Аналитические, логические и имитационно-статистические модели мультисегментных проводных и беспроводных локальных сетей

0,06

Пользователь мультимедийных сервисов

0,41

Мобильный пользователь

0,80

На основе полученных данных можно рассчитать необходимую среднюю ширину полосы пропускания. Как говорилось ранее в сети на протяжении всего рабочего дня будут находиться 5 мобильных пользователей и по одному специалисту каждой группы. Таким образом ширина полосы пропускания самого узкого места сети должна составлять:

5*0,8+0,15+0,12+0,14+0,06+0,41 = 4,88Мбит/с

Но следовать учитывать, что данное значение является теоритическим, фактическое же значение необходимой полосы пропускания будет больше, так как в данной модели для упрощения не учитывались множество факторов, таких как изменение объемов трафика в сети в течение дня и объем технического трафика.

Таким образом результатами аналитического моделирования являются:

1) Средние значения объема трафика потребляемого различными группами пользователей сети

2) Необходимое значение пропускной способности самого узкого места сети

2.4 Имитационное моделирование

2.4.1 Обзор существующих средств моделирования

В рамках имитационного моделирования компьютерных сетей происходит создание их моделей в различных средах моделирования, что позволяет понять, как разработанная сеть будет вести себя в реальном мире. Для выполнения данного вида моделирования существуют готовые программные средства с необходимым функционалом, такие как GPSS Modeler, Cisco Packet Tracer, GNS3 или Riverbed Modeler. Данный этап моделирования позволит определить нагрузки, возникающие на сеть предприятия, что поможет в дальнейшем выбрать конкретное сетевое оборудование, а также настроить конфигурации этого сетевого оборудования.

Перед созданием имитационной модели компьютерной сети необходимо выбрать программные средства, которые будут использоваться для этого процесса. Рассматривая существующее ПО для имитационного моделирования можно выделить некоторые общие критерии, подходящие для оценки программных средств. К таким критериям можно отнести:

1) Направленность ПО на разработку компьютерных сетей - является ли данная программа инструментом имитационного моделирования именно компьютерных сетей

2) Дата выпуска последних обновлений - позволит понять актуальность данного программного средства

3) Возможность использования в модели реальных сетевых устройств - позволяет ли ПО использовать для моделирования конфигурации реальных сетевых устройств

4) Мониторинг загруженности сети - возможность посмотреть насколько загружен тот или иной узел в работе

5) Простота установки и настройки

6) Удобство интерфейса

Все перечисленные выше программные средства были рассмотрены с точек зрения данных критериев оценки и по итогам обследования была составлена сравнительная таблица, представленная ниже

Таблица 6 - Сравнение различного ПО для создания имитационных моделей

По итогам анализа представленного ПО можно сделать вывод, что наиболее подходящими инструментами для разработки модели будет Cisco Packet Tracer и Riverbed Modeler, так как обе данные программы предназначены для моделирования именно компьютерных сетей, а также с помощью данного ПО можно будет узнать прогнозируемую нагрузку на различных узлах сети и построить сеть с помощью реальных образцов сетевого оборудования.

2.4.2 Разработка модели в программе Riverbed Modeler

После составления имитационной модели рассматриваемой сети в программе Riverbed Modeler (рис.7) и выполнения процесса моделирования можно оценить занимаемую ширину полосы пропускания различными сегментами сети (рис.8 и рис.9).

Рис.7. Схема сети в имитационной среде Riverbed Modeler

Рис.8. Количество передаваемой информации между коммутатором сотрудников компании и центральным маршрутизатором

Рис.9. Количество передаваемой информации между коммутатором беспроводной подсети и центральным маршрутизатором

Как можно видеть на графиках в среднем в канале между коммутатором сотрудников и центральным маршрутизатором передается 1,5Мб данных в секунду со скачками до 1,7Мб/с. В случае с передачей трафика между коммутатором сети беспроводной передачи данных средние значения держатся на уровне 4,5Мб/с со скачками до 5,5Мб/с. Данные показатели превышают показатели, полученные при аналитическом моделировании, что подтверждает гипотезу о том, что аналитические расчеты могут быть опровергнуты данными имитационного моделирования. С помощью проведенного имитационного моделирования удалось выяснить нагрузку на самое узкое место в сети, является переходом между центральным маршрутизатором и внешней сетью интернет. Данное место является самым узким так как оно является единой точкой входа в сеть и через него проходит весь трафик, которые генерируют пользователи. Нагрузку на данный узел можно увидеть на рис.10.

