитационного моделирования пилотная сеть можетиспользоваться для решения самостоятельных важных задач. Она может дать ответына вопросы, касающиеся принципиальной работоспособности того или иноготехнического решения или совместимости оборудования. Натурные экспериментымогут потребовать значительных материальных затрат, но они компенсируютсявысокой достоверностью полученных результатов.

Пилотная сеть должнабыть как можно более похожа на ту сеть, которая создается, для выборапараметров которой и создается пилотная сеть. Для этого необходимо в первуюочередь выделить те особенности создаваемой сети, которые могут оказатьнаибольшее влияние на ее работоспособность и производительность.

Если имеются сомнения всовместимости продуктов разных производителей, например, коммутаторов, поддерживающих виртуальные сети или другие пока не стандартизованныевозможности, то в пилотной сети должны проверяться на совместимость именно этиустройства и именно в тех режимах, которые вызывают наибольшие сомнения.

Что же касаетсяиспользования пилотной сети для прогнозирования пропускной способности реальнойсети, то здесь возможности этого вида моделирования весьма ограничены. Сама посебе пилотная сеть вряд ли сможет дать хорошую оценку производительности сети, включающей гораздо больше узлов подсетей и пользователей, так как не ясен способэкстраполяции результатов, полученных в небольшой сети, на сеть гораздо большихразмеров.

Поэтому пилотную сетьцелесообразно использовать в данном случае совместно с имитационной моделью, которая может использовать образцы трафика, задержек и пропускной способностиустройств, полученных в пилотной сети, для задания характеристик моделей частейреальной сети. Затем, эти частные модели могут быть объединены в полную модельсоздаваемой сети, работа которой будет имитироваться.

Что мы получим, используямоделирование

Используямоделирование при проектировании или реинжиниринге вычислительной системы, мыможем сделать следующее: оценить пропускную способность сети и ее компонентов, определить узкие места в структуре вычислительной системы; сравнить различныеварианты организации вычислительной системы; осуществить перспективный прогнозразвития вычислительной системы; предсказать будущие требования по пропускнойспособности сети, используя данные прогноза; оценить требуемое количество ипроизводительность серверов в сети; сравнить различные варианты модернизациивычислительной системы; оценить влияние на вычислительную систему модернизацииПО, мощности рабочих станций или серверов, изменения сетевых протоколов.

Исследованиепараметров вычислительной системы при различных характеристиках отдельныхкомпонентов позволяет выбрать сетевое и вычислительное оборудование с учетомпроизводительности, качества обслуживания, надежности и стоимости. Посколькустоимость одного порта активного сетевого оборудования в зависимости отпроизводителя оборудования, используемой технологии, надежности, управляемостиможет меняться от десятков рублей до десятков тысяч, моделирование позволяетминимизировать стоимость оборудования, предназначенного для использования ввычислительной системе. Моделирования становится эффективным при числе рабочихстанций 50−100, а когда их более300, общая экономия средств может составить30--40% от стоимости проекта.

Финансовая сторона

Естественно, возникает вопрос о стоимости проведения обследования вычислительной системы спомощью моделирования. Стоимость самого моделирования при грамотнойэксплуатации системы моделирования невысока. Основную часть стоимостиобследования составляют затраты на оплату труда высококвалифицированныхспециалистов в области сетевых технологий, вычислительного оборудования, системмоделирования, проводящих обследование объекта, составление моделей компонентови самой вычислительной системы, определяющих направления развития и модификацийвычислительной системы и ее моделей.

Обследованиеи моделирование вычислительной системы из 250 узлов может длиться одну-двенедели, при этом стоимость может колебаться от $ 5000 до $ 17 500. Если стоимостьпроектов по информатизации крупных организаций зачастую превышает $ 500 000, то стоимостьработ по моделированию составляет в любом случае менее 4% от стоимости проекта.

Приэтом мы получаем: объективную оценку решения и технико-экономическоеобоснование; гарантированные требуемую производительность и запас попроизводительности; обоснованные и управляемые решения по поэтапноймодернизации.

