Имитационное моделирование компьютерных сетей

|Топологическая |Информация о трафике: |

|информация: | |

|HP OpenView |Network General Expert Sniffer Network |

| |Analyzer |

|Cabletron SPECTRUM |Network General Distributed Sniffer System |

|IBM NetView for AIX |Frontier Software NETscout |

|Digital POLYCENTER |Axon Network LAN servant |

|Castlerock SNMPc |HP NetMetrix |

|CACI SIMPROCESS |Wandel & Goltermann Domino Analyzer Compuware |

| |EcoNet |

|NACMIND |Большинство средств RMON |

COMNETIII

Общая характеристика

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.

Пользователь применяет технику drag-and-drop для графического изображения

моделируемой сети из библиотечных элементов:

Затем система COMNETIII выполняет детальное моделирование полученной сети,

отображая результаты динамически в виде наглядной мультипликации

результирующего трафика.

Другим вариантом задания топологии моделируемой сети является импорт

топологической информации из систем управления и мониторинга сетей.

После окончания моделирования пользователь получает в свое распоряжение

следующие харакетристики производительности сети:

. 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.

[pic]

Рис. 4.1. Моделирование сети с помощью системы COMNETIII

Типы узлов

Система COMNETIII оперирует с узлами трех типов - процессорными узлами,

узлами-маршрутизаторами и коммутаторами. Узлы могут присоединяться с

помощью портов к коммуникационным каналам любого типа, от каналов локальных

сетей до спутниковых линий связи. Узлы и каналы могут характеризоваться

средним временем наработки на отказ и средним временем восстановления для

моделирования надежности сети.

В COMNETIII моделируется не только взаимодействие компьютеров по сети, но и

процесс разделения процессора каждого компьютера между его приложениями.

Работа приложения моделируется с помощью команд нескольких типов, в том

числе команд обработки данных, отправки и чтения сообщений, чтения и записи

данных в файл, установления сессий и приостановки программы до получения

сообщений. Для каждого приложения задается так называемый репертуар команд.

Узлы-маршрутизаторы могут моделировать работу маршрутизаторов,

коммутаторов, мостов, концентраторов и любых устройств, которые имеют

разделяемую внутреннюю шину, с помощью которой пакеты передаются между

портами. Шина характеризуется пропускной способностью и количеством

независимых каналов. Узел-маршутизатор обладает также всеми

характеристиками процессорного узла, так что он может выполнять приложения,

которые, например, обновляют таблицы маршрутизации или рассылают маршрутную

информацию по сети. Неблокирующие коммутационные узлы могут моделироваться

путем задания количества независимых каналов, равного числу модулей

коммутатора. Библиотека COMNETIII включает большое количество описаний

конкретных моделей маршрутизаторов с параметрами, основанными на

результатах тестирования в Harvard NetworkDeviceTestLab.

Узел-коммутатор моделирует работу коммутаторов, а также маршрутизаторов,

концентраторов и других устройств, которые передают пакеты с входного порта

на выходной с незначительной задержкой.

Каналы связи и глобальные сети

Каналы связи моделируются путем задания их типа, а также двух параметров -

пропускной способности и вносимой задержки распространения. Единицей

передаваемых по каналу данных является кадр. Пакеты при передаче по каналам

сегментируются на кадры. Каждый канал характеризуется: минимальным и

максимальным размером кадра, накладными расходами на кадр и интенсивностью

ошибок в кадрах.

В системе COMNETIII можно моделировать все распространенные методы доступа

к передающей среде, в том числе ALOHA. CSMA/CD, TokenRing, FDDI и т.п.

Каналы "точка-точка" могут также использоваться для моделирования каналов

ISDN и SONET/SDH.

COMNETIII включает средства для моделирования глобальных сетей на самом

верхнем уровне абстракции. Такое представление глобальных сетей

целесообразно, когда задание точных сведений о топологии физических связей

и о полном трафике глобальной сети невозможно или нецелесообразно.

Например, нет смысла точно моделировать работу Internet при исследовании

передачи трафика между двумя локальными сетями, подключенными к Internet.

COMNETIII позволяет укрупненно моделировать сети FrameRelay, сети с

коммутацией ячеек (например, АТМ), сети с коммутацией пакетов (например,

Х.25).

При моделировании глобальных сетей имитируется разбиение пакетов на кадры,

причем каждый тип глобального сервиса характеризуется минимальным и

максимальным размерами кадра и накладными расходами на служебную

информацию.

Связь с глобальной сетью имитируется с помощью канала доступа, который

имеет определенные задержку распространения и пропускную способность. Сама

глобальная сеть характеризуется задержкой доставки информации от одного

канала доступа до другого, вероятностью потери кадра или его

принудительного удаления из сети (при нарушении соглашения о параметрах

трафика типа CIR). Эти параметры зависят от степени загруженности

глобальной сети, которая может быть задана как нормальная, умеренная и

высокая. Имеется возможность моделировать виртуальные каналы в сети.

Рабочая нагрузка

В системе COMNETIII рабочая нагрузка создается источниками трафика. Каждый

узел может быть соединен с несколькими источниками трафика разного типа.

Источники-приложения генерируют приложения, которые выполняются узлами типа

процессоров или маршрутизатров. Узел выполняет команду за командой,

имитируя работу приложений в сети. Источники могут генерировать сложные

нестандартные приложения, а также простые, занимающиеся в основном

отправкой и получением сообщений по сети.

Источники вызовов генерируют запросы на установление соединений в сетях с

коммутацией каналов (сети с коммутируемыми виртуальными соединениями, ISDN,

POTS).

