Моделі, алгоритми та технології менеджменту конфігурації комп'ютерних мереж

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет радіоелектроніки

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛІ, АЛГОРИТМИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ МЕНЕДЖМЕНТУ КОНФІГУРАЦІЇ КОМП'ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ

05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Аль Раваджба Мохаммад Ратеб

Харків 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Саєнко Володимир Іванович, Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, доцент кафедри інформаційних управляючих систем

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, доцент Самойленко Микола Іванович, Харківська державна академія міського господарства, завідувач кафедрою САПР;

- кандидат технічних наук, Шевчук Анатолій Степанович, Національна акціонерна компанія “Нафтогаз України”, заступник начальника управління

Провідна установа - Національний технічний університет України “КПІ”, кафедра технічної кібернетики, м. Київ.

Захист відбудеться “ 16 ” червня 2000 р. 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.01 в Харківському державному технічному університеті радіоелектроніки, за адресою: 61166, м.Харків, просп.Леніна, 14; т. 409-451.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету радіоелектроніки, просп.Леніна, 14.

Автореферат розісланий “ 16 ” травня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Авраменко В.П.

АНОТАЦІЯ

Аль Раваджба Мохаммад Ратеб. Моделі, алгоритми та технології менеджменту конфігурації комп'ютерних мереж. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, Харків, 2000.

Дисертація присвячена питанням розробки нових інформаційних технологій, використовуваних у спеціальних автоматизованих системах, називаних системами мережного менеджменту. Формалізовано опис процесу менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі у вигляді функціональних схем, що дозволяють провести декомпозицію складних задач на окремі етапи (конфігурацію потужності, зв'язків і компонент), розроблені моделі й алгоритми моніторингу стану мережі та її компонентів на основі статистичних моделей, розроблені алгоритми пошуку елементів типу “вузьке місце” і алгоритми активної зміни стану функціонування робочої станції, запропонована комплексна методика менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі, описані технології реалізації методики з використанням протоколів SNMP.

Подано інформацію про практичну реалізацію розроблених алгоритмів і методик.

Ключові слова: моніторинг мереж, менеджмент мереж, конфігурації мереж, MIB бази, продуктивність мереж, утилізація мереж.

ABSTRACT

комп'ютерний автоматизований менеджмент

Mohammad Rateb Al Rawajbeh . Models, Algorithms and Technologies for Configuration Management of Networks. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree on speciality 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. - Kharkov State Technical University of Radioelectronics, Kharkov, 2000.

The thesis deals with the questions of development of new network information technologies, used in special automated systems, named as network management systems. The schema description of configuration management process of a computer network is formalized, it permit to decompose of complex problems on separate stages (configuration of network power, communications and component). Models and algorithms of a network condition and network component monitoring are worked out. The search algorithms of " a narrow place " elements and algorithms of active change the work of working station condition are developed on the basis of statistical models, A complex technique of a configuration management of a computer network are developed. Technologies of realization of a technique with use a SNMP protocol is described.

Information on practical realization of developed algorithms and techniques is submitted.

Key words: network monitoring, network management, network configuration, MIB database, and productivity of networks, network utilization.

АННОТАЦИЯ

Аль Раваджба Мохаммад Ратеб. Модели, алгоритмы и технологии менеджмента конфигурации компьютерных сетей. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Харьковский государственный технический университет радиоэлектроники, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки новых информационных технологий, используемых в специальных автоматизированных системах, называемых системами сетевого менеджмента. Для решения задачи была проведена формализация процесса менеджмента компьютерной сети в виде функциональных схем, которые позволили провести декомпозицию общей задачи менеджмента на три: задача мониторинга, задача администрирования и задача управления. Задача менеджмента рассматривается в стандартной постановке OSI модели, в которой была формализована конкретная научная задача, связанная с разработкой технологий менеджмента конфигурации сети.

В работе показано, что решение задачи менеджмента конфигурации сводится к решению трех подзадач: конфигурации связей, конфигурации компонент и конфигурации мощности. Для каждой подзадачи разработаны модели и алгоритмы мониторинга состояния компьютерной сети. В основе были положены статистические модели и результаты статистического анализа данных, учитывающих статический и динамический характер изменения основных параметров сети. В качестве основных параметров рассматривались усредненные оценки производительности и нагрузки как отдельных компонент, так и сегментов в целом. Результатом решения задачи мониторинга являются оценочные решения о степени отклонения состояния сети от заданного базового уровня соответствующего параметра.

В зависимости от оцененной ситуации решение передается либо модулям администрирования, требующих изменения общей политики в сети, либо модулям управления, осуществляющим коррекцию интенсивности работы выделенных станций. Для достижения конечного стабилизирующего результата предложены алгоритмы, названные алгоритмами поиска “узкого места” и алгоритм понижения нагрузки.

Алгоритм поиска “узкого места” основан на выявлении станций или приложений, приводящих в возникновении блокировок при работе информационных серверов сети. В основе алгортмов положены матричный и графовые топологические структуры, положения теории множеств и условия алгебры логики.

