Математические модели и алгоритмы анализа и оптимизации функционирования локальной компьютерной сети тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Аль-Шрайдех Халед Садек

• Аль-Шрайдех Халед Садек
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аль-Шрайдех Халед Садек

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Требования к формируемой локальной компьютерной сети и этапы ее проектирования.

1.1. Сущность и общая постановка задачи формирования оптимальной локальной компьютерной сети.

1.2. Требования к формируемой локальной компьютерной сети и их анализ.

1.3. Выбор сетевого оборудования локальной компьютерной сети.

1.4. Структурированная кабельная система и логическая структуризация локальной компьютерной сети.

1.5. Выбор конфигурации локальной сети.

1.6. Выбор сетевого программного обеспечения.

1.7. Выводы.

ГЛАВА 2. Методы и алгоритмы анализа и оценки эффективности процессов функционирования локальной компьютерной сети.

2.1. Требования к методико-алгоритмическому аппарату анализа и оценки эффективности процессов функционирования локальной компьютерной сети.

2.2. Концептуальные положения оценки эффективности функционирования локальной компьютерной сети.

2.3. Система показателей целевой эффективности функционирования локальной компьютерной сети.

2.4. Алгоритмы определения значений показателей целевой эффективности функционирования локальной компьютерной сети.

2.5. Система показателей и алгоритмы оценки экономической эффективности функционирования локальной компьютерной сети.

2.6. Методика оценки эффективности функционирования локальной компьютерной сети.

2.7. Требования к математической модели локальной компьютерной сети как человеко-машинной системы.

2.8. Характеристика обобщенного структурного метода моделирования процессов функционирования человеко-машинных систем.

2.9. Математическая модель процессов функционирования локальной компьютерной сети.

2.10. Выводы.

ГЛАВА 3. Методы и алгоритмы оптимизации структуры и процессов функционирования локальной компьютерной сети.

3.1. Концептуальные положения формирования оптимальной локальной компьютерной сети.

3.2. Возможные типы задач оптимизации локальной компьютерной сети.

3.3. Выбор методов оптимизации локальной компьютерной сети.

3.4. Матрично-табличный метод формирования оптимальной локальной компьютерной сети.

3.5. Обобщенная структура комплекса алгоритмов формирования оптимальной локальной компьютерной сети.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования по использованию алгоритмов формирования оптимальной локальной компьютерной сети.

4.1. Выбор объекта экспериментального исследования.

4.2. Характеристика объекта экспериментального исследования.

4.3. Алгоритмы и математическая модель оценки процессов функционирования объекта экспериментального исследования.

4.4 Проведение эксперимента и его результаты.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математические модели и алгоритмы анализа и оптимизации функционирования локальной компьютерной сети»

Актуальность исследования. В настоящее время более 80% компьютеров объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, обмен информацией между компьютерами разных фирм и производителей, работающих под разным программным обеспечением (ПО).

На сегодняшний день уровень развития средств передачи и обработки данных достиг такого этапа, когда стало возможным дальнейшее существенное улучшение технико-экономических показателей локальных компьютерных сетей (JIKC) не только и не столько за счет совершенствования технических параметров вычислительных средств и каналов связи, сколько за счет перехода к новой организации информационно-вычислительных процессов, обработки данных, рационального администрирования и глобализации сетей.

В последние годы широкое распространение получили так называемые распределенные JIKC (PJIC). Это довольно сложные локальные сети, функциональные части которых (малые локальные сети с типовой топологией, отдельные персональные компьютеры, серверы, коммутаторы и другое сетевое коммуникационное оборудование) рассредоточены на различных этажах одновременно и того же здания или в различных зданиях на территории одного и того же предприятия ( по периметру эта территория может занимать несколько километров). Тем не менее, это локальная сеть, так как она имеет свою штатную систему передачи данных (СПД). Для связи функциональных частей сети между собой территориальные сети связи (ТСС) не используются. К услугам ТСС приходится прибегать только в случае общения с удаленными абонентами.