Источники планируемой нагрузки генерируют данные, используя зависящее от

времени расписание. При этом источник генерирует данные периодически,

используя определенное распределение интервала времени между порциями

данных. Можно моделировать зависимость интенсивности генерации данных от

времени дня.

Источники "клиент-сервер" позволяют задавать не трафик между клиентами и

сервером, а приложения, которые порождают этот трафик. Эти приложения

работают в модели "клиент-сервер", и источник данного типа позволяет

промоделировать вычислительную загрузку компьютера, работающего в роли

сервера, то есть учесть время выполнения вычислительных операций, операций,

связанных с обращением к диску, подсистеме ввода-вывода и т.п.

Протоколы

Коммуникационные протоколы физического и канального уровней учитываются в

системе COMNETIII в таких элементах сети как каналы (links). Протоколы

сетевого уровня отражены в работе узлов модели, которые принимают решения о

выборе маршрута пакетов в сети.

Магистраль сети и каждая из подсетей могут работать на основе различных и

независимых алгоритмов маршрутизации. Алгоритмы маршрутизации, используемые

COMNETIII, принимают решение на основе вычисления кратчайшего пути.

Используются различные вариации этого принципа, отличающиеся используемой

метрикой и способом обновления таблиц маршрутизации. Применяются

статические алгоритмы, у которых таблица обновляется только один раз в

начале моделирования, и динамические алгоритмы, периодически обновляющие

таблицы. Возможно моделирование многопутевой маршрутизации, при которой

достигается баланс трафика по нескольким альтернативным маршрутам.

COMNETIII поддерживает следующие алгоритмы маршрутизации:

. RIP (минимум хопов),

. Наименьшая измеренная задержка,

. OSPF,

. IGRP,

. Задаваемые пользователем таблицы маршрутизации.

Протоколы, выполняющие транспортные функции и функции доставки сообщений

между конечными узлами представлены в системе COMNETIII обширным набором

протоколов: ATP, NCP, NCPBurstMode, TCP, UDP, NetBIOS, SNA. При

использовании этих протоколов пользователь выбирает их из библиотеки

системы и задает конкретные параметры, например, размер сообщения, размер

окна и т.п.

Представление результатов

Графики и отчеты

COMNETIII позволяет при моделировании задавать форму отчета о результатах

для каждого отдельного элемента модели. Для этого необходимо в пункте меню

Report выбрать требуемый элемент (пункт подменю networkelement) и задать

для него опреленный тип отчета (пункт typeofreport).

Отчет генерируется каждый раз при запуске определенной модели. Отчет

представлен в стандартной текстовой форме, имеющей ширину в 80 символов, и

его легко можно распечатать на любом принтере.

Можно задать генерацию нескольких отчетов разного типа для каждого элемента

сети.

Существуют другие способы получения статистических результатов прогона

модели, кроме отчетов. В COMNETIII имеются кнопки Statistics, с помощью

которых можно включить сбор статистики для каждого типа элемента модели -

узлов, каналов, источников трафика, маршрутизаторов, коммутаторов и т.п.

Монитор статистики каждого элемента можно установить для сбора только

базовых статистических параметров (минимум, максимум, среднее значение и

дисперсия) или же сбора данных во временном масштабе для построения

графиков.

Если результаты наблюдений сохранены в файле для последующего построения

графиков и анализа, то возможно также построение гистограмм и процентных

показателей. Возможно построение графиков и во время моделирования.

Мультипликация и отслеживание событий

Перед моделированием или во время него можно установить режимы

мультипликации и трассировки событий с помощью пунктов меню Animation

иTrace.

Параметры меню Animation позволяют изменять скорость тактов моделирования и

скорость продвижения токенов - графических символов, соответствующих кадрам

и пакетам. В анимационном режиме система COMNETIII показывает поступление

токенов в каналы связи и выход их из каналов, текущее количество пакетов в

узлах, количество сессий, установленных с данным узлом, процент

использования и многое другое.

В режиме трассировки можно отображать процесс наступления событий в модели

либо в файл, либо на экран. При отображении на экран можно перейти в режим

пошагового моделирования, когда очередное событие в модели наступает и

отображается только при очередном нажатии на соответствующую кнопку

графического интерфейса. Можно задать уровень отслеживаемых событий - от

высокоуровневых событий, связанных с работой приложений до событий самого

низкого уровня, связанных с обработкой кадров на канальном уровне.

Статистический анализ

COMNETIII включает интегрированный набор средств для статистического

анализа исходных данных и результатов моделирования. С их помощью можно

подобрать подходящее распределение вероятностей для экспериментально

полученных данных. Средства анализа результатов позволяют вычислить

доверительные интервалы, выполнить регрессионный анализ и оценить вариации

оценок, полученных по нескольким прогонам модели.

COMNETPredictor

С 1 мая 1997 на рынке появилось новое средство компании CACIProducts -

COMNETPredictor. COMNETPredictor предназначен для тех случаев, когда

необходимо оценить последствия изменений в сети, но без детального ее

моделирования.

COMNETPredictor работает следующим образом. Из системы управления или

мониторинга сети загружаются данные о работе существующего варианта сети и

делается предположение об изменении параметров сети: числа пользователей

или приложений, пропускной способности каналов, алгоритмов маршрутизации,

производительности узлов и т.п. Затем COMNETPredictor производит оценку

последствий предлагаемых изменений и выдает результаты в виде графиков и

диаграмм, на которых отображаются задержки, коэффициенты использования и

предполагаемые узкие места сети.

Благодаря оригинальной технологии Flow Decomposition анализ даже крупных

глобальных сетей выполняется за несколько минут.

COMNETPredictor дополняет систему COMNETIII, которая может использоваться

затем для более тщательного анализа наиболее важных вариантов сети.

