Анализ и синтез структуры распределенной информационной сети с АТМ коммутацией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Марек Мальчерек

• Марек Мальчерек
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Марек Мальчерек

Введение.

1. Анализ проблемной области, систем моделирования корпоративных сетей и постановка задач диссертационной работы.

1.1. Анализ построения высокоскоростных компьютерных сетей с ATM коммутацией.

1.2. Анализ управления потоком данных в сетях ATM коммутацией для решения задач их синтеза и маршрутизации.

1.3. Проблемы создания средств проектирования телекоммуникационных сетей с технологией передачи ATM.

1.4. Анализ технологии корпоративных сетей.

1.5. Системы моделирования корпоративных сетей.

1.5.1. NetMaker ХА.

1.5.2. COMNET Predictor.

1.5.3. SES/Strategizer.

1.5.4. Сравнительный анализ систем моделирования.

1.6. Постановка задач исследования.

2. Анализ методики расчёта характеристик корпоративных вычислительных сетей и методологических подходов к их моделированию.

2.1. Основные предпосылки для анализа корпоративных сетей.

2.2. Моделирование информационных потоков в сетях-ATM.

2.2.1. Характеристика потоков информации.

2.2.2. Процесс вычисления числа поступающих сигналов на временном отрезке Nt.

2.2.3. Постоянные промежутки поступления сигналов.

2.3. Анализ буферной памяти узла коммутации корпоративной сети.

2.3.1. Процесс буферизации в узле коммутации и схемы организации буферной памяти.

2.3.2. Анализ однородного пула равнодоступных буферов.

2.4. Расчет характеристик корпоративной сети.

2.5. Выводы по второму разделу.

3. Разработка и исследование характеристик алгоритмов маршрутизации.

3.1. Сравнение синтезированного алгоритма маршрутизации

MPNNI с PNNI.

3.2. Формирование постоянных виртуальных каналов.

3.2.1. Соотношения для средних интенсивностей потоков и их зависимости от маршрутизации.

3.2.2. Задача выбора постоянных виртуальных каналов.

3.2.3. Алгоритм решения задачи выбора постоянных виртуальных каналов.

3.3. Расчет вероятностно-временных характеристик.

3.3.1. Основные понятия и предположения.

3.3.2. Схема алгоритма расчета основных сетевых параметров и ВВХ сети.

3.3.3. Детальное описание модели и расчетного алгоритма.

3.4. Выводы по разделу.

4. Практическая реализация программного обеспечения системы машинного моделирования и анализа ATM-сетей.

4.1. Система моделирования и визуализации процесса обмена данными между компонентами глобальной сети и учета основных параметров.

4.2. Основные принципы моделирования сетей с ATM коммутацией.

4.3. Программное обеспечение Netmod для моделирования и анализа ATM-сетей.

4.4. Интерфейс программного обеспечения Netmod.

4.4.1. Использование программы.

4.4.2. Разработка сетевой топологии.

4.4.3. Определение характеристик сетевых устройств.

4.4.4. Определение характеристик соединений.

4.4.5. Определение характеристик трафика.

4.4.6. Анализ и расчет требований сети.

4.5. Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и синтез структуры распределенной информационной сети с АТМ коммутацией»

Современное мировое сообщество невозможно представить без высокоскоростных телекоммуникаций, которые важны далеко не только компьютерным сетям, но необходимы также для передачи другого типа информации, например, телефонии, видео. Совершенно очевидно, что прокладывать кабельные системы или использовать спутниковые каналы связи для каждого вида информации совершенно неэффективно. Гораздо выгоднее внедрять масштабируемую АТМ-технологию.

Тема диссертационной работы связана с решением задач по обеспечению необходимости поддержки трафика большого объема с различными требованиями качества обслуживания в компьютерных сетях, работающих на очень высоких скоростях передачи данных. В качестве платформ, на которых будут рассматриваться соответствующие аспекты дизайна, будем использовать сети ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи).

В сетях ATM в настоящее время наблюдаются кардинальные перемены. В случае ATM присущая этой сети высокая скорость передачи данных послужила причиной использования ее не только для передачи звука и изображений, но также и в последнее время во все большей степени неравномерного трафика на базе стека TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/Интернет-протокол). С технической точки зрения такие быстрые и беспрецедентные изменения представляют массу интересных задач в области организации протоколов, борьбы с перегрузкой, управления трафиком и определения его параметров.