Алгоритм понижения нагрузки реализует грубую процедуру управления интенсивностью нагрузки конкретной станции путем изменения интенсивности работы конкретного приложения за счет временной остановки активных нитей процессов, соотвествующих этому приложению на рассматриваемой станции.

Модели и алгоритмы доведены до практической реализации в виде программных инструментальных средств с использованием технологий менеджер-сервер-клиент-агент, протоколов SNMP и информационных структур, соответствующих спецификации баз данных управляющей информации (MIB). Представлена информация о практической реализации разработанных алгоритмов и методик и о результатах апробации их на объектах реальных задач, решаемых на этапах модернизации структуры корпоративных сетей и оптимизации нагрузок на серверы.

Ключевые слова: мониторинг сетей, менеджмент сетей, конфигурации сетей, MIB базы, производительность сетей, утилизация сетей.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний етап розвитку інформаційних технологій в Україні пов'язані із широким упровадженням технологій комп'ютерних мереж і розподілених баз даних. Жодна з існуючих систем автоматизованого керування підприємством на сьогодні не в змозі існувати без ефективної підтримки комп'ютерною мережею, що виконує функції транспортної мережі передачі комп'ютерних повідомлень. Збільшення складності конфігурації комп'ютерних систем призвело до виникнення проблем, пов'язаних з появою різноманітних блокувань, відмов, втрат інформації. Одним із шляхів рішення цих проблем є використання спеціальних автоматизованих систем, призначених винятково для забезпечення функціональності мережної системи і систем керування, що одержали назву, систем управління комп'ютерними мережами (Network Management System).

Така система часто являє собою набір інструментальних засобів з адміністрування мережі і контролю стану її ресурсів. Для спрощення загальної задачі мережного менеджменту вона розбивається на ряд областей, однією з яких є область менеджменту конфігурації. В основу моделей мережного менеджменту призначені відомі і що розвиваються методи опрацювання статистичної інформації випадкових процесів, що відображають зміну навантаження і продуктивності в сегментах комп'ютерної мережі в реальному масштабі часу. У цьому напрямку значушими є результати, отримані українськими і закордонними вченими: Дж. Мартіном, Ю. Като, Ф.Куо, L.G. Roberts, D.W.Davies, C.Sunshine, Заборовським В.С., Подгурським Ю. Е., Лопотою В.А., Б. Совєтовим, А.Г. Евдокимовим, М.І. Самойленко, А.Д. Тевяшевим та ін. Значний внесок у розвиток напрямку з мережного менеджменту внесли українські вчені Київського інституту кібернетики, Київського національного політехнічного університету, С.-Петербургського Технічного Університету, Афінського університету та інших українських і закордонних навчальних, наукових закладів і лабораторій підприємств.

З огляду на те, що всі системи мережного менеджменту відносяться до високотехнологічних цілком закритих систем, особливу актуальність набувають питання розробки відкритих технологій опрацювання потоків даних у мережах, що подаються відповідними моделями та алгоритмами, і розробки відповідних програмних інструментальних засобів. Такі засоби значно підвищують надійність і безпеку функціонування інформаційних систем у цілому, що особливо важливо для будь-якої держави, що використовує в основному програмні платформи закордонного виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконана автором на кафедрі інформаційно-управляючих систем Харківського державного технічного університету радіоелектроніки відповідно до планів науково-дослідних робіт у рамках держбюджетних тематик № 459-1 (010) “Розробка методів, методологій та засобів проектування забезпечень розподілених ІУС з параметрами, що вимагаються” і темою 392 " Розробка концепції та технологій побудови розподілених інформаційних систем на базі стандартизованих мережевих платформ”, договори про співдружність № 845111 від 22 липня 1999 р. з ОАО Фармфірмою “Здоров'я” . Автор брав участь у виконанні робіт як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою даного дослідження є розробка моделей, алгоритмів і технологій, що є складовою частиною автоматизованих систем менеджменту конфігурації комп'ютерних мереж, якi забезпечують підвищення ефективності функціонування розподілених інформаційних систем у цілому.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються такі задачі:

вивчення та аналіз існуючих підходів до оцінки стану комп'ютерної мережі та її компонент, а також аналіз нових технологій, що використовуються в інформаційно-керуючих системах мережного керування;

розробка моделей і алгоритмів менеджменту комп'ютерних багатосегментних корпоративних мереж із централізованим адмініструванням;

проведення досліджень розроблених моделей і методик з метою розробки ефективних технологій їхніх реалізацій;

програмна реалізація розроблених алгоритмів і методик з метою інтеграції їх у систему менеджменту мереж;

упровадження розроблених алгоритмів і програм при рішенні конкретних практичних задач.

Об'єктом досліджень є багатосегментні корпоративні мережі з централізованою політикою адміністрування і їхні процеси передачі даних.