Рис.10. Нагрузка в самом узком месте сети

По графику видно, что в среднем нагрузка составляет 6,2Мб/с с пиками до 7,5Мб/с. Таким образом проанализировав полученные результаты можно сделать выводы о необходимой ширине пропускания каналов передачи данных:

1) Коммутатор оборудования беспроводного доступа - центральный маршрутизатор - Не менее 10Мбит/с

2) Коммутатор сотрудников офиса - центральный маршрутизатор - не менее 1,5 Мбит/с

3) Центральный маршрутизатор - интернет не менее 10Мбит/с

Но в данном случае стоит учитывать запас на возможное расширение сети, поэтому рекомендуется для каналов между коммутатором беспроводного доступа и центральным маршрутизатором, и коммутатором сотрудников и центральным маршрутизатором использовать оборудование с пропускной способностью не менее 100 Мбит/с. Для соединения центрального маршрутизатора с сетью интернет - не менее 1Гб/с

2.4.3 Разработка модели в программе Cisco Packet Tracer

Ранее в программе Cisco Packet Tracer была разработана логическая модель компьютерной сети, на этапе имитационного моделирования к этой модели необходимо добавить разделение на подсети и логическую адресацию.

После того как данные операции были проделаны производится проверка корректности настроенной адресации, для этого с компьютера пользователя корпоративной сети выполняются команды “Ping” и “Tracert” по отношению к узлам из других подсетей, результаты выполнения команд показаны на рисунке 11.

Рис.11. Результаты выполнения команд “ping” и ”tracert”

Как видно на приведенном выше изображении, рабочая станция пользователя имеет адрес 10.2.1.2, что соответствует заданной для рабочих станций подсети. Также на рисунке показано, что узел с адресом 10.4.1.2 (в данном случае это почтовый сервер) доступен и маршрутизация к нему происходит через центральный маршрутизатор с переходом из подсети 10.2.1.0 в подсеть 10.4.1.0. Помимо организации адресации пакетов в сети в среде cisco PacketTracer было также настроено распределение на vlan. Так на рисунке 12 показаны настройки интерфейсов на коммутаторе центрального офиса.

Рис.12. Настройки портов коммутатора центрального офиса

Данный рисунок показывает, что порты к которым подключаются сервера принадлежат к VLAN 101, а порты, к которым подключены рабочие станции пользователей к VLAN 102. В то же время на центральном маршрутизаторе по схеме “Router-on-a-stick” для каждого интерфейса, к которому подключаются коммутаторы были организованы подинтерфейсы с определенными IP-адресами. Данное разделение можно увидеть на рисунке 13.

Рис.13. Подинтерфейсы центрального маршрутизатора и их IP-адреса

Так для интерфейса Fe2.0 есть два подинтерфейса fe2.0/101 (который предназначен для серверного VLAN 101) и подинтерфейс fe2.0/102 предназначенный VLAN рабочих станций пользователей 102. Конфигурационные файлы сетевого оборудования находятся при приложени.

Таким образом результатами имитационного моделирования являются

1) Модель сети полученная с помощью программы riverbed modeler, которая позволяет оценивать необходимую ширину пропускного канала в различных сегментах сети

2) Модель сети в среде Cisco Packet Tracer, в которой настроена внутресетевая адресация и произведена разбивка на подсети в соответствии с VLAN, также возможен импорт конфигурационных файлов оборудования для использования в реальной сети.

Резюме

В данной главе работы был рассмотрен процесс моделирования мультисегментной сети с проводным и беспроводным сегментом в разрезе логического, аналитического и имитационного моделирования.

На этапе логического моделирования была определена топология сети, распределены подсети и логическое адресное пространство, которое логической адресации применимой в реальном мире.

На этапе аналитического моделирования процесс передачи трафика был рассмотрен с точки зрения теории массового обслуживания, также было найдено “узкое” место в сети и проведена оценка необходимой ширины канала в этом месте.

На этапе имитационного моделирования были рассмотрены существующие инструменты создания моделей, проведено их сравнение по общим для всех критериям и выбрано наиболее подходящее для данной работы ПО. После этого с помощью выбранного программного обеспечения были построены имитационные модели сети, что позволило более точно определить такие параметры сети, как требуемая пропускная способность каналов в различных сегментах сети, а также получить конфигурационные файлы оборудования, которые могут использоваться для построения реальной сети.