С другой стороны, для владельца корпоративных информационных систем или для конечного потребителя интересы фокусируются на удовлетворении потребностей приложений.

В работе представлен обзор тенденций в эволюции объединенных IP-сетей и сетей ATM, рассматриваются некоторые из движущих'факторов, формирующих спрос на высокоскоростные сети с гарантиями качества обслуживания (Quality of Service, QoS), обсуждаются типы служб, предоставляемых объединенными IP-сетями и сетями ATM.

Развитие информационных технологий требует адекватного изменения информационной инфраструктуры, создания или модернизации сети. При этом, естественно, возникает проблема выбора технологии, которая обеспечила бы достаточную производительность и приемлемое качество при минимальных издержках. Весьма желательно также максимально задействовать имеющуюся сетевую инфраструктуру, получить возможность наращивать и расширять по мере необходимости свою сеть без коренной ее переделки. Не менее важным является вопрос об управлении сетью. Оно должно обеспечивать своевременное обнаружение дефектов, быстрое изменение конфигурации сети (если этого требуют условия), оптимальное использование сетевых ресурсов, надежную защиту циркулирующей в сети информации.

Создание высокоэффективной телекоммуникационной среды является важной проблемой, без решения которой невозможно построение информационного сообщества и внедрение новейших информационных технологий в сферы производства, бизнеса, науки, образования, медицины и т.д. Именно информация становится стратегическим ресурсом, а наибольший экономический и социальный успех сопутствует тем, кто активно использует и предлагает современные средства и услуги информационных и телекоммуникационных технологий.

В большинстве случаев территориально-распределенная сеть поставщика услуг существует для того, чтобы обеспечить возможность удобного и низкостоимостного взаимодействия отдельных пользователей или групп между собой. Поставщики услуг используют оборудование, программное обеспечение, человеческие ресурсы для того, чтобы максимально использовать свои сети с одновременным уменьшением стоимости расходов на эксплуатацию оборудования и на общее содержание сети.

Оптимальное использование сети зависит от услуг, которые она предоставляет: насколько хорошо каждая услуга разрешает проблемы потребителя, насколько быстро услуга может быть доставлена потребителю и насколько надежно функционирует эта услуга. Стоимость сети (и расходы на ее содержание) зависит от инфраструктуры, развернутой для ее поддержания: общей стоимости требуемого оборудования, стоимости поддержки информационных систем, расходов на содержание обслуживающего персонала, ширины полосы пропускания, потребляемой услугами и т.д. Очевидно, что наиболее рентабельные поставщики услуг - это те, которые могут развернуть свои сети с приносящими доход услугами с наименьшими для себя затратами.

Целью диссертационной работы является разработка методики выбора рациональной структуры высокоскоростной компьютерной сети передачи данных с ATM коммутацией, повышения ее эффективности функционирования, посредством разработки алгоритмов проектирования и маршрутизации распределенных сетей.

В работе освещены аспекты создания и применения сетей ATM в России и за рубежом; рассмотрено оборудование применяющееся при построении сетей ATM, а также при их моделировании.

Технология ATM сначала рассматривалась исключительно как способ снижения телекоммуникационных расходов, возможность использования в . ЛВС просто не принималась во внимание. Большинство широкополосных приложений отличается взрывным характером трафика.

Сетевые территориально распределенные компьютерные системы занимают важное место в развитии региональной науки и техники, образования и культуры, здравоохранения, торговли и т.д. Это вызвано интенсивным ростом потребностей в распределенных вычислениях, информационном сервисе, системах электронного документооборота, дистанционного обучения, использовании электронных почтовых служб и сервисов и т.д.

Развитие технологий проектирования территориально распределенных сетей и совокупность технологий построения сетей хранения (Storage Area Network - SAN и Network Attached Storage - NAS) положило основу новому направлению - проектированию региональных сетей передачи, обработки и хранения данных (Region Storage Area Network -RSAN).

Тенденция к переходу от технологий SAN и NAS к RSAN предъявляют новые требования к увеличению дальности передачи больших массивов информации, скорости и функциональности. Говоря о RSAN как о следующем поколении сетей хранения, имеется в виду быстрые, интеллектуальные, масштабируемые и надежные, устойчивые к сбоям распределенные сети, применение которых позволило бы расширить возможности управления и пакет информационных услуг, обеспечить более высокое качество и класс обслуживания.

