Разработка и исследование имитационной модели локальных вычислительных сетей

Разработка и исследование имитационной модели локальных вычислительных сетей

2

рис. 1. Модель локальной сети в NetCracker Professional

Для построения указанной конфигурации были выполнены следующие действия:

Из базы данных устройств были выбраны Ethernet Workstation, Ethernet Switch и Ethernet Server и “перетащены” на рабочее поле. В этих устройствах уже предполагается наличие сетевого адаптера Ethernet, поэтому добавдять его вручную не надо.

Созданы связи между клиентом и коммутатором, а также между коммутатором и сервером. В свойствах канала указывался тип кабеля (витая пара), его длина и максимальная скорость передачи (10 Мбит/с)

Созданы профили рабочих нагрузок, которые были затем добавлены в качестве траффика между клиентом и сервером: 4 класса заявки с размером пакета 50 байт и 2 класса с размером пакета 1500 байт, временем подготовки и обработки 2 мс. Выведены индикаторы использования каналов передачи и скорости обработки в клиенте и сервере.

После завершения работы имитации были получены следующие результаты:

рис. 2.Отображение результата моделирования локальной сети

Данный пример наглядно показывает несовершенство примененной модели сети Ethernet. Никогда коэффициент использования моноканала не может достигать 100 %. Во-первых, метод доступа к среде CSMA/CD становится неэффективным при загруженности более 50-60%. С ее увеличением выше этой цифры, текущая пропускная способность практически не увеличивается.

Во-вторых, обязательные временные интервалы между пакетами также снижают пропусную способность.

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 = Qi,

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.

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.

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.

Затем можно пустить в ход предположения о росте сети - надо указать Predictor, в какой момент их следует включать в модель. По мере продвижения расчетов Predictor будет информировать пользователя о возникновении проблем. Например, сообщается, что через шесть месяцев уровень загрузки какого-либо маршрутизатора достигнет 80%, что является предельной величиной. Тогда можно ввести в модель еще один маршрутизатор и посмотреть, решит ли он это проблему.

Пользователю предоставляется целый ряд отчетов, однако чтобы извлечь из них полезную информацию, придется немало потрудиться: многие таблицы и графики дублируют друг друга, и это затрудняет понимание.

Цена данного продукта - 29 тыс. долл, что тоже весьма недешево. Доступны версии под Windows 95/NT и Unix.

Центральное место в сети здания занял модульный корпоративный коммутатор, который объединял на своей внутренней, как правило, очень производительной, магистрали все сети этажей и отделов. Коммутаторы потеснили маршрутизаторы потому, что их показатель "цена/производительность", рассчитанный для одного порта, оказался гораздо ниже при приближающихся к маршрутизаторам функциональным возможностям по активному воздействию на передаваемый трафик. Сегодняшние корпоративные коммутаторы умеют многое из того, что несколько лет назад казалось исключительной прерогативой маршрутизаторов: транслировать кадры разных технологий локальных сетей, например Ethernet в FDDI, осуществлять фильтрацию трафика по различным условиям, в том числе и задаваемым пользователем, изолировать трафик одного сегмента от другого и т.п. Коммутаторы ввели также и новую технологию, которая до их появления не применялась - технологию виртуальных сегментов, позволяющих перемещать пользователей из одного сегмента в другой чисто программным путем, без физической перекоммутации разъемов. И при всем при этом стоимость за один порт при равной производительности у коммутаторов оказывается в несколько раз ниже, чем у маршрутизаторов.

После завоевания магистрального уровня корпоративной сети коммутаторы начали наступление на сети рабочих групп, где до этого в течение последних пяти лет всегда использовались многопортовые повторители (концентраторы) для витой пары, заменившие пассивные коаксиальные сегменты. Появились коммутаторы, специально предназначенные для этой цели - простые, часто неуправляемые устройства, способные только быстро передавать кадры с порта на порт по адресу назначения, но не поддерживающие всей многофункциональности корпоративных коммутаторов. Стоимость таких коммутаторов в расчете на один порт быстро снижается и, хотя порт концентратора по-прежнему стоит меньше порта коммутатора рабочей группы, тенденция к сближению их цен налицо.

Типичная структура сети масштаба предприятия в общем виде приведена в прил.3.

При всем разнообразии структурных схем сетей, построенных на коммутаторах, все они используют две базовые структуры - стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль. На основе этих базовых структур затем строятся разнообразные структуры конкретных сетей

рис. 4 Стянутая в точку магистраль на коммутаторе

Преимуществом такой структуры является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы общей памяти, объединяющей модули портов, в несколько Гб/c не является редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены одной модели коммутатора на другую.

Положительной чертой такой схемы является не только высокая скорость магистрали, но и ее протокольная независимость. На внутренней магистрали коммутатора в независимом формате одновременно могут передаваться данные различных протоколов, например, Ethernet, FDDI и Fast Ethernet, как это изображено на рисунке. Подключение нового узла с новым протоколом часто требует не замены коммутатора, а просто добавления соответствующего интерфейсного модуля, поддерживающего этот протокол.

Если к каждому порту коммутатора в такой схеме подключен только один узел, то такая схема будет соответствовать микросегментированной сети.