COMNET Predictor работает в среде Windows 95, Windows NT и Unix.

COMNET Predictor от CACI - отличный продукт, да и стоит он дешевле NetMaker

XA. Правда, Predictor несколько менее проработан и не так прост в

установке. Кроме того, генерируемые им отчеты немного запутанны и

малоинформативны, а схемы сетей чересчур перегруженны.

Мы перепробовали несколько дисководов CD-ROM, прежде чем смогли считать

информацию с присланного нам диска. Только один дисковод сумел нормально

справиться с этой задачей. Установка продукта тоже удалась отнюдь не с

первой попытки.

В базовую конфигурацию Predictor входит все, что требуется для построения

схемы сети с помощью буксировки пиктограмм устройств из библиотеки. К

сожалению, на схеме отображается так много информации, что разобраться в

ней очень трудно. В состав Predictor входят и средства для самостоятельного

создания устройств и редактирования библиотечной информации.

Опция Baseliner позволяет импортировать информацию о топологии сети и

характере трафика из различных популярных средств мониторинга сети.

Благодаря Baseliner вы разберетесь, какие объемы трафика генерирует то или

иное приложение. После этого можно построить модель, в которой объем

трафика от этого приложения будет ежемесячно возрастать на 10%, получив,

таким образом, прогноз на несколько месяцев вперед. Тому, кто научится

разбираться в схемах сетей (а сделать это не очень-то просто), Predictor

покажется очень мощным средством, которым нетрудно пользоваться. Параметры

элементов сетей, подобранных из библиотеки, поддаются тонкой настройке.

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.

Бесспорно, 29 тыс. дол. - это недешево, однако если вспомнить, что

Predictor может работать не только под Unix, но и под Windows NT и Windows

95, станет понятно: его пользователь способен сэкономить на оборудовании

(сравните с NetMaker XA).

Построение пилотных проектов проектируемых сетей

Если для задания информации о топологии сети не нужно иметь реальную сеть,

то для сбора исходных данных о интенсивности источников сетевого трафика

могут потребоваться измерения на пилотных сетях, представляющих собой

натурную модель проектируемой сети. Эти измерения могут быть выполнены

различными средствами, в том числе и с помощью анализаторов протоколов.

Помимо получения исходных данных для имитационного моделирования пилотная

сеть может использоваться для решения самостоятельных важных задач. Она

может дать ответы на вопросы, касающиеся принципиальной работоспособности

того или иного технического решения или совместимости оборудования.

Натурные эксперименты могут потребовать значительных материальных затрат,

но они компенсируются высокой достоверностью полученных результатов.

Пилотная сеть должна быть как можно более похожа на ту сеть, которая

создается, для выбора параметров которой и создается пилотная сеть. Для

этого необходимо в первую очередь выделить те особенности создаваемой сети,

которые могут оказать наибольшее влияние на ее работоспособность и

производительность.

Если имеются сомнения в совместимости продуктов разных производителей,

например, коммутаторов, поддерживающих виртуальные сети или другие пока не

стандартизованные возможности, то в пилотной сети должны проверяться на

совместимость именно эти устройства и именно в тех режимах, которые

вызывают наибольшие сомнения.

Что же касается использования пилотной сети для прогнозирования пропускной

способности реальной сети, то здесь возможности этого вида моделирования

весьма ограничены. Сама по себе пилотная сеть вряд ли сможет дать хорошую

оценку производительности сети, включающей гораздо больше узлов подсетей и

пользователей, так как не ясен способ экстраполяции результатов, полученных

в небольшой сети, на сеть гораздо больших размеров.

Поэтому пилотную сеть целесообразно использовать в данном случае совместно

с имитационной моделью, которая может использовать образцы трафика,

задержек и пропускной способности устройств, полученных в пилотной сети,

для задания характеристик моделей частей реальной сети. Затем, эти частные

модели могут быть объединены в полную модель создаваемой сети, работа

которой будет имитироваться.

Что мы получим, используя моделирование

Используя моделирование при проектировании или реинжиниринге вычислительной

системы, мы можем сделать следующее: оценить пропускную способность сети и

ее компонентов, определить узкие места в структуре вычислительной системы;

сравнить различные варианты организации вычислительной системы; осуществить

перспективный прогноз развития вычислительной системы; предсказать будущие

требования по пропускной способности сети, используя данные прогноза;

оценить требуемое количество и производительность серверов в сети; сравнить

различные варианты модернизации вычислительной системы; оценить влияние на

вычислительную систему модернизации ПО, мощности рабочих станций или

серверов, изменения сетевых протоколов.

Исследование параметров вычислительной системы при различных

характеристиках отдельных компонентов позволяет выбрать сетевое и

вычислительное оборудование с учетом производительности, качества

обслуживания, надежности и стоимости. Поскольку стоимость одного порта

активного сетевого оборудования в зависимости от производителя

оборудования, используемой технологии, надежности, управляемости может

меняться от десятков рублей до десятков тысяч, моделирование позволяет

минимизировать стоимость оборудования, предназначенного для использования в

вычислительной системе. Моделирования становится эффективным при числе

рабочих станций 50-100, а когда их более300, общая экономия средств может

составить 30--40% от стоимости проекта.

Финансовая сторона

Естественно, возникает вопрос о стоимости проведения обследования

вычислительной системы с помощью моделирования. Стоимость самого

моделирования при грамотной эксплуатации системы моделирования невысока.

Основную часть стоимости обследования составляют затраты на оплату труда

высококвалифицированных специалистов в области сетевых технологий,

вычислительного оборудования, систем моделирования, проводящих обследование

объекта, составление моделей компонентов и самой вычислительной системы,

определяющих направления развития и модификаций вычислительной системы и ее

моделей.