Применяемые в настоящее время, модели функционирования распределенных сетей являются недостаточно адекватными для проектирования сетей класса RSAN. Анализ существующих подходов к решению задачи оптимизации их параметров показывает, что ряд существенных черт, факторов и механизмов, определяющих эффективность функционирования сети, необоснованно упрощается. Таким образом, возникает потребность в создании более совершенных моделей описания процессов функционирования РСХД и методах выбора оптимальных решений, что должно позволить оценить или сформировать набор проектов по ходу проектирования распределенной сети с тем, чтобы обеспечить возможность выбора приемлемого варианта системы.

Высокопроизводительные приложения типа ЛВС клиент-сервер требуют высокой скорости передачи в активном состоянии и практически не используют сеть в остальное время. При этом система находится в активном состоянии (обмен данными) достаточно малое время. Даже в тех случаях, когда пользователям реально не нужна обеспечиваемая сетью полоса, традиционные технологии ЛВС все равно ее выделяют. Следовательно, пользователям приходится платить за излишнюю полосу. Перевод распределенных сетей на технологию ATM позволяет избавиться от таких ненужных расходов.

ATM - очень гибкая технология; она позволяет передавать по сети различные типы трафика - голос, видео и данные, - обеспечивая при этом достаточную пропускную способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации. Технология ATM может использоваться как для построения локальных высокоскоростных сетей, так и магистралей, объединяющих традиционные локальные сети. Кроме того, организации по стандартизации ATM уже разработали много стандартов на совместимость ATM, дающих возможность производителям создавать коммутаторы, которые могут взаимодействовать с коммутаторами других производителей, а также с традиционным оборудованием локальной сети.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов основывается на обработке, анализе и сопоставлении экспериментальных и расчётных данных, применении методов системного анализа, математического моделирования и теории проектирования компьютерных систем, а также на сопоставлении результатов исследований с данными литературы.

В результате проведенных в рамках диссертационной работы исследований сформирована алгоритмическая и методологическая основа проектирования региональных распределенных сетей.

Предложенная методика может быть использована при разработке и реализации сетевых проектов целевых программ информатизации регионов РФ, что позволит ускорить процесс проектирования, снизить финансовые и временные затраты при выборе приемлемого решения, построить или модернизировать региональную сеть отвечающую предъявляемым требованиям к передаче, обработке и хранению данных.

Технология ATM находится в постоянном развитии: мир ATM состоит из изменяющихся стандартов и продуктов, которые не всегда соответствуют этим стандартам. И хотя быстрая разработка стандартов еще больше усложняет общую картину ATM, благодаря им ATM может быстрее стать пригодной для использования, а значит, и общедоступной технологией. Поэтому понимание сегодняшнего состояния технологии ATM дает ключ к пониманию будущих направлений развития сетевых технологий. ATM - очень гибкая технология; она позволяет передавать по сети различные типы трафика - голос, видео и данные, - обеспечивая при этом достаточную пропускную способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Марек Мальчерек

Основные результаты работы:

1. Проведен анализ современных технологий и иследованы подходы к построению распределенных сетей передачи данных с ATM -коммутацией, и как результат этого, предложен подход к выбору рациональной структуры при проектировании региональных сетей передачи, обработки и хранения данных.

2. Разработана модель функционирования региональной сети передачи данных с ATM - коммутацией.

3. Разработан собственный алгоритм оптимизации процессов маршрутизации в загруженных ATM сетях.

4. Предложены алгоритмы повышения производительности и эффективности функционирования, используемые при создании структуры сети, выбора оптимальной пропускной способности каналов, определения характеристик сети и их оптимизации.

5. Разработана методика анализа функционирования и выбора рациональной структуры региональной сети, передачи, обработки и хранения данных.

6. Разработано ПО синтеза высокоскоростных ATM - сетей с модифицированным протоколом маршрутизации.

7. Приведен пример использования разработанной системы для решения практической задачи и установлено, что результаты исследования со структурой и характеристиками реальной сети, предложенной экспертами, что позволяет внедрить систему в других областях применения.