Предметом досліджень є моделі, алгоритми і технології менеджменту конфігурації комп'ютерних мереж, що є основою для побудови автоматизованих систем мережного менеджменту і їхніх інструментальних засобів.

Методи досліджень. В основі роботи були використані методи теорії графів для опису топологічних структур мереж, методи статистичних досліджень і аналізу даних для опису характеристик стану мереж, методи теорії алгоритмів і методи теорії оптимізації для розробки алгоритмів прийняття рішень в умовах непевності стану мережі.

Наукова новизна одержаних результатів. У ході виконання даного дослідження отримані такі результати:

Вперше формалізований опис процесу менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі, що дозволяє провести декомпозицію складних задач управління та адміністрування мережними ресурсами на окремі етапи.

Удосконалено методи оцінки стану комп'ютерної мережі та її компонентів на основі статистичних показників функціонування мережі, що дозволяє підвищити якість вимірювальної інформації про об'єкти та підвищити достовірність оцінок стану мережі в цілому при рішенні задач менеджменту конфігурацій.

Вперше розроблено моделі моніторингу стану мережі та її компонентів на основі статистичних моделей, що дозволяють формалізувати алгоритми моніторингу та створити інструментальні програмні засоби автоматизованих систем адміністрування і керування станом комп'ютерної мережі.

Удосконалено методи зміни стану комп'ютерної мережі для динамічних і статичних конфігураційних процесів адміністрування і керування ресурсами та потоками комп'ютерної мережі на основі розроблених моделей моніторингу, що дозволяє формалізувати алгоритми та технології практичної реалізації процесу менеджменту конфігурації комп'ютерних мереж.

Удосконалено концепцію синтезу автоматизованої системи адміністру-вання і керування станом комп'ютерної мережі, що поширюється на клас систем менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі.

Практичне значення одержаних результатів. Результати виконаних досліджень використані при оптимізації комп'ютерних мереж в ОАО Фармфірма "Здоров'я" (підтверджено актом про впровадження). У результаті впровадження були виявлені причини блокувань мережі, сформовані пропозиції про реконфігурацію мережі та перерозподілу трафіку.

Теоретичні положення використані на час читання лекцій за фахом “Комп'ютерні системи опрацювання інформації і управління ” у курсі “Адміністрування і моніторинг комп'ютерних мереж” у ХТУРЕ на кафедрі ІУС.

Основні методичні положення роботи використані при розробці методики формування розгорнутої політики адміністрування мережі в рамках виконання держбюджетної теми № 459-1 (010) і теми 392 .

Особистий внесок здобувача. Всі результати роботи отримані автором самостійно.

У роботі [1] запропоновано результати аналізу використання нових мережних Intranet технологій; у [2] - уявлення збереження даних у надійних багатомірних базах даних, у [3] - методика оцінки стана мережі, у [4] - алгоритми динамічної реконфігурації мережі за умови технологічного старіння компонент, у [5] запропоновані алгоритми моніторингу стану комп'ютерної мережі, у [6] запропоновані опіси процесів менеджменту конфігурацій, у [7] описана методика формування політики в мережі, у [8] описані технології реалізації алгоритмів моніторингу, у [10] описана структура управляючої інформації в службових базах даних менеджменту мереж.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, включених у дану роботу, докладувались і обговорювалися на 3-й Міжнародній конференції “Теорія і техніка передачі, прийому й обробки інформації” (Туапсе, 1997 р.), 4-й Міжнародній конференції “Теорія і техніка передачі, прийому та обробки інформації” (Туапсе, 1998 р.), 5-й Міжнародній конференції “Теорія і техніка передачі, прийому та обробки інформації” (Туапсе, 1999 р.), I-й науково-методичній конференції “Використання комп'ютерних технологій у навчальному процесі” (Харків, 1997 р.), I-ой молодіжному форум "Радіоелектроніка і молодь у XXI сторіччі" (Харків, 1998), II-ой молодіжний форум "Радіоелектроніка і молодь у XXI сторіччі" (Харків, 1999).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 10 роботах, із них шість статей у збірниках по профілі фаху відповідно до списку ВАК, 4 тез доповідей конференцій.

Структура дисертації. Робота складається з чотирьох розділів, вступу, висновків і додатків. Обсяг дисертації 145 с. У роботі приводяться 42 рисунки на 20 сторінках, 9 таблиць на 5 сторінках, перелік посилань із 110 найменувань на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведений аналіз сучасного рівня розвитку комп'ютерних мереж, сфер їхніого застосування і засобів їхнього менеджменту. Процеси менеджменту розглядаються як приклад нових інформаційних технологій, які використовуються у спеціальних автоматизованих системах, що називаються системами менеджменту комп'ютерних мереж. Показано необхідність і актуальність рішення задач керування процесами в мережах, що діляться на задачі керування за участю людини - адміністрування, і на задачі автоматичного керування. Аналіз наявних результатів по розробці систем менеджменту, отриманий відомими комп'ютерними фірмами (Microsoft, Hewlett Packard, IBM), показав, що рішення проблеми забезпечення ефективного функціонування мережі може бути досягнуто тільки в результаті комплексного підходу на основі широкого набору інструментальних засобів.