Обследование и моделирование вычислительной системы из 250 узлов может

длиться одну-две недели, при этом стоимость может колебаться от $5000 до

$17 500. Если стоимость проектов по информатизации крупных организаций

зачастую превышает $500 000, то стоимость работ по моделированию составляет

в любом случае менее 4% от стоимости проекта.

При этом мы получаем: объективную оценку решения и технико-экономическое

обоснование; гарантированные требуемую производительность и запас по

производительности; обоснованные и управляемые решения по поэтапной

модернизации.

Системы моделирования, не вошедшие в обзор

CPSIM (компания BoyanTech) -- простая система моделирования

последовательных и параллельных процессов. Модель -- ориентированный граф,

в котором узлы -- объекты (компьютеры, серверы, сетевое оборудование), дуги

-- каналы связи.

NetDA/2 (компания IBM) - предназначена для проектирования, анализа и

оптимизации глобальных сетей и реинжиниринга имеющихся SNA-сетей. Возможно

задание собственных алгоритмов маршрутизации. Позволяет моделировать

сценарии "что, если". Поддерживает и протокол TCP/IP. Реализована на OS/2.

NPAT (Network Planning and Analysis Tools); фирма Sun, - предназначена для

моделирования интегрированных сетей данные/голос на базе магистралей Т1 и

Т3. Реализована на Solaris 2.6, 7.

SES/Workbench (фирма HyPerfomix) -- моделирование локальных и глобальных

сетей на уровне приложений, канальном и физическом уровнях. Моделирование

сложных приложений, СУБД. Позволяет провести стоимостной анализ вариантов.

Имеется механизм расстановки контрольных точек и трассировки.

WinMIND (фирма Network Analysis Center) -- система проектирования,

настройки конфигурации и оптимизации сети; содержит данные о стоимости

типичных конфигураций с возможностью точной оценки производительности и

тарифной платы.

Семейство AUTONET (фирма Network Design and Analysis) -- включает систему

мониторинга и управления AMS, позволяет проводить оценку производительности

сети, а также точное моделирование и тарификацию сетевых решений.

Проект ns2/VINT

1996 год ознаменован началом работ над проектом VINT (Virtual InterNetwork

Testbed), организованным DARPA (Defense Research Projects Agency) и

реализуемым под руководством целого ряда научных организаций и центров:

USC/ISI (University of Southern California / Information Sciences

Institute), Xerox PARC, LBNL (Lawrence Berkley National Laboratory) и UCB

(UC Berkley). На сегодня основными спонсорами проекта являются DARPA, NSF и

ACIRI (AT&T Center for Internet Research at ICSI).Главной целью проекта

VINT являлось построение программного продукта, позволяющего осуществлять

имитационное моделирование сетей связи и обладающего целым рядом

характеристик, среди которых высокая производительность, хорошая

масштабируемость, визуализация результатов и гибкость. В качестве основы

программной реализации был выбран разрабатываемый в University of

California с 1989 года пакет network simulator (до 1995 года известный как

REAL). Логично, что для программного продукта было выбрано имя network

simulator 2 (далее - ns2).

ns2, как и его предшественники, разрабатывался как программное обеспечение

с открытым исходным кодом (open source code software - OSS). Такое ПО

распространяется бесплатно - без каких либо ограничений на право

использования, модификации и распространения третьими лицами. Таким

образом, с точки зрения стоимости ns2 безусловно является лидером по

сравнению с коммерческим ПО упоянутым выше - он бесплатен. По этой же

причине бесплатны и всегда доступны on-line все обновления и дополнения

(новые библиотеки, протоколы и т.п.). Еще одним не менее замечательным

свойством программного обеспечения OSS является возможность модификации

ядра программы и гибкая настройка в соответствии с требованиями конкретного

пользователя. Одним из отличительных свойств ns2 с точки зрения гибкости

является мультиоперационность. Полные версии, включающие все функции, на

данный момент работоспособны под управлением следующих операционных систем:

- SunOS;

- Solaris;

- Linux;

- FreeBSD;

- Windows 95/98/ME/NT/2000.

Для инсталляции полной версии ns2 необходимо иметь 250 МБ свободного места

на диске компьютера и компилятор С++. Существует также упрощенная версия

(компилированная) для некоторых ОС, в частности всех версий Windows,

являющаяся не столь гибкой как полная версия, в частности невозможно

добавлять компоненты, модифицировать ядро и т.п. Однако эта версия очень

проста в использовании и не требует глубоких знаний ОС и языка C++. Для

функционирования упрощенной версии ns2 достаточно иметь 3 МБ свободного

места на жестком диске компьютера.

Требования к производительности компьютера у ns2 не столь жестки. В

принципе, компьютер с процессором 486 может обеспечить приемлемое

функционирование даже полной версии ns2.При необходимости использования ns2

группой пользователей достаточно иметь инсталлированную полную версию на

машине под управлением Unix-like ОС. Пользователи могут иметь доступ в

режиме терминала к ns2 и производить необходимые модификации в том числе и

ядра программы компилируя свою версию в домашнюю директорию. Так же при

помощи X-сервера возможна анимация полученных результатов.

Netsimulator.

NETSIMULATOR предназначен для моделирования сетей с пакетной коммутацией и

различными методами маршрутизации пакетов.

NETSIMULATOR позволит разработчику или обслуживающему персоналу сети

моделировать поведение сети, изменяя: топологию сети, способ маршрутизации

пакетов, пропускные способности любого канала сети, нагрузку на сеть

(интенсивности входных потоков), длины пакетов и распределение числа

пакетов в одном сообщении, размеры памяти на узлах коммутации, ограничения

на максимальное время пребывания сообщений в сети, приоритеты различных

сообщений.

