27
информированы должным образом об ответственности за причинение
ущерба информационной системе. Руководство, в свою очередь, должно
поддерживать на высоком уровне приобретение качественных ресурсов для
защиты сети.
Учитывая, что универсального метода защиты сети на сегодняшний
день не существует, необходимо перманентно повышать квалификацию
специалисту по защите информационной сети.
28
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ
ПРЕДПРИЯТИЯ
2.1. Средство моделирования.
На сегодняшний день моделирование будущей сети является
неотъемлемым компонентом создания корпоративной компьютерной сети,
особенно если предполагается, что сеть будет иметь сложную топологию.
Компьютерная сеть предприятия, как система массового обслуживания
может быть представлена в виде наборов каналов обслуживания. Такой канал
состоит из очереди – заявок. В качестве заявки выступает блок байтов при
передаче данных или задание для обработки процессором. В дальнейшем
будем использовать в качестве понятия заявки универсальный термин
информационный кадр.
При этом канал обслуживания можно рассматривать как систему
обработки данных, которая характеризуется набором параметров:
T – период времени наблюдения за каналом
A – число информационных кадров поступивших в канал на
обслуживание
С – число информационных кадров на выходе канала обслуживания
Для оценки работоспособности используют такие характеристики как
=
Это интенсивность поступления информационных кадров в канал
обслуживания.
Пропускную способность канала определим как
X=
Информационный кадр поступает в процессор для обработки.
При моделировании канала обслуживания используются следующие
параметры. Поступая в процессор информационный кадр, задерживается для
29
обработки. Если время обработки равно B, то можно ввести параметр U – как
параметр загрузки процессора. Этот параметр определим в виде:
U =
Здесь T время наблюдения за процессором. Для оценки
производительности канала воспользуемся также коэффициентом S, который
позволяет определить время обслуживания информационных кадров,
поступивших на выход процессора. Это значение определяется по формуле
U=X*S
Этот параметр представляет собой коэффициент использования
системы. Этот коэффициент является частным случаем закона Литтла.
Так если информационный кадр находился в канале обслуживания от
момента постановки в очередь до момента выхода время W, то с учетом
времени наблюдения за каналом получим среднее число запросов
выполненных каналом в виде:
N=
Среднее время канала обслуживания на один запрос будет равно:
R=
С учетом указанных зависимостей закон Литтла для канала
обслуживания примет вид:
N=X*R
Таким образом, согласно закону Литтла среднее число
информационных кадров в канале должно быть равно произведению
пропускной способности системы на среднее время обслуживания на один
запрос.
Оценить работу вычислительной системы можно с помощью закона
Литтла:
30
1. Подсистема, состоящая из одного ресурса. В качестве, которого может
выступать жесткий диск рабочей станции сети.
2. Ресурс с очередью. Это жесткий диск или оперативная память рабочей
станции с очередью запросов на обслуживание.
3. Рабочая станция, или сервер с процессором и долговременной и
оперативной памятью.
4. Компьютерная сеть в целом равноправным доступом или выделенным
файлсервером.
Чтобы учесть реакцию пользователя рабочей станции закон Литтла
позволяет вывести зависимость для параметра R в виде:
R=
-Z
Здесь Z – время реакции пользователя рабочей станции.
Сервера и рабочие станции предоставляют пользователям сети доступ к
определенному ресурсу. Типичным примером такого ресурса является
жесткий диск, сервера и рабочей станции.
Для интенсивности доступа к ресурсу введем параметр
=
Здесь
– число обращений к ресурсу k. C учетом приведенных ранее
зависимостей пропускную способность ресурса можно определить как
=
*X
Оценить потребность в течении определенного в k ресурсе можно с
помощью зависимости
=
*
Рассмотренные параметры могут быть использованы при оценке
работы сети с сервером работающим в режиме разделения времени.
31
Моделирование производится с помощью специальных программ,
отдельно нужно отметить, что они достаточно дороги и сложны в
применении.
Моделирование корпоративной компьютерной сети необходимо в
качестве плана или схемы и должно включать в себя поиск оптимальной
топологии, выбор компьютерного оборудования, определение сетевых
рабочих характеристик, учет потенциальных возможностей будущего
развития и модернизации сети.
Для грамотного моделирования необходимо учитывать ряд
характеристик и параметров. Важным параметром является обозначение
предельных пропускных способностей различных фрагментов сети и
зависимости потерь пакетов от загрузки отдельных станций и внешних
каналов. Не менее важным фактором для моделирования будет учет времени
отклика основных серверов в разных режимах, и нежелательных в том числе.