Системы моделирования, не вошедшие в обзор

CPSIM (компания BoyanTech) -- простая система моделированияпоследовательных и параллельных процессов. Модель -- ориентированный граф, вкотором узлы -- объекты (компьютеры, серверы, сетевое оборудование), дуги --каналы связи.

NetDA/2 (компания IBM) — предназначена для проектирования, анализаи оптимизации глобальных сетей и реинжиниринга имеющихся SNA-сетей. Возможнозадание 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 баземагистралей Т1 и Т3. Реализована на Solaris 2.6, 7.

SES/Workbench (фирма HyPerfomix) -- моделирование локальных иглобальных сетей на уровне приложений, канальном и физическом уровнях. Моделирование сложных приложений, СУБД. Позволяет провести стоимостной анализвариантов. Имеется механизм расстановки контрольных точек и трассировки.

WinMIND (фирма Network Analysis Center) -- система проектирования, настройки конфигурации и оптимизации сети; содержит дан­ные о стоимоститипичных конфигураций с возможностью точной оценки производительности итарифной платы.

СемействоAUTONET (фирма Network Design and Analysis) -- включает системумониторинга и управления AMS, позволяет проводить оценку производительностисети, а также точное моделирование и тарификацию сетевых решений.

Проект ns2/VINT1996 год ознаменован началом работ над проектом VINT (Virtual InterNetworkTestbed), организованным DARPA (Defense Research Projects Agency) и реализуемымпод руководством целого ряда научных организаций и центров: USC/ISI (Universityof Southern California / Information Sciences Institute), Xerox PARC, LBNL (Lawrence Berkley National Laboratory) и UCB (UC Berkley). На сегодня основнымиспонсорами проекта являются DARPA, NSF и ACIRI (AT&T Center for InternetResearch at ICSI).Главной целью проекта VINT являлось построение программногопродукта, позволяющего осуществлять имитационное моделирование сетей связи иобладающего целым рядом характеристик, среди которых высокаяпроизводительность, хорошая масштабируемость, визуализация результатов игибкость. В качестве основы программной реализации был выбран разрабатываемый вUniversity of California с 1989 года пакет network simulator (до 1995 годаизвестный как REAL). Логично, что для программного продукта было выбрано имяnetwork simulator 2 (далее — ns2). ns2, как и его предшественники, разрабатывался как программное обеспечение соткрытым исходным кодом (open source code software — OSS). Такое ПОраспространяется бесплатно — без каких либо ограничений на право использования, модификации и распространения третьими лицами. Таким образом, с точки зрениястоимости ns2 безусловно является лидером по сравнению с коммерческим ПОупоянутым выше — он бесплатен. По этой же причине бесплатны и всегда доступныon-line все обновления и дополнения (новые библиотеки, протоколы и т. п.). Ещеодним не менее замечательным свойством программного обеспечения OSS являетсявозможность модификации ядра программы и гибкая настройка в соответствии стребованиями конкретного пользователя. Одним из отличительных свойств ns2 сточки зрения гибкости является мультиоперационность. Полные версии, включающиевсе функции, на данный момент работоспособны под управлением следующихоперационных систем: — SunOS;- Solaris;- Linux;- FreeBSD;- Windows 95/98/ME/NT/2000.Для инсталляции полной версии ns2 необходимо иметь 250 МБ свободного места надиске 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 добавлятькомпоненты, модифицировать ядро и т. п. Однако эта версия очень проста виспользовании и не требует глубоких знаний ОС и языка C++. Для функционированияупрощенной версии ns2 достаточно иметь 3 МБ свободного места на жестком дискекомпьютера. Требования к производительности компьютера у ns2 не столь жестки. В принципе, компьютер с процессором 486 может обеспечить приемлемое функционирование дажеполной версии ns2. При необходимости использования ns2 группой пользователейдостаточно иметь инсталлированную полную версию на машине под управлениемUnix-like ОС. Пользователи могут иметь доступ в режиме терминала к ns2 ипроизводить необходимые модификации в том числе и ядра программы компилируясвою версию в домашнюю директорию. Так же при помощи X-сервера возможнаанимация полученных результатов.

Netsimulator.