Таким образом в данной главе была разработана комбинированная модель мультисегментной компьютерной сети, которая соответствует заданным критериям разработки модели, а именно

1) Использует реальную логическую адресацию

2) На основе полученных результатов моделирования можно подобрать конкретные модели оборудования и даже загрузить в них полученную на этапе имитационного моделирования в среде Cisco Packet Tracer конфигурацию

3) Возможности программного средства Riverbed Modeler позволили создать правдоподобные модели поведения основных групп пользователи и вывести на основе этого требования к сетевому оборудованию

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные подходы к моделированию, а также реализация данных подходов в терминах компьютерных сетей. Были проанализированы достоинства и недостатки каждого подхода, а также возможные результаты. После этого были сформированы критерии оценки логических, аналитических и имитационных моделей компьютерных сетей и задана предметная область для разработки модели. После разработки модели компьютерной сети была проведена её оценка по заданными ранее критериям. Таким образом все поставленные задачи были выполнены и цель работы достигнута.

Использованная литература

1) Лысенко В.В., Малинина Л.А., Беляев М.А. Основы информатики: Учебник для вузов - Ростов, 2006 - 352 с.

2) Казаков Ю.М. Моделирование и разработка информационных систем на основе применение транспортной задачи - Брянск, 2009 - 39 с

3) Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания - Санкт Петербург, 1990 - 336 с

4) Рюкин А.Н. Модели элементов сложной системы // Международный научный журнал «Символ науки». 2015. №8.

5) Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. - Москва, 1986. - 408 c.

6) Гуров В.В. Глобальные сети для деловых коммуникаций // Сети и системы связи. 1997. № 6. с110-113

7) Мизин И.А., Богатырев В.А. Системные концепции построения сетей и средств обмена данными общего назначения // Вопросы кибернетики. Процессы управления в сетях ЭВМ. Москва: Науч. совет АН СССР по комплексной проблеме «Кибернетика», 1985. C. 91-120

8) Чейпин А.Л. Связь с установлением и без установления соединений // ТИИЭР. 1983. T. 71, № 12. C. 44-52

9) Родионов И.Б. Теория систем и системный анализ - Калининград, 2012, 120 с

10) Васильев В. Управление информационными потоками в системах поддержки принятия решения // Компьютеры + Программы. 1996. № 5. C. 9-13

11) Райзер М. Оценка характеристик систем передачи данных // ТИИЭР. 1982. T. 70. № 2. C. 28-59

12) Сущенко С.П. О пропускной способности метода случайного множественного доступа // Автоматика и телемеханика. 2001. № 1. C. 91-102.

13) Башарин Г.П., Богуславский Л.Б., Самуйлов К.Е. О методах расчета пропускной способности сетей связи ЭВМ // Итоги науки и техники. Сер. Электросвязь. 1983. T. 13. C. 32-106

14) Михеев П.А., Сущенко С.П. Математические модели сетей уровня доступа. Новосибирск: Наука, 2015. 232 с..

15) Сущенко С.П. C91 Математические модели компьютерных сетей. - Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2017. - 272 с

16) Лычкина Н.Н. Синергетика и процессы развития в социально-экономических системах: поиск эффективных модельных конструкций // Бизнес-информатика. 2016. № 1 (35). С. 66-79.

17) Сколько трафика потребляют популярные приложнеия [Электронный ресурс] Новостной портал “Taz-telecom”. URL: https://teztele.com/skolko-internet-trafika-potreblyayut-populyarnye-prilozheniya/ (Дата обращения 15.05.2020)

18) Сколько “весят” страницы твоего сайта [Электронный ресурс] Новостной портал Хабр URL: https://habr.com/ru/post/177079/ (Дата обращения 14.04.2020)

19) J.Sack SQL Server 2005 T-SQL Recipes: A Problem-Solution Approach 257p

20) Голосовой трафик IP-телефонии [Электронный ресурс] Блог компании МТТ URL: https://blog.mtt.ru/stati/ip-telephony-traffic.html (Дата обращения 05.05.2020)

21) Сколько трафика потребляет Skupe? [Электронный ресурс] новостной портал WEBTOUS.ru URL: https://webtous.ru/poleznye-sovety/skolko-trafika-potreblyaet-skype.html (Дата обращения 03.05.2020)

22) Дата последнего релиза [Электронный ресурс] Официальный сайт компании GPSS URL: http://www.gpss.ru/\ (Дата обращения 10.05.2020)

23) Дата последнего релиза [Электронный ресурс] Официальный сайт PacketTracer URL: https://www.packettracernetwork.com/features/packettracer-73-newfeatures.html (Дата обращения 12.05.2020)

24) Дата последнего релиза [Электронный ресурс] Официальный репозиторий GNS3 URL: https://github.com/GNS3/gns3-gui/releases (дата обращения 17.05.2020)

25) Дата последнего релиза [Электронный ресурс] Официальный сайт компании Riverbed https://support.riverbed.com/content/support/software/steelcentral-npm/modeler-index.html (Дата обращения 01.05.2020)

Приложения

Размещено на Allbest.ru