Еще ряд важных факторов – влияние установки новых серверов на
перераспределение информационных потоков, а также решение оптимизации
топологии при возникновении узких мест в сети, выбор того или иного типа
сетевого оборудования, выбор внутреннего протокола маршрутизации и его
параметров, определение предельно допустимого числа пользователей того
или иного сервера, оценка влияния мультимедийного трафика на работу
локальной сети, например, при подготовке видеоконференций.
В результате, созданная модель должна пройти проверку на свою
оптимальность. Для этого потребуется определенное машинное время. Чтобы
не перегружать систему проверки, достаточно моделировать с точностью
чуть более десяти процентов.
Смысл моделирования состоит в том, чтобы, учитывая ее рабочие
параметры, иметь возможность проверить поведение сети при нагрузках.
Необходимо помнить, что одним из главных показателей успешности
созданной модели является способность сети решать поставленные перед ее
32
создателями задачи. Поэтому важно перед моделированием учесть характер
задач, призванных решать конкретными ЭВМ и другими сетевыми
элементами.
Моделирование может быть аналитическим и имитационным, это
зависит от целей и задач, сформулированных заказчиком.
На сегодняшний день существует достаточное количество
программных продуктов, нацеленных на моделирование корпоративных
компьютерных сетей. Такие программы могут сами моделировать сеть,
оперируя предложенными данными: протоколы, топология, потоки запросов,
линии связи и их протяженность, включенное оборудование и используемые
приложения. От исходных данных напрямую зависит качество результатов
моделирования
Рассмотрим предлагаемые на сегодняшний день программные
продукты для создания модели корпоративной компьютерной сети:
1. Система Prophesy относится к продуктам низкой ценовой категории
(стоимость ее составляет $1495), но при этом является полноценной
системой имитационного моделирования. Prophesy дает возможность
моделировать состояние сетевой среды для оперативного ежедневного
управления, позволяет проверить запланированные инвестиции, прежде чем
тратить реальные деньги.
2. Система Modeler от компании OPNET позволяет ускорить процесс
проектирования коммуникационных сетей, устройств, протоколов и
приложений. Пользователи могут затем проанализировать смоделированные
сети для сопоставления влияния различных конструкций системы на ее
конечное поведение. Modeler включает в себя широкий набор протоколов и
технологий, а также среду разработки, позволяющую производить
моделирование всех типов сетей и технологий, в том числе VoIP, TCP,
OSPFv3, MPLS, IPv6 и др.
33
3. Система COMNETIII – система имитационного моделирования сетей
COMNETIII позволяет точно предсказывать производительность локальных,
глобальных и корпоративных сетей. Система COMNETIII работает в среде
Windows 95, WindowsNT и Unix. COMNETIII предлагает использовать
простой и интуитивно понятный способ конструирования модели сети,
основанный на применении готовых базовых блоков, соответствующих
хорошо знакомым сетевым устройствам, таким как компьютеры,
маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры и каналы связи.
4. Система NetMaker XA. Вычислительное ядро моделирования,
используемое в NetMaker XA от Make Systems, – по мнению многих является
одним из наиболее мощных на рынке, и это сыграло немаловажную роль в
том, что к настоящему времени продукт зарекомендовал себя очень хорошо.
5. Система SES/Strategizer от Scientific and Engineering Software
занимает средний ценовой сегмент рынка средств моделирования сетей (цена
9995 долл.), но его возможности не позволяют моделировать возможность
роста сети. SES/Strategizer просчитывает модели очень быстро. Один из
серьезных недостатков программы – необходимость перезапуска модели при
каждом внесении каких-либо изменений.
6. Система Arena – это система имитационного моделирования. Arena –
основной программный продукт Systems Modeling. Корпорация Systems
Modeling была основана в 1982 г. Деннисом Педгеном, автором SIMAN –
первого промышленно-ориентированного общецелевого языка
имитационного моделирования. В настоящее время область деятельности
Systems Modeling включает в себя имитационное моделирование и
разработку технологического программного обеспечения.
Обработка данных в компьютерной сети может выполняться локально
на сервере или на отдельной рабочей станции. Как известно сеть
представляет собой объединение вычислительных ресурсов, поэтому
представляет интерес исследовать методику организации распределенных
34
вычислений в сети, когда отдельная задача разделяется на подзадачи для
обработки которых используются сетевые вычислительные ресурсы.
Рассмотрим N машин, связанных в произвольную компьютерную сеть.