NETSIMULATORпредназначен для моделирования сетей с пакетной коммутацией и различнымиметодами маршрутизации пакетов. NETSIMULATOR позволит разработчику или обслуживающемуперсоналу сети моделировать поведение сети, изменяя: топологию сети, способмаршрутизации пакетов, пропускные способности любого канала сети, нагрузку насеть (интенсивности входных потоков), длины пакетов и распределение числапакетов в одном сообщении, размеры памяти на узлах коммутации, ограничения намаксимальное время пребывания сообщений в сети, приоритеты различных сообщений. Система позволяет моделировать такие методы маршрутизации пакетов, как методрельефов, метод Форда, метод Дейкстры, метод Бэрена, метод обмена задержкамипакетов 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 нерандомизированнойи рандомизированной модификациях. Система использует принцип разделения сообщений на типы, различающиеся подлинам и приоритетам пакетов, распределением их числа, интенсивностям входныхпотоков и т. д.

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 статистическогоанализа.

Opnet.

Opnet Modeler предлагаетпользователям графическую среду для создания, выполнения и анализа событийногомоделирования сетей связи. Это удобное программное обеспечение может бытьиспользовано для большого ряда задач, например, типичные создание и проверкапротокола связи, анализ взаимодействий протокола, оптимизация и планированиесети. Также возможно осуществить с помощью пакета проверку правильностианалитических моделей, и описание протоколов.

В рамках, так называемого, редактора проекта могут быть созданы палитрысетевых объектов, которым пользователь может присвоить различные формысоединения узлов и связи вплоть до имеющих вид головоломки. Автоматизированноепорождение сетевой топологии — кольца, звезды, случайной сети, такжеподдерживается и резервируется утилитами для импортируемых сетевых топологий вразличных форматах. Случайный трафик может быть автоматически сгенерирован изалгоритмов, указанных пользователем, а также импортирован из входящих встандартную комплектацию пакета форматов реальных трафиков линий. Результатымоделирования могут быть проанализированы, а графы и анимация трафика, опять жебудут сгенерированы автоматически. Новая особенность — это автоматическоепреобразование в формат html 4.0х.

Одним из плюсов из создания модели сети с помощью программного обеспеченияявляется то, что уровень гибкости, обеспечиваемый ядром моделирования, тот же, что и для моделирования, написанных с нуля, но объектное построение средыпозволяет пользователю намного быстрее делать разработку, усовершенствования ипроизводить модели для многократного использования.

Есть несколько сред редактора — по одной для каждого типа объекта. Организацияобъектов — иерархическая, сетевые объекты (модели) связаны набором узлов иобъектов связи, в то время как объекты узла связаны набором объектов, типамодулей очерёдности, модулей процессора, передатчиков и приемников. Версия ПОдля моделирования радиоканала содержит модели антенны радиопередатчика, антенныприемника, 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 черезкомбинацию алгоритма работы конечного автомата (finite-state machine — FSM) и операторов языкапрограммирования C/C++.

Вызовсобытия модели процесса в течение моделирования управляется возбуждениемпрерывания, а каждое прерывание соответствует событию, которое должно бытьобработано моделью процесса.

Основа связи между процессами — структура данных, называемая пакетом. Могутбыть заданы форматы пакета, то есть они определяют, какие поля могут содержатьтакие стандартные типы данных, как целые числа, числа с плавающей запятой иуказатели на пакеты (эта последняя способность позволяют инкапсулироватьмоделирование пакета). Структура данных, вызывающая информацию по контролю заинтерфейсом (interface control infor-mation — ICI), может быть разделенамежду двумя событиями моделей процесса — это ещё один механизм длямежпроцессорной связи, это очень удобно для команд моделирования исоответствует архитектуре многоуровневого протокола. Процесс также можетдинамически порождать дочерние процессы, которые упростят функциональноеописание таких систем, как серверы.

