Имитационное моделирование компьютерных сетей
Понятие и цели моделирования
Эффективностьпостроения и использования корпоративных информационных систем сталачрезвычайно актуальной задачей, особенно в условиях недостаточногофинансирования информационных технологий на предприятиях.
Критериямиоценки эффективности могут служить снижение стоимости реализации информационнойсистемы, соответствие текущим требованиям и требованиям ближайшего времени, возможность и стоимость дальнейшего развития и перехода к новым технологиям.
Основуинформационной системы составляет вычислительная система, включающая такиекомпоненты, как кабельная сеть и активное сетевое оборудование, компьютерное ипериферийное оборудование, оборудование хранения данных (библиотеки), системноепрограммное обеспечение (операционные системы, системы управления базамиданных), специальное ПО (системы мониторинга и управления сетями) и в некоторыхслучаях прикладное ПО.
Наиболеераспространенным подходом к проектированию информационных систем в настоящеевремя является использование экспертных оценок. В соответствии с этим подходомспециалисты в области вычислительных средств, активного сетевого оборудования икабельных сетей на основании имеющегося у них опыта и экспертных оценокосуществляют проектирование вычислительной системы, обеспечивающей решениеконкретной задачи или класса задач. Этот подход позволяет минимизироватьзатраты на этапе проектирования, быстро оценить стоимость реализацииинформационной системы. Однако решения, полученные с использованием экспертныхоценок, носят субъективный характер, требования к оборудованию и программномуобеспечению также грешат субъективностью, как и оценка гарантийработоспособности и развиваемости предлагаемого проекта системы.
Вкачестве альтернативного может быть использован подход, предполагающийразработку модели и моделирование (имитацию работы — simulation) поведениявычислительной системы.
Бездефектноепроектирование вычислительных систем
Можно говорить о"бездефектном" проектирования информационных систем. Оно достигаетсякомплексным применением высокоуровневого моделирования (моделирования функцийили бизнес-процессов) предприятия и низкоуровневого моделированиявычислительной системы. Общая условная схема бездефектного проектированияинформационной системы приведена на рис. 1.
Использованиевысокоуровневого моделирования позволяет гарантировать полноту и правильностьвыполнения информационной системой функций, определенных заказчиком. То естьпостроенная модель безупречна по функциональности (система должна выполнять то, что задумано). Однако гарантировать, что конкретная реализация вычислительнойсистемы на предприятии будет выполнять эти функции, высокоуровневоемоделирование не может.
Ксистемам высокоуровневого моделирования относятся такие системы, как ARIS, Rational Rose. С их помощью реализуются принципы структурного анализа, когдапредприятие представляется в виде сложной системы, состоящей из разныхкомпонентов, имеющих различного рода взаимосвязи друг с другом. Эти средствапозволяют определить и отразить в моделях основные компоненты предприятия, протекающих процессов, используемой информации, а также представить взаимосвязимежду этими компонентами.
Создаваемые модели представляют собойдокументированную совокупность знаний об ИС предприятия — о его организационнойструктуре взаимодействиях между предприятием и прочими субъектами рынка, составе и структуре документов, последовательностях шагов процессов, должностных инструкциях отделов и их сотрудников.
Моделирование функций вычислительной системынапрямую сегодня не представляется возможным. Данная задача в полном объеме неразрешима. Однако возможно моделирование работы системы в динамике (динамическое моделирование), при этом его результаты позволяют по косвеннымпоказателям судить о функционировании всей системы.
Так, мы не можем проверить правильность функционирования сервера базы данных ипрограммного обеспечения, однако по выявляемым задержкам на сервере, необслуженным запросам
Такимобразом, рассматриваемые системы предназначены не для функциональногомоделирования вычислительных систем (это, к сожалению, невозможно), а для динамическогоих моделирования.
|
Моделированиевычислительной системы позволяет произвести более точный, по сравнению сэкспертными оценками, расчет необходимой производительности отдельныхкомпонентов и всей системы в целом, в том числе системного и прикладногопрограммного обеспечения. При этом появляется возможность использовать немаксимальные значения характеристик используемого вычислительного оборудования, а характеристики, учитывающие, специфику использования этого оборудования вконкретном учреждении.