Все машины вместе выполняют некоторый распределенный алгоритм
вычислений, который мы будем называть базовым алгоритмом. Каждая
машина может быть либо в активном состоянии, выполняя базовые
вычисления, либо в пассивном состоянии, если она завершила свою часть
распределенного вычисления. Активная машина, выполняющая базовые
вычисления, может посылать информационный кадр каким-либо другим
машинам в сети, передавая им часть работы.
Информационные кадры получаются адресатом после некоторой
задержки в сети без потерь. Если пассивная машина получает
информационный кадр, она становится активной, активная машина,
получившая информационный кадр, остается активной и продолжает
вычисления.
Из активного состояния переход машины в пассивное состояние может
произойти по завершении ее части общих вычислений в любой момент.
Прием информационного кадра является единственным событием, которое
переключает машины из пассивного в активное состояние. Отсюда следует,
что ситуация, в которой все машины пассивны, а в сети нет сообщений,
посланных ранее какой-нибудь из активных машин, является стабильной:
распределенное вычисление завершено.
Для моделирования работы сети, выполняющей распределенные
вычисления, требуется использовать алгоритм распределенного завершения.
Суть алгоритма состоит в том, чтобы некоторая машина с определенным
номером, обнаружила, что система пришла в стабильное состояние как
можно быстрее. Тестируемая машина должна использовать информацию от
остальных машин об их состоянии. Алгоритм определения распределенного
завершения не может быть просто проверкой текущего состояния всех
35
машин в сети и принятия решения о завершении вычислений, если все
машины отрапортовали о том, что они пассивны.
Это обусловлено тем, что:
1. Мгновенно такую проверку выполнить в распределенной системе
невозможно.
2. В канале могут находиться задержанные сообщения базового
алгоритма, которые могут активизировать перешедшую в пассивное
состояние машину, которая уже послала рапорт о своем пассивном
состоянии.
Поэтому алгоритм обнаружения завершения вычислений в
распределенной сети машин является сложно формализуемой задачей.
Для исследования работы распределенной вычислительной системы,
введем понятие зондирования.
Зондирование может быть инициировано выделенной машиной с
номером n в любом состоянии всей сети, при любом распределении
активностей в ней. Поэтому запущенный алгоритм зондирования может дать
отрицательный результат, если сеть машин не находится в стабильном
состоянии. Обычно алгоритм зондирования запускается первой – нулевой
машиной периодически: если очередной сеанс зондирования оказался
неудачным, инициируется следующий раунд.
Одно из решений задачи распределенного завершения было
предложено голландским ученым Э.Б. Дейкстрой. Этот алгоритм работает на
произвольном числе машин, пронумерованных от 0 до N, связанных в
виртуальное кольцо. Алгоритм состоит из повторения циклов зондирования
сети посылкой зонда (токена) по кольцу машин.
Данный распределенный алгоритм состоит из следующих правил,
которые гарантируют решение проблемы: каждая машина в сети
поддерживает счетчик Counter. Каждая посылка сообщения базового
алгоритма увеличивает Counter на 1; прием базового сообщения
36
уменьшает Counter на 1. Таким образом, сумма всех счетчиков в сети машин
в некоторый момент времени равна числу сообщений, задержанных в сети.
Если сумма значений счетчиков 0, то никаких базовых сообщений в
сети нет. Машина 0 инициирует шаг зондирования в любой момент и в
любом своем состоянии, посылая токен со значением 0 машине N - 1. Каждая
машина i задерживает полученный токен до тех пор, пока не станет
пассивной. После этого значение токена увеличивается на Counter, и токен
передается машине i-1.
Машины, и токен окрашены в определенный цвет. Вначале все
машины и токен белые. Машина, получившая базовое сообщение, становится
черной. Когда машина передает токен, она становится белой. Если черная
машина передает токен, токен становится черным, в противном случае токен
сохраняет свой цвет.
Когда машина 0 получает свой токен, прошедший по кольцу всех
машин, очередной цикл зондирования закончен. Машина 0, получив токен,
ждет, пока она не перейдет в пассивное состояние. После этого она делает
заключение о завершении
базовых вычислений в сети машин при следующих условиях:
− сама машина 0 белая;
− полученный токен белый;
− сумма значений токена и счетчика Counter машины 0 равна 0.
В противном случае завершения на этом цикле не обнаружено, машина
0 запускает новый цикл зондирования.
Все параллельно выполняющиеся процессы в распределенной системе
распадаются на две группы. Первую группу составляют базовые вычисления
с активными и пассивными машинами, передачей информационных кадров и
их задержками, приемом сообщений и активизацией принимающего
процесса, если он был пассивен. Вторую группу составляют процессы