Несколько основных моделей процесса входят в базовую комплектацию пакета, моделируя популярные протоколы работы с сетями и алгоритмы, вроде протоколашлюза границы (border gateway protocol — BGP), протокола контроляпередачи. Интернет протокол (TCP/IP), ретрансляции кадров (frame relay), Ethernet, асинхронного режимапередачи (asynchronous transfer mode —ATM), и WFQ (weighted fair queuing). Базовые моделиполезны для быстрого развития сложных имитационных моделей для общих архитектурсети, а также для обучения, чтобы дать точное функциональное описание протоколастудентам. Существует возможность сопровождения комментариями и графикой (споддержкой гипертекста) моделей сети, узла или процесса.

В режиме прямого диалога доступна подробная документация в формате pdf. Обучающее руководствосодержит простые примеры, по которым возможно сравнительно быстро обучиться всемтонкостям программы. Я включил Opnet в студенческие лабораторные по курсу сетей вУниверситете Калифорнии, Сан Диего, и обнаружил, что примерно за неделю, большинство студентов приобретает базовые знания о том, как синтезироватьимитационные модели, с помощью этого программного продукта.

NetMaker XA.

Вычислительное ядро моделирования, используемое в NetMakerXA от Make Systems, — одно из наиболее мощных на рынке, и это сыгралонемаловажную роль в том, что продукт зарекомендовал себя столь хорошо. За чтони возьмись — все работает в полном соответствии с описаниями. У нас невозникло никаких проблем ни с моделированием спроектированной нами небольшойсети, ни с усовершенствованием системы, приведенной производителем в качествепримера. Кроме того, генерируемые программой отчеты содержали всю необходимуюинформацию.

Главные недостаткиNetMaker XA — необходимость серьезного обучения пользователя и высокаястоимость. Если к цене базовой конфигурации изделия добавить стоимостьдополнительных модулей, получится довольно значительная сумма.

Основу продуктасоставляют модули Visualizer, Planner и Designer. Каждый из них выполняеткакую-то одну функцию; чтобы смоделировать работу сети, необходимы все три.

Visualizer служит дляполучения информации о сети и ее просмотра. В его состав входят SNMP-модулиавтоматического распознавания, которые опрашивают сетевые устройства и создаютсоответствующие им объекты. Информацию об этих объектах можно затемредактировать с помощью Visualizer.

Planner — это библиотекаустройств, которая помогает проанализировать, что получится при установке всети нового устройства (например, дополнительного маршрутизатора). Make Systemsпоставляет встраиваемые модули (plug-in), содержащие объекты с данными опродуктах различных производителей. В таких объектах содержится полное описаниеразличных моделей устройств (от числа сетевых интерфейсов до типа процессора);вся информация заверяется производителем. С помощью Planner пользователь можетсамостоятельно строить свои собственные объекты для описания сетевых устройстви каналов связи, не включенных в библиотеку.

Designer нужен дляпостроения схем сетей. Данное средство позволяет легко и быстро создаватьмодели и анализировать альтернативы. Если пользоваться им совместно с Planner, можно получать информацию о том, как будет работать сеть заданной конфигурации.

Если требуется пойтинесколько дальше, придется приобрести еще три модуля: Accountant, Interpreter иAnalyzer. В состав Account входит тарификационная база данных; этот модульпомогает проанализировать затраты, связанные с использованием тех или иныхсетей общего доступа. Нам показался очень полезным модуль Interpreter, предназначенный для сбора данных от средств анализа трафика. Затем данныеавтоматически импортировались в нашу модель, что позволяло использовать ихпочти в режиме реального времени, а не строить гипотезы относительно работысети. Наконец, Analyzer и предназначенный для него встраиваемый модуль"выживаемости" помогают разрабатывать планы восстановления после аварий, а также добиваться того, чтобы ни одна неисправность (после ее локализации) немогла привести к отказу сети в целом.

Стоит все это богатствофункций очень дорого — от 37 тыс. дол. за базовый комплект плюс доплаты завстраиваемые модули. Тому, кто захочет приобрести модули Accountant, Interpreter и Analyzer, придется раскошелиться еще на 30 тыс. дол. УстановитьNetMaker XA можно только на SPARCstation от Sun Microsystems.

К этому надо добавитьстоимость обучения, поскольку без него у вас просто ничего не получится. В MakeSystems осознают, что пользоваться их продуктом не так-то просто; во времяиспытаний к нам прислали специалиста, который обучил нас работе с пакетом.