Распределенные JIKC относятся к категории сложных кибернетических человеко-машинных систем (ЧМС), эффективность функционирования которых определяется всеми тремя компонентами: человеком (то есть управленческим и обслуживающим персоналом сет), машиной (программно-аппаратурными средствами и технологиями сети) и производственной средой.

Оптимизация распределенных JIKC в настоящее время основывается на улучшении организационных структур, оптимизации организации сети, внедрение новых операционных систем, а также грамотной организацией сетевых и коммуникационных служб.

Системы с распределенной обработкой данных, позволяя рассредоточивать процессы хранения и обработки данных в соответствии с потребностями в информации пользователей, в состоянии обеспечить тем самым весьма широкий круг требований по оперативности управления, качеству информационного обслуживания, а также по устойчивости и надежности системы в целом. Чтобы это стало возможным, необходимо иметь соответствующую методику оптимизации построения и функционирования систем рассматриваемого типа. Кроме того, крайне необходима разработка универсальной концепции разработки и администрирования ЖС и условиях глобализации экономики России.

Посвящена формированию методико-алгоритмического аппарата (инструментария) анализа, оценки и оптимизации локальной компьютерной сети, рассматриваемой как человеко-машинная система. Такой аппарат, по мнению автора, должен обеспечить теоретически обоснованное формирование оптимальной ЖС с возможностью количественной оценки степени приближения получаемых решений по структуре и процессам функционирования сети к строго оптимальным решениям. В этом и заключается актуальность работы.

Цель диссертационной работы состоит в постановке и решении актуальной научно-практической задачи по разработке инструментария, то есть методика алгоритмического аппарата (математических моделей и алгоритмов) анализа, оценки и оптимизации локальной компьютерной сети, рассматриваемой как человеко-машинная система.

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

• обоснование необходимости методико-алгоритмического аппарата (МАА) анализа, оценки и оптимизации JIKC, разработка требований к такому аппарату;

• определение этапов формирования оптимальной ЖС и их содержания;

• разработка концептуальных положений и методических основ количественной оценки и оптимизации структуры и процессов функционирования ЖС;

• разработка системы показателей целевой и экономической эффективности функционирования ЖС и алгоритмов определения их значений;

• выбор и обоснование метода моделирования процессов функционирования ЖС с целью определения показателей эффективности (ПЭ) этой сети;

• формирование математической модели процессов функционирования локальной сети для определения значений показателей целевой и экономической эффективности функционирования ЖС;

• адаптация матрично-табличного метода формирования оптимального эргономического обеспечения человеко-машинной системы к созданию оптимальной ЖС;

• проведение экспериментальных исследований с целью подтверждения работоспособности и эффективности предлагаемого инструментария и разработки рекомендаций по совершенствованию объекта исследований.

Предметом исследования является совокупность теоретических, методологических, методических и практических положений, определяющих процессы исследования эффективности функционирования компьютерных сетей.

Объект исследования - распределенная локальная компьютерная сеть, рассматриваемая как сложная кибернетическая человеко-машинная система, эффективность функционирования которой определяется всеми тремя компонентами: человеком, машиной и производственной средой.

Методы исследования и источники информации. В ходе выполнения диссертационной работы использованы труды отечественных и зарубежных ученых (Пятибратов А.П., Кириченко А.А., Губинский А.И., Гайнович Ю.В., Дмошинский Г.М., Серегин А.В., Макарова Н.В., Назаров С.В., Расторгуев С.П., Смирнов А.Д., Нанс Б., Шатт С., Таненбаум Э., Шиндер Д.Л., Амато В., Блэк Ю. и др.), научный обзор, общегосударственные и отраслевые материалы и стандарты, регламентирующие механизмы исследования эффективности сложных ЧМС. Исследование базируется на принципах системного анализа, обобщения, статистической обработке данных, теории эффективности функционирования ЧМС, теории вероятностей, методах математического моделирования.