Система позволяет моделировать такие методы маршрутизации пакетов, как

метод рельефов, метод Форда, метод Дейкстры, метод Бэрена, метод обмена

задержками пакетов между узлами сети, метод Галлагера, метод решения

уравнений Беллмана (для специального вида сети), а также случайную

маршрутизацию, протоколы RIP, EGP, IGRP, BGP, OSPF и т.п. Большинство

методов реализовано в нерандомизированной и рандомизированной модификациях.

Система использует принцип разделения сообщений на типы, различающиеся по

длинам и приоритетам пакетов, распределением их числа, интенсивностям

входных потоков и т.д.

[pic]

В результате работы модели получается информация о :

. средних задержках (временах доставки) сообщений различных типов;

. гистограммах и функциях распределения задержки (времени доставки)

сообщений;

. гистограммах плотностей и функций распределения занятой памяти по

узлам коммутации;

. количествах сообщений различных типов, дошедших до адресата;

. количествах отказов в доставке сообщений по различным причинам

(нехватка памяти, превышение допустимого времени пребывания в сети и

т.д.);

В процессе моделирования, по желанию пользователя возможно заполнение

"журнала регистрации событий сети" для последующего статистического

анализа.

Opnet.

Opnet Modeler предлагает пользователям графическую среду для создания,

выполнения и анализа событийного моделирования сетей связи. Это удобное

программное обеспечение может быть использовано для большого ряда задач,

например, типичные создание и проверка протокола связи, анализ

взаимодействий протокола, оптимизация и планирование сети. Также возможно

осуществить с помощью пакета проверку правильности аналитических моделей, и

описание протоколов.

В рамках, так называемого, редактора проекта могут быть созданы

палитры сетевых объектов, которым пользователь может присвоить различные

формы соединения узлов и связи вплоть до имеющих вид головоломки.

Автоматизированное порождение сетевой топологии - кольца, звезды, случайной

сети, также поддерживается и резервируется утилитами для импортируемых

сетевых топологий в различных форматах. Случайный трафик может быть

автоматически сгенерирован из алгоритмов, указанных пользователем, а также

импортирован из входящих в стандартную комплектацию пакета форматов

реальных трафиков линий. Результаты моделирования могут быть

проанализированы, а графы и анимация трафика, опять же будут сгенерированы

автоматически. Новая особенность - это автоматическое преобразование в

формат html 4.0х.

Одним из плюсов из создания модели сети с помощью программного

обеспечения является то, что уровень гибкости, обеспечиваемый ядром

моделирования, тот же, что и для моделирования, написанных с нуля, но

объектное построение среды позволяет пользователю намного быстрее делать

разработку, усовершенствования и производить модели для многократного

использования..

Есть несколько сред редактора - по одной для каждого типа объекта.

Организация объектов - иерархическая, сетевые объекты (модели) связаны

набором узлов и объектов связи, в то время как объекты узла связаны набором

объектов, типа модулей очерёдности, модулей процессора, передатчиков и

приемников. Версия ПО для моделирования радиоканала содержит модели антенны

радиопередатчика, антенны приемника, перемещающихся объектов узла (включая

спутники).

Логику поведения процессора и модулей очередности определяет модель

процесса, которую пользователь может создавать и изменять в пределах

редактора процесса. В редакторе процесса пользователь может определить

модель процесса через комбинацию алгоритма работы конечного автомата

(finite-state machine - FSM) и операторов языка программирования C/C++.

Вызов события модели процесса в течение моделирования управляется

возбуждением прерывания, а каждое прерывание соответствует событию, которое

должно быть обработано моделью процесса.

Основа связи между процессами - структура данных, называемая пакетом.

Могут быть заданы форматы пакета, то есть они определяют, какие поля могут

содержать такие стандартные типы данных, как целые числа, числа с плавающей

запятой и указатели на пакеты (эта последняя способность позволяют

инкапсулировать моделирование пакета). Структура данных, вызывающая

информацию по контролю за интерфейсом (interface control infor-mation -

ICI), может быть разделена между двумя событиями моделей процесса - это ещё

один механизм для межпроцессорной связи, это очень удобно для команд

моделирования и соответствует архитектуре многоуровневого протокола.

Процесс также может динамически порождать дочерние процессы, которые

упростят функциональное описание таких систем, как серверы.

Несколько основных моделей процесса входят в базовую комплектацию

пакета, моделируя популярные протоколы работы с сетями и алгоритмы, вроде

протокола шлюза границы (border gateway protocol - BGP), протокола контроля

передачи. Интернет протокол (TCP/IP), ретрансляции кадров (frame relay),

Ethernet, асинхронного режима передачи (asynchronous transfer mode -ATM), и

WFQ (weighted fair queuing). Базовые модели полезны для быстрого развития

сложных имитационных моделей для общих архитектур сети, а также для

обучения, чтобы дать точное функциональное описание протокола студентам.

Существует возможность сопровождения комментариями и графикой ( с

поддержкой гипертекста) моделей сети, узла или процесса.

В режиме прямого диалога доступна подробная документация в формате

pdf. Обучающее руководство содержит простые примеры, по которым возможно

сравнительно быстро обучиться всем тонкостям программы. Я включил Opnet в

студенческие лабораторные по курсу сетей в Университете Калифорнии, Сан

Диего, и обнаружил, что примерно за неделю, большинство студентов

приобретает базовые знания о том, как синтезировать имитационные модели, с

помощью этого программного продукта.

NetMaker XA.