Тем не менее длясчастливого обладателя большой сети на несколько тысяч узлов NetMaker XA — точто нужно.

SES/Strategizer — альтернативный подход

Тот, кто не собираетсявключать возможность роста в свою модель сети, вполне удовлетворитсязначительно менее дорогим продуктом SES/Strategizer от Scientific andEngineering Software (цена 9995 дол.).

SES/Strategizerпросчитывает модели очень быстро. Мы установили этот продукт на рабочей станциина базе Pentium II, и всего за 2 с программа рассчитала, как будет работатьдовольно сложная сеть в течение 24 ч. Можно также собирать тонкиестатистические данные о каком-то одном конкретном элементе модели, например, следить за степенью загрузки центрального процессора с разбивкой по процессам, пользователям и моделям поведения.

Один из серьезныхнедостатков программы — необходимость перезапуска модели при каждом внесениикаких-либо изменений. Другие продукты позволяют вставлять в модель различныепеременные (например, учитывающие рост сети); в результате можно опробоватьнесколько вариантов в ходе одного прогона программы.

Установка не вызваланикаких затруднений, хотя мы были очень удивлены, получив программу надискетах. Как и прочие пакеты, SES/Strategizer позволяет без труда задавать имодифицировать значения параметров, таких как пропускная способность. Крометого, продукт выдает запрос на подтверждение («Применить» или"Отмена"), если пользователь пытается закрыть диалоговое окно, щелкнув мышью на крестике в правом верхнем углу. Такая функция не предусмотренав других продуктах, что неудобно, поскольку с ними никогда нельзя бытьуверенным, какое действие будет предпринято по умолчанию.

И все же отдельныестороны SES/Strategizer нуждаются в доработке. Например, для просмотрарезультатов моделирования на том же ПК, где работает сама программа, требуетсязапустить Microsoft Excel; данные он должен брать из создаваемыхSES/Strategizer файлов, где для разделения числовых полей используются знакитабуляции. Если Excel не установлен, пользователь получает странное сообщениеоб ошибке, указывающее на совершенно другую причину сбоя. Надо простоинформировать пользователя, что ему следует установить Excel, или обеспечиватьвозможность просмотра средствами какой-нибудь другого приложения.

Различия междуSES/Strategizer и Predictor отнюдь не так велики, как позволяет предположитьразница в их ценах (19 тыс. дол.). Predictor хорош тем, что расчеты могутохватывать продолжительный период существования сети, а пользователь -учитывать рост трафика с течением времени. По части функций SES/Strategizerотстает совсем не так сильно — пользователю просто придется смириться снеобходимостью постоянно просчитывать модель заново.

И все же NetMaker XAостается королем. Он — для тех, кто может раскошелиться на немалую сумму ихочет заполучить лучшее средство моделирования сети.

Основные требования, предъявляемые к системам моделированиявычислительных систем

Отсутствиенеобходимости программирования; возможность импорта информации из существующихсистем управления сетями и средств мониторинга; наличие расширяемой библиотекиобъектов; интуитивно-понятный интерфейс; простая настройка на объекты реальногомира; гибкая система построения сценариев моделирования; удобное представлениерезультатов моделирования; анимация процесса моделирования; автоматическийконтроль модели на внутреннюю непротиворечивость.

Советы покупателям

Каквыбрать систему моделирования? Каждый выбирает себе систему по поставленнымзадачам и выделенным средствам.

Есливы хотите ознакомиться с принципиальными возможностями систем моделирования, если у вас не стоит задача «тюнинга», т. е. настройки ужесуществующей системы, а вы хотите только грубо определить, будет ли онафункционировать при установке какого-либо дополнительного устройства безпостоянных сбоев, — покупайте дешевый продукт.

Однако, как показывает реальный опыт, рано или поздно перед вами встанет задача полномасштабногомоделирования вычислительной системы. И вот тут надо помнить о следующем.