У розділі проведений аналіз існуючих шляхів рішення проблеми менеджменту, проаналізовані існуючі моделі, що засновані на стандартах OSI, TMN, Internet. Обгрунтовується зведення задачі менеджменту комп'ютерної мережі до задачі менеджменту конфігурації, що є приватною задачею загальної проблеми, яка охоплює області конфігурації, продуктивності, безпеки, контролю помилок і контролю рахунків. У розділі аналізуються вади існуючих рішень в аналізованій області з погляду розробки алгоритмічного забезпечення iнструментарiя систем менеджменту комп'ютерних мереж.

Проведено аналіз існуючих архітектур комп'ютерних мереж, на підставі якого був виділений клас систем, що відповідають корпоративним багатосегментним мережам із невисоким рівнем територіальної розподiленостi (у закладах) з централізованою політикою адміністрування .

Проведено детальний аналіз існуючих методів і підходів до аналізу комп'ютерних систем, мереж і інформаційних потоків і отримані такі висновки:

існує значний досвід у реалізації і дослідженні методів контролю стану комп'ютерної мережі і її компонент, але велика частина методів грунтується на положеннях теорії масового обслуговування і служить цілям рішення задачі прогнозування стану мережі, не вiдображаючи її реального стану в сучасний момент часу, тому актуальним являється розробка формалізованих описів методів поточного контролю на основі статистичного підходу і аналізу даних;

ринок програмних засобів менеджменту мереж достатньо розвинений і в даний час є одним із найбільш розвинених, але велика частина таких програм заснована на зборі інформації про стан каналів мережі без надання якогось аналізу цього стану;

основними технологіями реалізації аналізованих питань є технології, засновані на стеках протоколів IPX/SPX і TCP/IP, механізмах SNMP повідомлень, SMI структур опису інформації і MIB об'єктів збереження поточних даних і сервер-менеджер-агент-клієнт технології взаємодії віддалених ;

програмні модулі, що реалізують алгоритми прийняття рішень, варто подавати у виді інструментальних засобів, що у перспективі можуть бути об'єднані у комплексну систему менеджменту мереж, така технологія розробки одержала назву Tool Kit і широко застосовується багатьма фірмами.

Відповідно до проведеного аналізу науковим завданням роботи є формалізація опису процесу менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі, моделей, алгоритмів і технологій моніторингу стану мережі і її компонент, розробка програмної реалізації алгоритмів підтримки прийняття рішень при адмініструванні і керуванні мережею у виді інструментальних засобів, що мають важливе наукове і практичне значення для підвищення ефективності функціонування транспортної комп'ютерної мережі і пов'язаної з нею автоматизованої інформаційної системи в цілому.

В другому розділі в стандартній постановці OSI моделі була проведена формалізація процесу менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі у вигляді функціональних схем, що дозволили провести декомпозицію загальної задачі менеджменту на три: задача моніторингу, задача адміністрування і задача керування. У роботі показано, що рішення задачі менеджменту конфігурації зводиться до рішення трьох підзадач: конфігурації зв'язків, конфігурації компонент і конфігурації потужності (рис. 1).

Для кожної підзадачі розроблені моделі й алгоритми моніторингу стану комп'ютерної мережі.

Модель моніторингу задачі конфігурації зв'язків мережі заснована на контролі стану логічних і фізичних зв'язків у мережі. Результатом рішення задачі моніторингу є отримані рішення про ступінь відхилення стану мережі від заданого базового рівня.

Нехай стан що спостерігає системи описано матрицями інциденцій:

G_T =[g^T_kl ], k_wk_s ,

що відображає з'єднання робочих станцій W_{k і} серверів S_l,

G_F =[g^F_kl], k₁k₂, де k=1,. .k₁, L=1,. .k₂,

що відображає зв'язок функцій серверів і робочих станції, G_W =[g^W_kl], k₁k_w, G_S =[g^S_kl], k₂k_s, що відображає зв'язок між функціональними задачами, з узагальнюючим уявленням G_М=[g^М_kl] при M={T,W,S,F}, k_w,k_s, k₁,k₂ -кількість станцій, серверів, задач відповідно.

Базовий рівень (еталонна модель) установлюється відповідно до матриці інциденцій, що відображає необхідну конфігурацію робочих станцій і серверів G^T0= [g^T0_kl]₀ і, що розраховується на підставі заданих умов G_W0 =[ g^W0_kl]₀, G_S0=[g^S0_kl]_0, G_F0 = [g^F0_kl]₀ , тобто

(g^T_kl) ₀=.

Перевірка умови відхилення від базового рівня зводиться до функції контролю відсутності елемента матриці зв'язку на інтервалі ухвалення рішення Tg. Контроль здійснюється шляхом порівняння експериментальних значень із базовим рівнем, тобто для кожного M={T,W,S,F} оцінюється існування хоча б одного зв'язку GP=[ ], k_p1k_p2, p={W, S, F, T} на інтервалі T_g= [T₀, T_k]), G_M[i]= G_M[i]- G_M0; i[T₀, T_k]).