Основумоделирования составляют модели оборудования и процессов (технологий, программного обеспечения), используемых при работе интересующего объекта. Примоделировании на компьютере воспроизводятся реальные процессы в обследуемомобъекте, исследуются особые случаи, воспроизводятся реальные и гипотетическиекритические ситуации. Основным достоинством моделирования является возможностьпроведения разнообразных экспериментов с исследуемым объектом, не прибегая кфизической реализации, что позволяет предсказать и предотвратить большое числонеожиданных ситуаций в процессе эксплуатации, которые могли бы привести кнеоправданным затратам, а может, и к порче оборудования.
Вслучае моделирования вычислительных систем таким объектом являетсяинформационная система, определяющая способы получения, хранения, обработки ииспользования различной корпоративной и внешней информации.
Впроцессе моделирования возможно следующее:
= 623; определение минимально необходимого, но обеспечивающего потребности передачи, обработки и хранения информации оборудования (даже не имеющего реальныханалогов) в настоящее время;
= 623; оценка необходимого запаса производительности оборудования, обеспечивающеговозможное увеличение производственных потребностей в ближайшее время (один-двагода);
= 623; выбор нескольких вариантов оборудования с учетом текущих потребностей, перспективы развития на основании критерия стоимости оборудования;
= 623; проведение проверки работы вычислительнойсистемы, составленной из рекомендованного оборудования.
Использование моделирования дляоптимизации производительности сети
Методы аналитического, имитационного инатурного моделирования
Моделитеории массового обслуживания
Рис. 4.1.Применение модели теории массового обслуживания M/M/1 для анализа трафика всети Ethernet
Специализированные системыимитационного моделирования вычислительных сетей
Системдинамического моделирования вычислительной системы достаточно много, ониразрабатываются в разных странах. Удалось обнаружить такие системы, произведенные в Румынии и других странах, не являющихся лидерамикомпьютерно-информационной индустрии. Кроме того, зачастую развитые системыдиагностирования установленной вычислительной системы (интеллектуальныекабельные тестеры, сканеры, анализаторы протоколов) также причисляют к системаммоделирования, что не соответствует действительности. Классифицируем системы подвум связанным критериям: цена и функциональные возможности. Как и следовалоожидать, функциональные возможности систем моделирования жестко связаны с ихценой. Анализ предлагаемых на рынке систем показывает, что динамическоемоделирование вычислительных систем — дело весьма дорогостоящее. Хотитеполучить реальную картину в вычислительной системе — платите деньги. Всесистемы динамического моделирования могут быть разбиты на две ценовыекатегории:
= 623; Дешевые (сотни и тысячи долларов).
= 623; High-end (десятки тысяч долларов, в полном варианте — сто и более тысячдолларов).
Ксожалению, найти системы среднего ценового диапазона не удалось, однако многиеиз них представляют собой набор пакетов и разброс в цене одной и той же системыопределяется комплектом поставки,
= 623; Системы, моделирующие отдельные элементы (компоненты) системы.
= 623; Системы, моделирующие вычислительную систему целиком.
Компания и продукт | Стоимость (долл) | Тип сети | Требуемые ресурсы | Примечания |
American HYTech, Prophesy | 1495 | ЛС | 8МбОП, 6 Мбдиск, DOS, Windows, OS/2 | Оценивание производительности при работе с текстовыми и графическими данными по отдельным сегментам и сети в целом |
CACI Product, COMNET III | 34 500−39 500 | ЛС, ГС | 32 МбОП, 100 Мбдиск, Windows, Windows NT, OS/2, Unix | Моделируетсети X.25, ATM, Frame Relay, связи LAN-WAN, SNA, DECnet, протоколы OSPF, RIP. Доступ CSMA/CD и токенный доступ, FDDI и др. Встроенная библиотека марщрутизаторов 3COM, Cisco, DEC, HP, Wellfleat, … |
Make System, NetMaker XA | 6995−14 995 | ЛС, ГС | 128 МбОП, 2000 Мбдиск, AIX, Sun OS, Sun Solaris | Проверка данных о топологии сети; импорт информации о трафике, получаемой в реальном времени |