Ксожалению, в отличие от систем высокоуровневого моделирования, которыепродаются и поддерживаются известными в России компаниями (ARIS -- компания"Весть-Метатехнологии", Rational Rose -- компании"Аргуссофт", «Интерфейс» и др.), поставщиков системдинамического моделирования вычислительных систем нам обнаружить не удалось. В1997--1999 годах представлением, продажей и поддержкой семейств COMNET и OPNETзанимались некоторые отечественные компании, однако потом этот процесс былприостановлен. Причины, наверное, в специфике российского рынка (открытоенежелание дать заказчику реальные спецификации и цены на информационные системыи боязнь независимой экспертизы решений), в недостаточности финансирования.

Полезнымявляется каталог Network Buyer’s Guide (www.networkbuyersguide.com), в которомдано описание продукта, производитель, цена и контактная информация.

Опытпоказывает, что попытки обращения непосредственно к производителю приводят кположительному результату. Либо производитель сам откликнется и поставит этусистему, либо он назовет дистрибьютора в Европе, у которого этот продукт можноприобрести. Мы общались с CACI Products и OPNET Technologies (ранее -- MIL3) иуспешно получали необходимое ПО.

Ксожалению, консалтинговые компании, которые были бы связаны с моделированиемсетей, в настоящее время в России нам не известны.

Внашей стране наибольшее распространение получили системы COPMNET III и OPNET. Именно эти продукты отличаются высокой полнотой библиотеки, поскольку упроизводящих их компаний есть соглашения с производителями сетевогооборудования. Но прежде, чем покупать дорогостоящую систему, определите, какиепакеты из входящих в ее состав вам реально понадобятся.

Результаты испытаний средств моделирования сети NetwprkWorld World Class

Показатель

Весовой коэфф., %

NetMaker XA*

COMNET Predictor

SES/Strategizer

Большая библиотека устройств

20

10 = 2,0

6 = 1,2

5 = 1,0

Производительность

15

10 = 1,5

10 = 1,5

10 = 1,5

Ясность схем

15

9 = 1,35

5 = 0,75

7 = 1,05

Возможность импорта данных о трафике в режиме, близком к реальному времени

15

9 = 1,35

8 = 1,2

8 = 1,2

Расширяемость

10

10 = 1,0

7 = 0,7

6 = 0,6

Гибкость и простота использования

15

8 = 1,2

8 = 1,2

7 = 1,05

Документация

10

7 = 0,7

7 = 0,7

5 = 0,5

Итоговая оценка

9,1

7,25

6,9

Примечания. * Награда World Class присваивается изделиям, набравшим 9,0 и более баллов. Оценки выставлялись по 10-балльной шкале. Весовые коэффициенты (относительная значимость критериев) учитывались при расчете итоговой оценки.

В данном обзорерассматриваются три продукта старшего класса. Пакет NetMaker XA от Make Systemsполучил награду World Class («Продукт мирового класса»). Впрочем, COMNET Predictor от CACI Products, который можно объединять с более мощнымпродуктом под названием COMNET III, совсем немного отстал от лидера. ПакетSES/Strategizer, предлагаемый компанией Scientific and Engineering Software поцене 9995 дол., можно порекомендовать тем, кто желает сэкономить.

Изучив ряд пакетов длямоделирования работы сети, мы пришли к выводу, что все они вполне могут решитьту задачу, на решение которой рассчитаны. Однако толку от них сумеет добитьсялишь тот, кто готов потратить немало средств и усилий. Продукты, предлагаемыелидерами рынка компаниями Make Systems и CACI Products, а также недавнодебютировавшей в этой области фирмой Scientific and Engineering Software (SES), справились (хотя и с разной степенью успешности) с анализом данных оконфигурации тестовой сети и предоставили информацию о возможных последствияхтех или иных изменений.

NetMaker XA от MakeSystems занял первое место как наиболее полный и гибкий продукт. COMNETPredictor от CACI — недавно представленный родственник более широко известнойпрограммы COMNET III — тоже произвел хорошее впечатление, однако ему непомешали бы более совершенное средство составления схем и менее сложные длявосприятия отчеты. Пакет SES/Strategizer от SES сравнительно дешев, однако, вотличие от NetMaker XA и COMNET Predictor, не позволяет учитывать будущий ростсети.