Научная новизна. В рамках решения поставленной научно-практической задачи получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

• разработаны концептуальные положения и методические основы количественной оценки и оптимизации структуры и процессов функционирования локальной компьютерной сети, рассматриваемой как человеко-машинная система;

• предложена система показателей количественной оценки целевой и экономической эффективности функционирования JIKC и алгоритмы определения их значений;

• разработана математическая модель процессов функционирования ЖС, базирующаяся на использовании обобщенного структурного метода моделирования;

• разработан матрично-табличный метод формирования оптимальной ЖС, представляющий собой результат адаптации соответствующего метода формирования оптимальной системы эргономического обеспечения ЧМС;

• показана работоспособность и эффективность предложенного МАА на примере анализа и оценки конкретного объекта.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что эти результаты могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях для формирования ЖС, удовлетворяющей заданным требованиям, а также на предприятиях и в организациях, занимающихся эксплуатацией локальных сетей, для оценки уровня эффективности их использования и разработки предложений по их совершенствованию путем внедрения новых программно-аппаратных средств и технологий.

Апробация результатов исследований. Основные научные выводы и положения, полученные в ходе диссертационного исследования, прошли апробацию в виде публикаций статей в сборниках научных трудов МЭСИ и в журнале «Открытое образование» (учредитель МЭСИ) № 6, 2006 («информационные технологии в науке, образовании и бизнесе»). Основные результаты работы по мере их получения докладывались на различных семинарах и совещаниях.

Внедрение результатов исследования осуществлялось в Современной гуманитарной академии (г. Москва).

Достоверность научных результатов и выводов подтверждается корректным использованием научных методов исследования, использованием современного математического аппарата, а также итогами проведенного эксперимента.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Аль-Шрайдех Халед Садек

Основные результаты работы

1. Показана необходимость разработки методико-алгоритмического аппарата (МАА) анализа, оценки и оптимизации локальной компьютерной сети, рассматриваемой как человеко-машинная система, т.е. обоснована актуальность диссертационной работы. Разработаны требования к такому аппарату.

2. Определены этапы формирования оптимальной ЛКС и задачи, решаемые на каждом этапе.

3. Разработаны концептуальные положения и методические основы количественной оценки и оптимизации структуры и процессов функционирования ЛКС. В концептуальных положениях предусматривается необходимость декомпозиции сети при ее исследовании, оценки эффективности внедрения новых программно-аппаратных средств и технологий с целью совершенствования сети, учета влияния всех факторов на эффективность функционирования ЖС.

4. Предложен состав показателей для оценки целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС, куда входят интегральные и частные показатели, абсолютные и относительные, детерминированные и вероятностные. Разработаны алгоритмы определения значений этих показателей.

5. Разработана математическая модель процессов функционирования ЛКС с целью определения показателей эффективности сети. Построение модели базируется на использовании обобщенного структурного метода моделирования человеко-машинных систем.

6. Адаптирован матрично-табличный метод формирования оптимального эргономического обеспечения ЧМС к формированию оптимальной ЛКС. Для облегчения использования адаптированного метода разработана операторская схема формирования оптимальной ЖС, представляющая собой обобщенную структуру математического аппарата оптимизации сети, указатель по очередности использования алгоритмов, моделей и других математических средств в ходе формирования оптимальной сети.

7. Проведено экспериментальное исследование одной из основных функциональных частей локальной сети - системы обеспечения информационной безопасности ЛКС. Цель эксперимента - показать работоспособность и эффективность предлагаемого инструментария и разработать рекомендации по совершенствованию объекта экспериментального исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аль-Шрайдех Халед Садек, 2007 год

1. Айвенс К. Компьютерные сети. Хитрости. СПб.: Изд-во Питер, 2006;

2. Айден К., Фибельман X., Крамер М. Аппаратные средства PC. -СПб: BHV, 1996.