Показники якості функціонування формуються для кожного M={T,W,S,F} як функціонали у вигляді суми втрачених зв'язків на інтервалі ухвалення рішення:

, при <0.

Модель моніторингу конфігурації потужності мережі пропонується подавати у вигляді трьох моделей: перша - основна модель і двох додаткових. Одна уточнює стан мережі при контролі перевищення навантаження на деякому інтервалі прогнозування, друга уточнює стан контролю збалансованості потужності показників.

Вихідною інформацією для основної моделі є регресійні функції з продуктивності (d_p)[i] і навантаження (d_p)[i] для окремих компонентів d_p і для мережі в цілому {_E,T}. Дискретні набори (d_p)[i], (d_p)[i], формуються на інтервалах спостереження [T₀,T_k], .

Пропонується задавати базовий рівень для навантаження компонентів , і для мережі в цілому , _T. Для перевірки умов відхилення від базового рівня перевіряються умови:

(d_p, t) - (d_p)[i] >0, (_p,i[T₀,T_k]), (1)

_E(t) - _T[i]> 0, (2)

i( (d_p,t) - (d_p)[i]) < 0, (p, i[T₀,T_k]). (3)

Показником якості функціонування для оцінки рівня функціонування мережі можна вважати функціонали, що відображають ступінь відхилення значення навантаження від базового рівня (J₁- для мережі в цілому і J₂ - для окремих компонент):

J₁=(^*_E -_T) ,

,

де q_w - кількість елементів для усереднення, L - зміщення послідовності часу.

Модель моніторингу (уточнююча) задачі конфігурації потужності мережі для запобігання перевищення навантаження на деякому інтервалі прогнозування заснована на оцінках _T=d(t)/dt, при базовому рівні і граничному значенні тренду _B, та апрокімації (t)= t + _.

Вводяться правила перевірок типу

|_T | < _B ,

_T +_B <0 (_T<0) ,

p (_p<0, _p +_B <0),

що дозволяють класифікувати поточне поводження системи.

Критичною умовою вважається тенденція до збільшення навантаження ( >0, t[T₀ ,T_k]), отже існує t_n, при якому

(t); t_n > T_k ,

а попередній прогноз може бути виконаний на підставі оцінок

.

Модель моніторингу (уточнююча), задачі конфігурації потужності для контролю збалансованості потужності показників заснована на оцінках

_p[i]=(l?(d_p)[i]-n?( d_p)[i])²/(l?( d_p)[i]??n( d_p)[i]), i[T₀,T_k] . (4)

Як умои моніторингу доцільно використовувати

{, p},

де -поріг збалансованості; = 0.04 0.07. Комплексна оцінка

_p=F₁(l--(d_p),n(d_p))=((l?(d_p)[i]-n(d_p)[i])²/(l?(d_p)[i]n(d_p)[i])).

Модель моніторингу задачі конфігурації компонент мережі заснована на визначенні технологічного рівня компонент і мережі в цілому і виконанні технічної політики адміністрування в мережі. Як оцінка технологічного рівня пропонується вартість продуктивності _d=c(d_p)/(d_p), де c(d_p)-вартість компонента, (d_p)-продуктивність окремого p-го компоненту. Узагальнена характеристика для групи компонентів одного типу оцінюється як математичне очикування

=M[{q?_d(d_p)}], p,????d_p??=_j, j=1,...q

?

_j{_?,…?, _q}, q-число різноманітних груп. Тоді ступінь технологічної неоднорідності компонента мережі h--_qj буде визначатися як

h_q--j= / , j=1,...q.

=inf({q?_e(d_p)}),p,?????d_p??=_j , j=1,... ,q . ?

=sup({q?_e(d_p)}), p, ??d_p??=_j , j=1,... ,q .

Базовий рівень q?^?_j для конкретної групи компонентів одного типу, q?^?_T -базовий технологічний рівень для мережі в цілому, h???поріг ступеня технологічної неоднорідності мережі, задаються відповідно до адміністративної політики мережі (h??[1,10]). Оцінка стану мережі зводиться до перевірки умови відхилення від базового рівня питомої вартості

{q?_d?d_p??< q^??_j , < q?^?_j , < q?^?_T j=1,...q}.

Крім основних умов відхилення від базового рівня пропонуємо розширення перевірки для умов які відповідають нормальному стану мережі

{h--_qT = 0, (h--_qT -1) < -h?, (h?_T -1) > h}.

Показник якості функціонування мережі задається як ступінь технологічного рівня неоднорідності мережі:

J=h--_qT min.

У залежності від оціненої ситуації рішення передається або модулям адміністрування, що потребують зміни загальної політики в мережі, або модулям керування, що здійснюють корекцію інтенсивності роботи виділених станцій. Для досягнення кінцевого стабілізуючого результату запропоновані алгоритми, названі алгоритмами пошуку “вузького місця”, і алгоритм зниження навантаження.