Надо сказать, что мыожидали от рассмотренных пакетов несколько большего. В частности, ни одна изпрограмм не способна сообщить, что сеть чересчур сложна, или предложить, какимобразом надо ее усовершенствовать для повышения производительности. Они лишьуказывают, будет ли работоспособным предлагаемый проект и в каком месте можнонарваться на проблемы. Администратору приходится самому выбирать лучший способрешения проблем.

Мало того, ни один изпродуктов нельзя рассматривать как полностью готовое к употреблению средство, способное в точности смоделировать работу существующей или даже вновьспроектированной сети. Необходимо потратить значительные средства на обучение, прежде чем станут возможными построение корректных моделей и интерпретацияполученных результатов. Затем понадобится еще в течение шести-девяти месяцевнепрерывно подстраивать модель, и только после этого она будет хотя быприблизительно приведена в соответствие с действительностью.

Чтобы понять, почему такполучается, надо вспомнить, как строятся модели при работе с этими продуктами. Все программы оснащены средствами графического проектирования, позволяющимистроить схемы сети с помощью буксировки значков, соответствующих различнымустройствам, из библиотеки на рабочее поле программы. Далее указывается, какимобразом устройства соединены LAN- и WAN-каналами, работающими на разныхскоростях, и, наконец, схема дополняется данными о работе сети, полученными отсетевых мониторов.

Получив все эти данные, программа строит систему математических уравнений, с помощью которыхмоделируется поведение сети. К сожалению, одна-две ошибки в начальнойинформации могут испортить все.

Средства моделирования сетей: достоинства и недостатки

NetMaker XA фирмы Make Systems, www.makesystems.com

COMNET Predictor фирмы CACI Products, www.caci.com

SES/Strategizer фирмы Scientific and Engineering Software, www.ses.com

Достоинства

Высочайшая производительность Огромное количество дополнительных модулей, в том числе библиотек устройств от разных производителей Хороший дополнительный модуль для анализа затрат Отличная функция разработки планов восстановления после отказа

Прекрасная возможность ввода данных о трафике в режиме реального времени Простота ввода гипотез о росте трафика с течением времени Возможность тонкой подстройки параметров сети с помощью простых диалоговых окошек

Невысокая цена, простота применения Легкость использования модулей для рисования схем Возможность тонкой настройки параметров сети Ясность схем сети

Недостатки

Очень высокая цена Необходимость использования дорогой SPARCstation Продуктом трудно пользоваться; требуется дополнительное обучение

Проблемы с установкой Трудность восприятия схем сети Неясность некоторых отчетов

Поставка на дискетах Невозможность расчета перспектив роста сети Некоторые отчеты невозможно просматривать, если на том же ПК не установлен Excel

Цена, дол.

40 000 за типичную конфигурацию

29 000

9995

Проблемы и тенденции

Средства моделирования столь жеразнообразны, как и отображаемые ими локальные сети

Системы управления сетьюобычно рекламируются как всеохватывающие и всемогущие. Средства моделированияработы сети назвать таковыми никак нельзя. Разброс цен на эти средствасоставляет от 129 дол. (за работающую под Windows программу LANModel от NetworkPerformance Insitute) до 40 тыс. дол. (за COMNET III от CACI, которая можетработать под Windows 95, Windows NT и Unix).

Каждый из продуктовдействительно имеет свою собственную «экологическую» нишу. Однисредства рассчитаны на управление локальными сетями, а другие предназначены дляадминистраторов территориально-распределенных сетей. Одни просто позволяютстроить схемы сетей и обладают ограниченными возможностями моделирования, другие же способны производить сложный анализ глобальных сетей.

Однако ни одно изсредств не способно охватить все задачи, поэтому если необходимо смоделироватьсеть и проанализировать ее работу, придется покупать несколько продуктов. Имеются также заметные различия между продуктами, которые, как утверждается, решают одни и те же задачи.