Вычислительное ядро моделирования, используемое в NetMaker XA от Make

Systems, - одно из наиболее мощных на рынке, и это сыграло немаловажную

роль в том, что продукт зарекомендовал себя столь хорошо. За что ни

возьмись - все работает в полном соответствии с описаниями. У нас не

возникло никаких проблем ни с моделированием спроектированной нами

небольшой сети, ни с усовершенствованием системы, приведенной

производителем в качестве примера. Кроме того, генерируемые программой

отчеты содержали всю необходимую информацию.

Главные недостатки NetMaker XA - необходимость серьезного обучения

пользователя и высокая стоимость. Если к цене базовой конфигурации изделия

добавить стоимость дополнительных модулей, получится довольно значительная

сумма.

Основу продукта составляют модули Visualizer, Planner и Designer. Каждый из

них выполняет какую-то одну функцию; чтобы смоделировать работу сети,

необходимы все три.

Visualizer служит для получения информации о сети и ее просмотра. В его

состав входят SNMP-модули автоматического распознавания, которые опрашивают

сетевые устройства и создают соответствующие им объекты. Информацию об этих

объектах можно затем редактировать с помощью Visualizer.

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. Нам показался очень

полезным модуль Interpreter, предназначенный для сбора данных от средств

анализа трафика. Затем данные автоматически импортировались в нашу модель,

что позволяло использовать их почти в режиме реального времени, а не

строить гипотезы относительно работы сети. Наконец, Analyzer и

предназначенный для него встраиваемый модуль "выживаемости" помогают

разрабатывать планы восстановления после аварий, а также добиваться того,

чтобы ни одна неисправность (после ее локализации) не могла привести к

отказу сети в целом.

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 у вас просто

ничего не получится. В Make Systems осознают, что пользоваться их продуктом

не так-то просто; во время испытаний к нам прислали специалиста, который

обучил нас работе с пакетом.

Тем не менее для счастливого обладателя большой сети на несколько тысяч

узлов NetMaker XA - то что нужно.

SES/Strategizer - альтернативный подход

Тот, кто не собирается включать возможность роста в свою модель сети,

вполне удовлетворится значительно менее дорогим продуктом SES/Strategizer

от Scientific and Engineering Software (цена 9995 дол.).

SES/Strategizer просчитывает модели очень быстро. Мы установили этот

продукт на рабочей станции на базе Pentium II, и всего за 2 с программа

рассчитала, как будет работать довольно сложная сеть в течение 24 ч. Можно

также собирать тонкие статистические данные о каком-то одном конкретном

элементе модели, например, следить за степенью загрузки центрального

процессора с разбивкой по процессам, пользователям и моделям поведения.

Один из серьезных недостатков программы - необходимость перезапуска модели

при каждом внесении каких-либо изменений. Другие продукты позволяют

вставлять в модель различные переменные (например, учитывающие рост сети);

в результате можно опробовать несколько вариантов в ходе одного прогона

программы.

Установка не вызвала никаких затруднений, хотя мы были очень удивлены,

получив программу на дискетах. Как и прочие пакеты, SES/Strategizer

позволяет без труда задавать и модифицировать значения параметров, таких

как пропускная способность. Кроме того, продукт выдает запрос на

подтверждение ("Применить" или "Отмена"), если пользователь пытается

закрыть диалоговое окно, щелкнув мышью на крестике в правом верхнем углу.

Такая функция не предусмотрена в других продуктах, что неудобно, поскольку

с ними никогда нельзя быть уверенным, какое действие будет предпринято по

умолчанию.

И все же отдельные стороны SES/Strategizer нуждаются в доработке. Например,

для просмотра результатов моделирования на том же ПК, где работает сама

программа, требуется запустить Microsoft Excel; данные он должен брать из

создаваемых SES/Strategizer файлов, где для разделения числовых полей

используются знаки табуляции. Если Excel не установлен, пользователь

получает странное сообщение об ошибке, указывающее на совершенно другую

причину сбоя. Надо просто информировать пользователя, что ему следует

установить Excel, или обеспечивать возможность просмотра средствами какой-

нибудь другого приложения.

Различия между SES/Strategizer и Predictor отнюдь не так велики, как

позволяет предположить разница в их ценах (19 тыс. дол.). Predictor хорош

тем, что расчеты могут охватывать продолжительный период существования

сети, а пользователь - учитывать рост трафика с течением времени. По части

функций SES/Strategizer отстает совсем не так сильно - пользователю просто

придется смириться с необходимостью постоянно просчитывать модель заново.

И все же NetMaker XA остается королем. Он - для тех, кто может

раскошелиться на немалую сумму и хочет заполучить лучшее средство

моделирования сети.

Основные требования, предъявляемые к системам моделирования вычислительных

систем

Отсутствие необходимости программирования; возможность импорта информации

из существующих систем управления сетями и средств мониторинга; наличие

расширяемой библиотеки объектов; интуитивно-понятный интерфейс; простая

настройка на объекты реального мира; гибкая система построения сценариев

моделирования; удобное представление результатов моделирования; анимация

процесса моделирования; автоматический контроль модели на внутреннюю

непротиворечивость.

Советы покупателям

Как выбрать систему моделирования? Каждый выбирает себе систему по

поставленным задачам и выделенным средствам.

Если вы хотите ознакомиться с принципиальными возможностями систем

моделирования, если у вас не стоит задача "тюнинга", т. е. настройки уже

существующей системы, а вы хотите только грубо определить, будет ли она

функционировать при установке какого-либо дополнительного устройства без

постоянных сбоев, - покупайте дешевый продукт.

Однако, как показывает реальный опыт, рано или поздно перед вами встанет

задача полномасштабного моделирования вычислительной системы. И вот тут

надо помнить о следующем.