Алгоритм пошуку“вузького місця”заснований на виявленні станцій{Wp } або додатків {Ф_Wq}, що призводять до виникнення блокувань при роботі інформаційних серверів мережі{S_t}.

1. Задається інтервал діагностики [0, L_T], на якому в кожний квант часу формуються множини серверів _S[i], для яких були відзначені блокування.

2. Для кожного серверу виділяються активні (стосовно нього) робітники станції, що об'єднуються в множини _W[i]. Кожна робоча станція і кожний сервер пов'язаний із забезпеченням рішення визначеної функціональної задачі, якій ставиться у відповідність визначений програмний додаток.

3. Формується набір множин _W[i]={W_k,…,W_p}[i], _S[i]={S_t,…S_r}[i], _ФW[i]={Ф_Wq,... ,Ф_Wd}[i], _ФS[i]={Ф_Sf,... ,Ф_Sh}[i], i=1,..., L_T.

4. Формуються нові множини А_p перетинань отриманих множин ..

5. У залежності від результатів отриманих на інтервалі діагностики

формулюються відповідні висновки:

А₁=_W[i] - збійні станції; А₂= _S[i]- збійні сервери;

А₃=_фw[i]- неоптимизовані прикладні програми на робочих станціях W;

А₄=фs[i]- неоптимизовані прикладні програми на серверах S.

Множини A_P характеризують загальний стан мережі, стаючи показником оцінки функціонування мережі.

Алгоритм зниження навантаження реалізує грубу процедуру керування інтенсивністю навантаження конкретної станції шляхом зміни інтенсивності роботи конкретного додатка за рахунок тимчасового припинення активних ниток процесів, що відповідають цьому додатку на аналізованій станції.

1. Нехай відомо, що функціональна задача Фi або програмний додаток, що йому відповідає навантаження _ik на робочій станції W_k. Робоча станція діагностується в мережі через реальні значення навантаження заданого протоколу _k. Якщо на робочій станції W_k установлено декілька додатків {Ф_l, Ф_t, Ф_i}, що створюють навантаження на мережу, то сума всіх навантажень активних (ik) додатків дорівнює навантаженню станції на мережу _k, тобто _k =_ik .

2. У заданий стартовий момент часу [i] фіксуємо значення реального навантаження ^*=_k[i]. Для кожної функціональної задачі формуємо коефіцієнти частки її активності (k₁, k₂,…... , k_n), k_t=1, тоді для реального навантаження маємо ^*₁=k_1*^*, ^*₂=(k_2*^*, …,.) Тому що навантаження станції (логічна) _k функціонально пов'язано з навантаженням фізичним _k=f(_k), те ^*_i= f_ik(_ik).

3. Навантаження визначеного додатка залежить від інтенсивності його роботи і визначаються тимчасовими параметрами (₁,₂), де ₁ - інтервал пасивного стану, _2- інтервал активного стану. Якщо припустити, що існує ^*_i = (₁,₂), де функція (₁,₂₎ невідома, то зміною параметрів (₁,₂ ) можна досягти зміни навантаження додатка на станцію і на мережу. Задача керування зводиться до пошуку таких значень (₁,₂)[(1,5), (10,10)], при яких досягається зниження фізичного навантаження ^*_i до рівня L_i*=(k_n\K_r)*(d_p)[i]) і (₁,₂)=arg{(₁,₂)|^*_i=L_i*}, де Kr- коефіцієнт запасу продуктивності.

4. Пошук (₁,₂₎ провадиться по адаптивній процедурі в реальному масштабі часу, тобто встановлюється початкове значення і надалі, змінюючи їх покроково, здійснюють контроль навантаження станції і підстроювання параметрів.

У третьому розділі розглянуті питання досліджень розроблених моделей і алгоритмів, виявлені оцінки коефіцієнтів, які використовуються у моделях, особливості реалізації моделей при зміні стану мережі, питання формування вибірок експериментальних даних і формалізації методик застосування розроблених алгоритмів.

Зокрема, для забезпечення достовірності отриманих результатів досліджень, запропонована методика формування вихідних наборів даних, за допомогою якої контролюються в мережі з заданим рівнем дискретизації й усередненням для усунення їхньої надмірності.

Період відновлення інформації зі стану зв'язків і менеджменту конфігурації визначається або регламентом спостереження - (T₀, DТ, D_T), де T₀ початок відліку, D?Т інтервал спостереження, D_T крок дискретизації, або регламентом оцінки - (Dt, t₀, D_t), де t₀ - початок відліку, Dt?? інтервал оцінки, D_t- крок дискретизації відліку ( рис. 2).

Основне співвідношення для регламентів DТD_TD?tD_t , довжина вибірки q_n=??Dt/D_t+1, усього значень q_w=??DТ/D_T+1.

Аналіз особливостей використання моделей провадився відповідно до методики досліджень, на основі апарата моделювання MathCAD.