Возьмем, к примеру, моделирование. Хотя в комплект поставки многих продуктов, указанных в своднойтаблице, входят библиотеки сетевых элементов, устройств и протоколов, отнюдь невсе продукты способны моделировать одни и те же объекты. Скажем, программа CANEот ImageNet может моделировать 9000 различных устройств и конечных станций, акомплект поставки продукта SimuNet от Telenix содержит только библиотекумаршрутизаторов Cisco. Из 13 средств, перечисленных в таблице, десять способнымоделировать маршрутизаторы Cisco и другие устройства межсетевой связи, такиекак концентраторы, шлюзы и коммутаторы. Менее половины программ позволяютучитывать работу каналов связи локальных и территориально-распределенных сетей. В библиотеку одного из средств, NetArchitect от Datametrics System, входятпроцессоры, контроллеры дисков и диски.

Что же касаетсяпротоколов, надо отметить следующее. Восемь продуктов могут моделировать работупротоколов сетевого уровня, таких как IP и IPX. Семь программ способнымоделировать протоколы канального уровня, например IEEE 802.3, 802.5, ATM, frame relay. Шесть пакетов принимают во внимание протоколы как сетевого, так иканального уровня. Библиотека протоколов, входящая в состав пакета VirtualAgent от Network Tools, позволяет моделировать работу SNMP, который повсеместноиспользуется в локально-сетевых устройствах. Однако не так-то просто обнаружитьсредство, умеющее работать с частными протоколами для устаревшего оборудованияи связными протоколами.

Следует обязательновыяснить, работу каких сетевых элементов способно рассчитывать то или иноесредство. В этой области можно нарваться на самые интересные результаты. Большинство продуктов рассчитывают, как будут работать те элементы сети, окоторых у них имеются данные. Однако три пакета сплоховали: CANE от Image Netне может моделировать работу дисков, микросхем и контроллеров; Virtual Agent отNetwork Tools не принимает во внимание работу с очередями и скорость передачиданных по физическому носителю; SimuNet от Telenix не в состоянии учитывать, например, архитектуру устройств. За исключением NetArchitect от Datametrics, ниодно средство не умеет смоделировать работу системы в целом. Это означает, чтоневозможно принять во внимание, например, влияние параметров конечных станций. По-видимому, к этой проблеме производители обратятся несколько позже, когдастанут более распространенными сети, при построении которых учитываетсяхарактер работающих в них приложений. Службы каталогов и сетевые протоколы втаких сетях будут поддерживать передачу трафика, чувствительного к задержкам.

Кроме того, средствамоделирования сетей имеют несколько ограниченные возможности учета воздействияна пропускную способность сети работы с приоритетами и уровнями обслуживания. Если вспомнить, какое значение сейчас придается средствам предоставленияуровней обслуживания и управления ими, станет ясно, что этот недостаток долженбыть исправлен.

Достоинство всехперечисленных решений — наличие в их комплектах поставки примеров моделей ихарактеристик работы сети; - они помогают пользователям освоиться с продуктами. Это можно только приветствовать, поскольку моделирование и анализ поведениясетей — наука хитрая; производители и пользователи только начинают еепостигать.

Следует ожидать, чтосредства моделирования будут адаптироваться к изменениям характера сетей, которые становятся все более интеллектуальными и все в большей степениориентируются на системные параметры (в частности, на учет характера приложенийи предоставляемых сетевых услуг). В ближайшем будущем следует ожидать ипоявления средств моделирования и прогнозирования для Gigabit Ethernet. Этоособенно важно в связи с выявленными проблемами с дифференциальными задержкамина многомодовом кабеле.

Еще один важный момент -передача голоса через IP. Ясно, что производители средств моделирования будутобращать все больше внимания на эту проблему, по мере того как компании, стремящиеся переложить свой междугородний телефонный трафик на Internet, будутпытаться оценить воздействие соответствующей нагрузки на свои сети, базирующиеся на маршрутизаторах. Можно также ожидать появления новых компаний, которые сосредоточат свои усилия на новых технологиях, таких как GigabitEthernet и IP-телефония.

Появление новыхпроизводителей средств анализа приведет к усилению конкуренции и снижению ценна изделия, однако при этом усложнится проблема выбора.