К сожалению, в отличие от систем высокоуровневого моделирования, которые

продаются и поддерживаются известными в России компаниями (ARIS -- компания

"Весть-Метатехнологии", Rational Rose -- компании "Аргуссофт", "Интерфейс"

и др.), поставщиков систем динамического моделирования вычислительных

систем нам обнаружить не удалось. В 1997--1999 годах представлением,

продажей и поддержкой семейств COMNET и OPNET занимались некоторые

отечественные компании, однако потом этот процесс был приостановлен.

Причины, наверное, в специфике российского рынка (открытое нежелание дать

заказчику реальные спецификации и цены на информационные системы и боязнь

независимой экспертизы решений), в недостаточности финансирования.

Полезным является каталог Network Buyer's Guide

(www.networkbuyersguide.com), в котором дано описание продукта,

производитель, цена и контактная информация.

Опыт показывает, что попытки обращения непосредственно к производителю

приводят к положительному результату. Либо производитель сам откликнется и

поставит эту систему, либо он назовет дистрибьютора в Европе, у которого

этот продукт можно приобрести. Мы общались с CACI Products и OPNET

Technologies (ранее -- MIL3) и успешно получали необходимое ПО.

К сожалению, консалтинговые компании, которые были бы связаны с

моделированием сетей, в настоящее время в России нам не известны.

В нашей стране наибольшее распространение получили системы COPMNET III и

OPNET. Именно эти продукты отличаются высокой полнотой библиотеки,

поскольку у производящих их компаний есть соглашения с производителями

сетевого оборудования. Но прежде, чем покупать дорогостоящую систему,

определите, какие пакеты из входящих в ее состав вам реально понадобятся.

|Результаты испытаний средств моделирования сети NetwprkWorld World Class|

|Большая библиотека |20 |10 = 2,0 |6 = 1,2 |5 = 1,0 |

|Производительность |15 |10 = 1,5 |10 = 1,5 |10 = 1,5 |

|Ясность схем |15 |9 = 1,35 |5 = 0,75 |7 = 1,05 |

|Возможность импорта |15 |9 = 1,35 |8 = 1,2 |8 = 1,2 |

|Расширяемость |10 |10 = 1,0 |7 = 0,7 |6 = 0,6 |

|Гибкость и простота |15 |8 = 1,2 |8 = 1,2 |7 = 1,05 |

|Документация |10 |7 = 0,7 |7 = 0,7 |5 = 0,5 |

|Итоговая оценка | |9,1 |7,25 |6,9 |

|Примечания. * Награда World Class присваивается изделиям, набравшим 9,0 |

|и более баллов. Оценки выставлялись по 10-балльной шкале. Весовые |

|коэффициенты (относительная значимость критериев) учитывались при |

|расчете итоговой оценки. |

В данном обзоре рассматриваются три продукта старшего класса. Пакет

NetMaker XA от Make Systems получил награду World Class ("Продукт мирового

класса"). Впрочем, COMNET Predictor от CACI Products, который можно

объединять с более мощным продуктом под названием COMNET III, совсем

немного отстал от лидера. Пакет SES/Strategizer, предлагаемый компанией

Scientific and Engineering Software по цене 9995 дол., можно

порекомендовать тем, кто желает сэкономить.

Изучив ряд пакетов для моделирования работы сети, мы пришли к выводу, что

все они вполне могут решить ту задачу, на решение которой рассчитаны.

Однако толку от них сумеет добиться лишь тот, кто готов потратить немало

средств и усилий. Продукты, предлагаемые лидерами рынка компаниями Make

Systems и CACI Products, а также недавно дебютировавшей в этой области

фирмой Scientific and Engineering Software (SES), справились (хотя и с

разной степенью успешности) с анализом данных о конфигурации тестовой сети

и предоставили информацию о возможных последствиях тех или иных изменений.

NetMaker XA от Make Systems занял первое место как наиболее полный и гибкий

продукт. COMNET Predictor от CACI - недавно представленный родственник

более широко известной программы COMNET III - тоже произвел хорошее

впечатление, однако ему не помешали бы более совершенное средство

составления схем и менее сложные для восприятия отчеты. Пакет

SES/Strategizer от SES сравнительно дешев, однако, в отличие от NetMaker XA

и COMNET Predictor, не позволяет учитывать будущий рост сети.

Надо сказать, что мы ожидали от рассмотренных пакетов несколько большего. В

частности, ни одна из программ не способна сообщить, что сеть чересчур

сложна, или предложить, каким образом надо ее усовершенствовать для

повышения производительности. Они лишь указывают, будет ли работоспособным

предлагаемый проект и в каком месте можно нарваться на проблемы.

Администратору приходится самому выбирать лучший способ решения проблем.

Мало того, ни один из продуктов нельзя рассматривать как полностью готовое

к употреблению средство, способное в точности смоделировать работу

существующей или даже вновь спроектированной сети. Необходимо потратить

значительные средства на обучение, прежде чем станут возможными построение

корректных моделей и интерпретация полученных результатов. Затем

понадобится еще в течение шести-девяти месяцев непрерывно подстраивать

модель, и только после этого она будет хотя бы приблизительно приведена в

соответствие с действительностью.

Чтобы понять, почему так получается, надо вспомнить, как строятся модели

при работе с этими продуктами. Все программы оснащены средствами

графического проектирования, позволяющими строить схемы сети с помощью

буксировки значков, соответствующих различным устройствам, из библиотеки на

рабочее поле программы. Далее указывается, каким образом устройства

соединены LAN- и WAN-каналами, работающими на разных скоростях, и, наконец,

схема дополняется данными о работе сети, полученными от сетевых мониторов.