Вихідні дані подані повільно мінливим випадковим процесом (продуктивність) і швидко мінливим процесом (навантаження), що містять масиви дискретних значень у визначені відліки часу і замінялися усередненими масивами та масивами регресійних функцій (рис.3).

Для розроблених алгоритмів отримані висновки про придатність їх у реальних умовах. З огляду на те, що запропоновані технології потребують безупинного обміну даними з агентами і менеджерами і це може призвести до перевантажень відповідного серверу, рекомендуються програми менеджменту розміщати на окремих станціях, серверах менеджменту (мінімальною конфігурацією є станції на базі Pentium II, 400, RAM128Mb, 8Gb).

Для різноманітних умов співвідношення навантаження і продуктивності (монотонно спадні, монотонно зростаючі, стаціонарні, із різноманітними рівнями дисперсій) були проведені дослідження працездатності розроблених моделей і сформовані рекомендації про ефективне збереження статистичних результатів і забезпечення усталеності роботи системи. Одним із шляхів досягнення усталеності роботи є використання для базових рівнів не однорівневих порогів, а багаторівневих та інтервальних. Богаторівневість визначається вибором коефіцієнтів, названих коефіцієнтами запасу продуктивності. Зокрема були скориговані моделі (1)-(3), (4) :

(d_p,t) - K_r() (d_p)[i]> 0, p,i[T₀,T_k];

(d_p) [i] < (d_p,t) < K_r() (d_p)[i];

_T [i] < _E?(t) < K_{r1 T} [i];_,

_p[i]=(l(d_p)[i]-K_r2()n?(d_p)[i])²/(l?(d_p)[i]?n(d_p)[i]), i[T₀,T_k];

де K_r - коефіцієнт запасу продуктивності для навантаження задається в діапазоні до 30%, тобто K_r1= (1.1-1.3), а для збалансованості - K_r2 = (1.32). Коефіцієнт резерву продуктивності для компонентів і мережі (K_r()1, K_r1), де - група компонентів одного типу. Якщо K_r=1, то мережу вважаємо безрезервною.

Для рішення задачі моніторингу конфігурації потужності достатнім виявляється використання основних регресійних моделей із класу лінійних або кусково-лінійних при розгляді задачі на заданому інтервалі часу (d_p)[i] С¹, (d_p)[i] С¹.

У задачі конфігурації компонент граничні оцінки q^?_j?q^?_{T .} ?h??доцільно вибрати з умови :------q^?_j=0.7*, q^?_T =0.7*, ?h={1, 10}.

Узагальнені результати подані в методиці опрацювання даних при поточному моніторингу системи, що подає собою схему поетапного застосування моделей у залежності від існуючих умов стану мережі.

У четвертому розділі подані основні результати реалізації розроблених алгоритмів і методик. Моделі й алгоритми доведені до практичної реалізації у виді програмних інструментальних засобів із використанням технологій менеджер-сервер-клієнт-агент. Запропонована структура системи менеджменту зображена на рис. 4.

Узагальнена структура технології реалізації розроблених алгоритмів подається богатоетапною схемою:

Збір даних відповідно до заздалегідь заданої структури бази даних керуючої інформації MIB у рамках інформаційного дерева SMI по специфікації ASN1.0. Дані подаються розрахунковими параметрами, з сформованими спеціальними процедурами на основі зібраної статистики значень, що спостерігаються у рамках установленого регламенту. Збір даних здійснюється на визначених станціях і на всіх серверах. Опрацювання і контроль здійснює програма “агент”.

Передача у відповідності зі специфікацією протоколу SNMP зібраних параметрів на станції, що подають собою сервери менеджменту за підтримкою спеціальних програм “менеджерів”.

Занесення і збереження даних у плоскі бази даних на базі MS SQL із наступним перетворенням у богатовимірні щільні бази DRDB і комплексні структури {DRDB, HCDB, DWDB, VRDB}.

Опрацювання накопичуваних даних і формування оцінювальних рішень про стан мережі і видача адміністративних рекомендацій із переходом у разі потреби до модулів пошуку “вузьких місць”.

Видача управляючих рекомендацій і перехід до модулів зниження навантаження станцій , що блокують існуючий трафік мережі.

Рис.4. Блочна cхема системи менеджменту комп'ютерних мереж

Працездатність методики була підтверджена результатами іспитів при проведенні робіт із вивчення функціонування комп'ютерної мережі ОАО Фармфірми "Здоров'я" м. Харкова із метою виявлення додатків і відповідних станцій, що призводять до виникнення блокувань серверів у пікові інтервали часу навантажень.

У висновках стисло сформульовано основні наукові та пратктичні результати дисертаційної роботи.

У додатку наведені довідкові таблиці, результати досліджень моделей і документи про впровадження, що підтверджують достовірність застосування розроблених наукових положень при створенні інструментарія менеджменту мереж.