Заключенне

Результатом внедрения технологии ATM в сеть являються увеличение эффективной полосы пропускания, что приводик с снижению стоимости каналов распределенных сетей, что особенно заметно при передаче мультимедийного трафика. Недходимо помнить что эффективность технологии ATM заключаеться в самой ее природе: в ней одновременно возможна передача голоса, виде и обычных данных.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Марек Мальчерек, 2004 год

1. Comer, D.; and Steven , D. Internetworking with TCP/IP, Volume III: Client-Server Programming and Applications. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001.

2. Comer, D. Internetworking with TCP/IP, Volume I: Principles, Protocols, and Architecture. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001.

3. Cormen, Т.; Leiserson, C.; and Rivest, R. Introduction to Algorithms. Cambridge, MA: MIT Press, 1990.

4. Stevens, W. TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols. Reading, MA: Addison-Wesley, 1994.

5. Stevens, W. TCP/IP Illustrated, Volume 3: TCP for Transactions, HTTP, NNTP, and the UNIX(R) Domain Protocol. Reading, MA: Addison-Wesley, 1996.

6. Семёнов Ю. А. Телекоммуникационные технологии. 2003. // http://zeus.sai.msu.ru:7000/nets/semenov/.

7. ATM. // http://www.citforum.ru/nets/articles/atm.shtml.

8. Передача трафика IP через сети ATM. // http://kunegin.narod.ru/ref3/atm6/06.htm.

9. Об ATM на русском. // http://www.fastnet.ru/rus/technology/atmrus.html.

10. Проект ATM-сети на базе аппаратуры Alcatel. // http://www.priortelecom.ru/projects/solution6.htm

11. Введение в ATM. // http://www.vinco-t.ru/technologies/atm.php

12. Астахов А. М. Аудит безопасности информационных систем // Конфидент. -2003. -№1,2.

13. З.Беляев А. В. Методы и средства защиты информации // http://www.citforum.ru/internet/mfsecure/its2000-01 .shtml.

14. Галатенко В. А. Информационная безопасность грани практического подхода / Конференция «Корпоративные информационные системы», М., 1999 //http://www.citforum.ru/seminars/cis99/galat2.shtml.

15. Галатенко В. А. Информационная безопасность в Intranet // LAN 1996. -№ 7; http://www.osp.ru. http://www.osp.ru/lan/1996/07/42.htm.

16. Галатенко В. А., Трифоленков И. Введение в безопасность Интернет. 1996 //http://www.citforum.ru/internet/iinet96/14.shtml.

17. Граймз Р. А. Где размещать антивирусную защиту // http://www.osp.ru/win2000/safety/4safl0.htmi

18. Диффи У. Первые десять лет криптографии с открытым ключом // ТИИЭР.-1988. Т. 76. - № 5. - С. 54-74.

19. Елманова Н. Средства управления корпоративными сетями и приложениями //Компьютер-Пресс. 2002. - № 10.

20. Жеку И., Прокофьев Н., Шумилин П. Старые песни о главном // Компьютер Пресс. 2002. - № 3.

21. Зима В. М., Молдовян А. А., Молдовян Н. А. Безопасность глобальных сетевых технологий. СПб.: БХВ-Петербург, 2001.

22. Знаменский С. На службе безопасности электронного бизнеса // Открытыесистемы. 2001. - № 5-6; http://www.osp.ru/os/2001/05-06/036.htm.

23. Олифер Н. А. Дифференцированная защита трафика средствами IPSec //

24. N. 2001. - № 04; http://www.osp.ru/lan/2001/Q4/024.htm, 29.0лифер H. А. Протоколы IPSec // LAN. - 2001. - № 03; http://www.osp.ru/lan/20Ql/03/Q24.htm,

25. Панасенко С. П., Ракитин В. В. Аппаратные шифраторы / Мир ПК. 2002. - №8.

26. Решения компании Cisco Systems по обеспечению безопасности корпоративных сетей / Сост.: М. Кадер, М.: Московский офис Cisco Systems, Inc., 2001.

27. Алекперов А. О технологии применения Frame Relay и ATM в отечественных сетях // Мир связи и информации. Connect! №3, 1996. с.30-34.

28. Альянах И.Н. Моделирование вычислительных систем. — Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1988. — 223 с.

29. Барсков А.Г. Frame Relay шагает по России// Сети и системы связи. №5, 1997, с.72-79.

30. Бродерик Дж.,Талль Б. Высокоскоростные магистрали передачи данных. //Сети, 1996. - № 7. - с. 23-27.