Получив все эти данные, программа строит систему математических уравнений,

с помощью которых моделируется поведение сети. К сожалению, одна-две ошибки

в начальной информации могут испортить все.

|Средства моделирования сетей: достоинства и недостатки |

|Цена, |40 000 за типичную |29 000 |9995 |

|дол. |конфигурацию | | |

Проблемы и тенденции

Средства моделирования столь же разнообразны, как и отображаемые ими

локальные сети

Системы управления сетью обычно рекламируются как всеохватывающие и

всемогущие. Средства моделирования работы сети назвать таковыми никак

нельзя. Разброс цен на эти средства составляет от 129 дол. (за работающую

под Windows программу LANModel от Network Performance Insitute) до 40 тыс.

дол. (за COMNET III от CACI, которая может работать под Windows 95, Windows

NT и Unix).

Каждый из продуктов действительно имеет свою собственную "экологическую"

нишу. Одни средства рассчитаны на управление локальными сетями, а другие

предназначены для администраторов территориально-распределенных сетей. Одни

просто позволяют строить схемы сетей и обладают ограниченными возможностями

моделирования, другие же способны производить сложный анализ глобальных

сетей.

Однако ни одно из средств не способно охватить все задачи, поэтому если

необходимо смоделировать сеть и проанализировать ее работу, придется

покупать несколько продуктов. Имеются также заметные различия между

продуктами, которые, как утверждается, решают одни и те же задачи.

Возьмем, к примеру, моделирование. Хотя в комплект поставки многих

продуктов, указанных в сводной таблице, входят библиотеки сетевых

элементов, устройств и протоколов, отнюдь не все продукты способны

моделировать одни и те же объекты. Скажем, программа CANE от ImageNet может

моделировать 9000 различных устройств и конечных станций, а комплект

поставки продукта SimuNet от Telenix содержит только библиотеку

маршрутизаторов Cisco. Из 13 средств, перечисленных в таблице, десять

способны моделировать маршрутизаторы Cisco и другие устройства межсетевой

связи, такие как концентраторы, шлюзы и коммутаторы. Менее половины

программ позволяют учитывать работу каналов связи локальных и

территориально-распределенных сетей. В библиотеку одного из средств,

NetArchitect от Datametrics System, входят процессоры, контроллеры дисков и

диски.

Что же касается протоколов, надо отметить следующее. Восемь продуктов могут

моделировать работу протоколов сетевого уровня, таких как IP и IPX. Семь

программ способны моделировать протоколы канального уровня, например IEEE

802.3, 802.5, ATM, frame relay. Шесть пакетов принимают во внимание

протоколы как сетевого, так и канального уровня. Библиотека протоколов,

входящая в состав пакета Virtual Agent от Network Tools, позволяет

моделировать работу SNMP, который повсеместно используется в локально-

сетевых устройствах. Однако не так-то просто обнаружить средство, умеющее

работать с частными протоколами для устаревшего оборудования и связными

протоколами.

Следует обязательно выяснить, работу каких сетевых элементов способно

рассчитывать то или иное средство. В этой области можно нарваться на самые

интересные результаты. Большинство продуктов рассчитывают, как будут

работать те элементы сети, о которых у них имеются данные. Однако три

пакета сплоховали: CANE от Image Net не может моделировать работу дисков,

микросхем и контроллеров; Virtual Agent от Network Tools не принимает во

внимание работу с очередями и скорость передачи данных по физическому

носителю; SimuNet от Telenix не в состоянии учитывать, например,

архитектуру устройств. За исключением NetArchitect от Datametrics, ни одно

средство не умеет смоделировать работу системы в целом. Это означает, что

невозможно принять во внимание, например, влияние параметров конечных

станций. По-видимому, к этой проблеме производители обратятся несколько

позже, когда станут более распространенными сети, при построении которых

учитывается характер работающих в них приложений. Службы каталогов и

сетевые протоколы в таких сетях будут поддерживать передачу трафика,

чувствительного к задержкам.

Кроме того, средства моделирования сетей имеют несколько ограниченные

возможности учета воздействия на пропускную способность сети работы с

приоритетами и уровнями обслуживания. Если вспомнить, какое значение сейчас

придается средствам предоставления уровней обслуживания и управления ими,

станет ясно, что этот недостаток должен быть исправлен.

Достоинство всех перечисленных решений - наличие в их комплектах поставки

примеров моделей и характеристик работы сети; - они помогают пользователям

освоиться с продуктами. Это можно только приветствовать, поскольку

моделирование и анализ поведения сетей - наука хитрая; производители и

пользователи только начинают ее постигать.

Следует ожидать, что средства моделирования будут адаптироваться к

изменениям характера сетей, которые становятся все более интеллектуальными

и все в большей степени ориентируются на системные параметры (в частности,

на учет характера приложений и предоставляемых сетевых услуг). В ближайшем

будущем следует ожидать и появления средств моделирования и прогнозирования

для Gigabit Ethernet. Это особенно важно в связи с выявленными проблемами с

дифференциальными задержками на многомодовом кабеле.

Еще один важный момент - передача голоса через IP. Ясно, что производители

средств моделирования будут обращать все больше внимания на эту проблему,

по мере того как компании, стремящиеся переложить свой междугородний

телефонный трафик на Internet, будут пытаться оценить воздействие

соответствующей нагрузки на свои сети, базирующиеся на маршрутизаторах.

Можно также ожидать появления новых компаний, которые сосредоточат свои

усилия на новых технологиях, таких как Gigabit Ethernet и IP-телефония.

Появление новых производителей средств анализа приведет к усилению

конкуренции и снижению цен на изделия, однако при этом усложнится проблема

выбора.

Страницы: 1, 2

Рефераты

Имитационное моделирование компьютерных сетей