3. Аль-Шрайдех Халед Садек. Матрично-табличный метод формирования оптимальной локальной компьютерной сети (ЛКС). М.: Сборник научных трудов НТЦ развития учебного процесса МЭСИ, вып. 2, 2006.

4. Аль-Шрайдех Халед Садек. Методология формирования оптимальной локальной компьютерной сети (ЛКС). М.: Сборник научных трудов НТЦ развития учебного процесса МЭСИ, вып. 2, 2006.

5. Безопасность сети на основе Microsoft Windows Server 2003: учебный курс Microsoft;

6. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. Пер. с анг. -М.: Мир, 1990.

7. Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. Изд. 2-е, стер. М.; Наука, 1989.

8. Вакка Д. Секреты безопасности в интранет. К.: Диалектика, 1997.

9. Вакка Д. Безопасность интранет. М.: «Бук Медиа Паблишер», 1998.

10. Воген Т. Мультимедиа. Практическое руководство,- Минск: Попурру,1997.

11. Гайкович Ю.В. Безопасность электронных банковских систем.- М.: изд-во «Компания Единая Европа», 1993.

12. Гайкович В., Першин А. «Безопасность банковских электронных систем», М, изд. Единая Европа, 1994;

13. Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. -СПб.: Питер, 2001.

14. Губинский А.И, Надежность и качество функционирования эргатических систем. Л.: Наука, 1982.

15. Джордейн Р. «Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM.», М., Финансы и статистика, 1992.

16. Дмошинский Г.М., Серегин А.В. Телекоммуникационные сети России. -М.: Архитектура и строительство России, 1993

17. Евдокимов В.В. и др. Экономическая информатика. Учебник для вузов под ред. Проф. В.В. Евдокимова.- СПб: Питер, 1997.

18. Иванова Т.И. Корпоративные сети связи-М.: Эко Трендз, 2001.

19. Информатика: Базовый курс/ СВ. Симонович и др.- СПб.: Питер, 2001.-640с: ил.

20. Информатика. Учебник под. Ред. Проф. Н.В. Макаровой. М: Финансы и статистика.

21. Кириченко А.А. "Надежность вычислительных систем и процессов", М., МЭСИД, 1989.

22. Компьютерные сети. Учебный курс /Пер. с англ.- М.:Изд. Отдел «Русская редакция», ТОО «Chamrel Trading Ltd.» 1997; 3

23. Компьютерные сети. Учебный курс. Пер. с англ. М., Изд-во торговый дом «Русская редакция», 2002.

24. Левин М. Библия хакера.- М.: Майор, 2002.- 512 с.

25. Максимов Н.В. Компьютерные сети. СПб.: Изд-во Питер, 2005.

26. Нанс Б. Компьютерные сети: Пер, с анг. М.: Восточная Книжная компания, 1996.

27. Касперски К. Техника и философия хакерских атак. М.: Солон-Р, 1999.

28. Компьютерные технологии обработки информации/ Под ред. С.В. Назарова. М.: Финансы и статистика, 1995.

29. Леонтьев Б. Хакеры, взломщики и другие информационные убийцы. -М: «Познавательная книга плюс», 1999.

30. Локальные вычислительное сети. Кн.1: Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства. Под ред. С.В.Назарова, М: Финансы и статистика, 1994.

31. Локальные вычислительные сети. Кн. 2: Аппаратные и программные средства. Под ред. С.В. Назарова. М.: Финансы и статистика, 1994.

32. Локальные вычислительные сети. Кн. 3: Организация функционирования, эффективность, оптимизация. Под. ред. С.В.Назарова.- М: Финансы и статистика, 1992.

33. Мячев А. А. Персональные ЭВМ: краткий энциклопедический справочник. М: Финансы и статистика, 1992.