ВИСНОВКИ

.Формалізований опис процесу менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі, що дозволяє провести декомпозицію складних задач керування й адміністрування мережними ресурсами на окремі етапи, що дозволяють провести декомпозицію складних задач на окремі етапи і вказують місце і призначення розроблювальних технологій і алгоритмів.

. Удосконалені методи оцінки стану комп'ютерної мережі і її компонентів на основі статистичних показників функціонування мережі, що дозволяє підвищити якість вимірювальної інформації про об'єкти і підвищити достовірність оцінок стану мережі в цілому при рішенні задач менеджменту конфігурацій. Розроблені методи зведені в методику.

. Запропонована декомпозиція задачі конфігурації мережі у вигляді задач конфігурації зв'язків, конфігурації потужності і конфігурації компонент, що дозволило провести формалізацію моделей і алгоритмів стосовно задач керування й адміністрування.

. Розроблені моделі й алгоритми моніторингу стану мережі і її компонентів на основі статистичних моделей, що дозволяють формалізувати процедури адміністрування і керування станом комп'ютерної мережі.

. Удосконалені методи зміни стану комп'ютерної мережі для динамічних і статичних конфігураційних процесів адміністрування і управління ресурсами і потоками комп'ютерної мережі на основі розроблених моделей моніторингу. Методи призначені в основу алгоритмів пошуку елементів типу “вузьке місце” і алгоритмів активної зміни стану роботи робочої станції, що дозволяє формалізувати технології практичної реалізації процесу менеджменту конфігурацій комп'ютерних мереж.

. Розроблена технологія реалізації моделей і алгоритмів процесу менеджменту конфігурацій комп'ютерної мережі на основі розроблених рішень із використанням сучасних мережних технологій на базі SNMP протоколів, MIB структур і вимог операційної системи Windows NT, що дозволило створити інструментальні засоби практичної орієнтації, що орієнтовані на використання в реальному масштабі часу.

. Удосконалена концепція синтезу автоматизованої системи адміністрування і керування станом комп'ютерної мережі, розповсюджується на клас систем менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі, що дозволило формалізувати структуру і функції системи і визначити основні зв'язки її із системними засобами адміністрування операційних систем, що призначені в основу комплексної методики менеджменту конфігурації комп'ютерної мережі з гетерогенною структурою, проведеної в реальному часі.

. Виконано аналіз програмної реалізації алгоритмів підтримки прийняття рішень при адмініструванні і керуванні мережею. Програми подані у вигляді інструментальних засобів, що дозволяють використовувати їх у реальному масштабі часу у складі комплексних повнофункціональних мережних системах менеджменту, забезпечувати підтримку цього стану на заданому рівні і підвищити ефективність функціонування системи в цілому.

. Результати проведених дисертаційних досліджень були використані при оптимізації комп'ютерних мереж в ОАО Фармфірми "Здоров'я" (підтвержено актом про впровадження).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Саенко В.И., Клименко А.В., Мохаммад Аль Раваджба Использование новых технологий в информационных корпоративных системах // Радиоэлектроника и информатика - .1997. - №.01.- С.111 - 114.

Саенко В.И., Аль Раваджба М.,Комплексные структуры многомерных баз данных // Радиоэлектроника и информатика - 1998.- №1.- С.95 - 98.

Саенко В.И., Аль Раваджба М.,Параметры состояния компьютерной сети //Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков, 1999.- Вып 24.- С.98 - 145.

Саенко В.И., Аль Раваджба М., Динамическая реконфигурация компьютерной транспортной сети при технологическом старении компонент //Вестник Харьковского государственного политехнического университета- Харьков.,1999. - Вып. 34. - С.69 - 73.

Саенко В.И., Аль Раваджба М., Процедуры оценки состояния компонент транспортной компьютерной сети// Вестник Харьковского государственного политехнического университета-1999. - Вып 42. - С.7 - 13.

Саенко В.И., Мохаммад Аль Раваджба. Динамическая реконфигурация транспортной сети // Вестник Харьковского государственного политехнического университета - Харьков., 1999. - Вып. 62.- С. 86 - 93.

Саенко В.И., М. Аль Раваджба. Повышение эффективности эксплуатации локальной сети и администирование. - // Науково-методична конференція "Використання комп'ютерних технологій у навчальному процесі". Тези доповідей.- ХТУРЕ, Харків, 1997. - С. 136.

Саенко В.И., Аль Раваджба. Мониторинг доступа к сетевым ресурсам- // 3-я международная конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", Тезисы докладов.ХТУРЭ, Харьков-Туапсе, 1997.- С. 183

Мохаммад Аль Раваджба. Повышение эффективности распределенных инфоромационных систем. - //. 4-я международная конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", Сборник научных трудов .- ХТУРЭ, Харьков, 1998. - С. 220.

Саенко В.И., М. Аль Раваджба, М. Мухайрат. Структура управляющей информации в системе управления компьютерной сетью - // Сборник научных трудов. 5-я Международная конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", Сб. научных трудов.- ХТУРЭ, Харьков, 1999.- С. 67-68.

...