NetMagic System,StressMagik | 2995 | ЛС | 2 МбОП, 8 МБдиск, Windows | Поддержка стандартных тестов измерения производительности; имитация пиковой нагрузки на файл-сервер |
Network Analysis Center, MIND | 9400−70 000 | ГС | 8 MбОП, 65 Мбдиск, DOS, Windows | Средство проектирования, оптимизации сети, содержит данные о стоимости типичных конфигураций с возможностью точного оценивания производительности |
Network Design and Analysis Group, AutoNet/ Designer | 25 000 | ГС | 8 MбОП, 40 Мбдиск, Windows, OS/2 | Определение оптимального расположения концентратора в ГС, возможность оценки экономии средств за счет снижения тарифной платы, смены поставщика услуг и обновления оборудования; сравнение вариантов связи через ближайшую и оптимальную точку доступа, а также через мост и местную телефонную сеть |
Network Design and Analysis Group, AutoNet/ MeshNET | 30 000 | ГС | 8 MбОП, 40 Мбдиск, Windows, OS/2 | Моделирование полосы пропускания и оптимизация расходов на организацию ГС путем имитации поврежденных линий, поддержка тарифной сетки компаний AT & T, Sprint, WiTel, Bell |
Network Design and Analysis Group, AutoNet/ Performance-1 | 4000 | ГС | 8 MбОП, 1 Мбдиск, Windows, OS/2 | Моделирование производительности иерархических сетей путем анализа чувствительности к длительности задержки, времени ответа, а также узких мест в структуре сети |
Network Design and Analysis Group, AutoNet/ Performance-3 | 6000 | ГС | 8 MбОП, 3 Мбдиск, Windows, OS/2 | Моделирование производительности многопротокольных объединений локальных и глобальных сетей; оценивание задержек в очередях, прогнозирование времени ответа, а также узких мест в структуре сети; учет реальных данных о трафике, поступающих от сетевых анализаторов |
System& Networks, BONES | 20 000−40 000 | ЛС, ГС | 32 MбОП, 80 Мбдиск, Sun OS, Sun Solaris, HP-UX | Анализ воздействия приложений клиент-сервер и новых технологий на работу сети |
MIL3,Opnet | 16 000−40 000 |
| 16 МбОП, 100 Мбдиск, DEC AXP, Sun OS, Sun Solaris, HP-UX | Имеет библиотеку различных сетевых устройств, поддерживает анимацию, генерирует карту сети, моделирует полосу пропускания. |
Наиболее популярные системы моделирования
BONeS (фирма Systems and Networks) — графическая системамоделирования общего назначения для анализа архитектуры систем, сетей ипротоколов. Описывает модели на транспортном уровне и на уровне приложений. Дает возможность анализа воздействия приложений типа клиент — сервер и новыхтехнологий на работу сети.
Netmaker (фирма OPNET Technologies) — проектирование топологии, средства планирования и анализа сетей широкого класса. Состоит из различныхмодулей для расчета, анализа, проектирования, визуализации, планирования ианализа результатов.
Optimal Perfomance (фирма Compuware; Optimal Networks) — имеетвозможности быстрого оценочного и точного моделирования, помогаетоптимизировать распределенное программное обеспечение.
Prophesy (компания Abstraction Software) — простая система длямоделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет оценить время реакциикомпьютера на запрос, количество «хитов» на WWW-сервере, количестворабочих станций для обслуживания активного оборудования, запаспроизводительности сети при поломке определенного оборудования.
Семейство CANE (компания ImageNet) -- проектирование иреинжиниринг вычислительной системы, оценка различных вариантов, сценарии"что, если". Моделирование на различных уровнях модели OSI. Развитаябиблиотека устройств, которая включает физические, электрические, температурныеи другие характеристики объектов. Возможно создание своих библиотек.
Семейство COMNET (фирма Compuware; CACI Products Company) --объектно-ориентированная система моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет моделировать уровни: приложений, транспортный, сетевой, канальный. Использует все известные на сегодня технологии и протоколы, а также системыклиент -- сервер. Легко настраивается на модель оборудования и технологий. Возможность импорта и экспорта данных о топологии и сетевом трафике. Моделирование иерархических сетей, многопротокольных локальных и глобальныхсетей; учет алгоритмов маршрутизации.