34. Назаров С.В. Администрирование локальных сетей Windows NT. Учебное пособие. М.: Финансы и статистика, 2003.

35. Нанс Б. Компьютерные сети: Пер. с англ.- М: Восточная Книжная компания, 1996.

36. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы Питер, 2001.

37. Основы организации сетей. Cisco. Группа разработчиков учебных курсов компании Cisco Systems Т. 1,2-М.: СПб.- Киев 2004.

38. Першиков В.И., Савинков В.М Толковый словарь по информатике. -2-е изд., доп. М. Финансы и статистика, 1995.

39. Плисс А. И., Сливина Н.А. Mathcad 2000 математический практикум для экономистов и инженеров. М. Финансы и статистика. 2000.

40. Пятибратов А.П., Аль-Шрайдех Халед Садек. Концептуальные положения оценки эффеткивности функционирования ЛКС. М.: Сборник научных трудов НТЦ развития учебного процесса МЭСИ, вып. 1, 2006.

41. Пятибратов А.П., Аль-Шрайдех Халед Садек. Формирование оптимальной локальной компьютерной сети. М.: Сборник научных трудов НТЦ развития учебного процесса МЭСИ, вып. 1, 2006.

42. Пятибратов А.П., Аль-Шрайдех Халед Садек. Сущность и общая постановка задачи формирования оптимальной локальной компьютерной сети вуза // Открытое образование. М.: 2006. С. 38-42.

43. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учебник под. ред. проф. А.П. Пятибратова, издание третье М; Финансы и статистика,

44. Расторгуев С.П. Программные методы защиты информации в компьютерах и сетях. — М: «Яхтсмен», 1993.

45. Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем. М.: Наука, 1990.

46. Смит Р. Аутентификация: от паролей до открытых ключей.: Пер. с англ.- М: Изд. Дом «Вильяме», 2002.- 432 с: ил;

47. Таненбаум Э. Компьютерные сети. СПб.: Изд-во Питер, 2006;

48. Телекоммуникации. Мир и Россия. Состояние и тенденции развития. Под ред. Н.Т. Клещева. М: Радио и связь, 1999.

49. Технология электронных коммуникаций. Т.20. Безопасность связи в каналах телекоммуникаций. - М.: Экотрендз, 1992.

50. Технология электронных коммуникаций.- Т.20. Безопасность связи в каналах телекоммуникаций. -М.: Экотрендз, 1992;

51. Фафенбергег Б., Уолл Д. Толковый словарь по компьютерным технологиям и Интернет. 6-е издание. Киев:- Диалектика, 1996

52. Хоникатт Дж. Использование Internet. 2-е изд.: Пер. с англ.- Киев: Диалектика, 1997.

53. Шиндер Д. Л. Основы компьютерных сетей. М.: СПб. Киев 2003;

54. Шатт С. Мир компьютерных сетей: Пер. с англ. Киев: BHV, 1996.

55. Щеглов А., Тарасюк М. Круговая оборона. Ж. «Сети» М.: Открытые системы. 1998.

56. Якубайтис Э.А. Информационные сети и системы: Справочная книга. -М: Финансы и статистика, 1996.

57. Ярочкин В.И. Информационная безопасность: Учебник для вузов,- М: Академический Проект; Фонд «Мир», 2003.- 640 с;

58. Ball, М.О., Colbourn, C.J. and Provan, J.S., Network Reliability. Technical

59. FMEA: Fehler Moglichkeits und Einflus - Analyse, Notwendigkeit, Chance, Voraussetzung. Crundlagen, Volkswagen, 1988;

60. Khorchenko, V.S. and Gorbenko, A.V. FME(C)A Technique of Assessment and Ensuring of a Corporate Computer Network Fault- Tolerance and safety, Proceedings of 6th probabilistic safety Assessment and Management Conference. Puerto Rico, 2002;

61. Research report. TR 92-74. Institute for System Research, University of Maryland, June 1992;