Семейство OPNET (фирма OPNET Technologies) — средство дляпроектирования и моделирования локальных и глобальных сетей, компьютерныхсистем, приложений и распределенных систем. Возможность импорта и экспортаданных о топологии и сетевом трафике. Анализ воздействия приложений типа клиент-- сервер и новых технологий на работу сети. Моделирование иерархических сетей, многопротокольных локальных и глобальных сетей; учет алгоритмов маршрутизации. Объектно-ориентированный подход. Исчерпывающая библиотека протоколов иобъектов. Включает следующие продукты: Netbiz (проектирование и оптимизациявычислительной системы), Modeler (моделирование и анализ производительностисетей, компьютерных систем, приложений и распределенных систем), ITGuru (оценкапроизводительности коммуникационных сетей и распределенных систем).
Stressmagic (фирма NetMagic Systems) -- поддержкастандартных тестов измерения производительности; имитация пиковой нагрузки нафайл-сервер и сервер печати. Возможно моделирование взаимодействия различныхпользователей с файл-сервером. Включает 87 тестов производительности.
Таблица1. Системы моделирования
Компания | Продукт | Стоимость, долл. | Тип сети | Операционная система |
Systems and Networks | Bones | 20 000 - 40 000 | LAN, WAN, клиент-серверные архитектуры | Sun Solaris, Sun OS, HP/UX |
ImageNet (http://www.imagenet-cane.com/) | CANE | 7900 - 25 000 | LAN, WAN, клиент-серверные архитектуры | Windows NT |
Optimal Networks (Compuware) (http://www.optimal.com/) | Optimal Perfomance | 5000 — 30 000 | LAN, WAN | Windows 98/NT s |
Abstraction Software (http://www.abstraction.com/) | Prophesy | 599 | LAN, WAN | Windows 98/NT, OS/2 |
Network Analysis Center (http://www.nacmind.com/, http://www.salestar.com/) | WinMIND | 9500 — 41 000 | WAN | Windows 98/NT |
CACI Products (Compuware) (http://www.caciasl.com/, http://www.compuware.com/) | Семейство COMNET | 19 000 - 60 000 | LAN, WAN клиент-серверные архитектуры | Windows 98/NT, OS/2, AT&T Unix, IBM AIX, DEC Ultrix, Sun Solaris, Sun OS, HP/UX |
OPNET Technologies (MIL3) (http://www.mil3.com/, http://www.opnet.com/) | Семейство OPNET | 16 000 - 40 000 | LAN, WAN, клиент-серверные архитектуры | DEC AXP, Sun Solaris, Sun OS, HP/UX, Silicon Graphics IRIX, IBM AIX, Windows |
NetMagic Systems (http://www.netmagicinc.com/) | StressMagic | 3000 на 1 файл-сервер | LAN | Windows 98/NT |
Болееподробные сведения об этих системах и их характеристиках приведены в табл. 1. Кчислу наиболее мощных и интересных относятся COMNET III фирмы CACI ProductsCompany (в 2000 году система была продана фирме Compuware) и OPNET фирмы OPNETTechnologies (ранее называлась MIL3).
Система имитационного моделирования COMNETкомпании CACIProducts
- COMNETBaseliner - пакет, предназначенный для сбора исходных данных о работе сети, необходимых для проведения моделирования.
- COMNETIII вместе с пакетом AdvanceFeaturesPack — система детального моделирования сети.
- COMNETPredictor - система быстрой оценки производительности сети.
COMNETBaseliner
- Импортировать информацию о топологии сети, возможно, в иерархическом виде;
- Комбинировать информацию из нескольких файлов регистрации трафика, которые могут импортироваться из разных средств мониторинга в единую модель трафика;
- Предоставлять полученную модель трафика для предварительного беглого обзора;
- Просматривать графическое представление межузлового взаимодействия, в котором трафик каждой пары узлов отображается линией определенного цвета.
Топологическая информация: | Информация о трафике: |
| Network General Expert Sniffer Network Analyzer |
| Network General Distributed Sniffer System |
| Frontier Software NETscout |
| Axon Network LAN servant |
| HP NetMetrix |
| Wandel & Goltermann Domino Analyzer Compuware EcoNet |
| Большинство средств RMON |
COMNETIII
Общая характеристика
- Прогнозируемые задержки между конечными и промежуточными узлами сети, пропускные способности каналов, коэффициенты использования сегментов, буферов и процессоров.
- Пики и спады трафика как функцию времени, а не как усредненные значения.
- Источники задержек и узких мест сети.
Рис. 4.1.Моделирование сети с помощью системы COMNETIII