Методико-алгоритмический аппарат (инструментарий) анализа и оценки системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.13, кандидат технических наук Абдель-Вахед Мутаз Халед

• Абдель-Вахед Мутаз Халед
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абдель-Вахед Мутаз Халед

Введение.

Глава 1. Концептуальные и методические положения оценки надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

1.1 Анализ существующих методов оценки надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

1.2 Комплексная система обеспечения безопасности (КСОБ) и ее влияние на надежность и отказоустойчивость распределенной локальной компьютерной сети.

1.3 Концептуальные положения (методология) оценки надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

1.4 Методика оценки эффективности функционирования системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети или внедрения новой техники и технологий (НТТ) в эту систему.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Система показателей надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

2.1 Структура системы показателей надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

2.2 Состав и алгоритмы определения интегральных показателей целевой эффективности системы обеспечения надежности и отказоустойчивости ("Системы") распределенной локальной компьютерной сети.

2.3 Интегральные показатели экономической эффективности системы обеспечения надежности и отказоустойчивости ("Системы") распределенной локальной компьютерной сети.

2.4 Показатели эффективности комплексной системы обеспечения безопасности (КСОБ) распределенной локальной компьютерной сети.

2.5 Постановка задачи оценки эффективности функционирования КСОБ сети по частным показателям.

2.6 Алгоритмы определения частных показателей.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Математическая модель процессов функционирования системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

3.1 Выбор метода моделирования.

3.2 Характеристика обобщенного структурного метода моделирования процессов функционирования системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети как человеко-машинной системы.

3.3 Обобщенная математическая модель процессов функционирования системы обеспечения надежности и отказоустойчивости ("Системы") распределенной локальной компьютерной сети.

3.4 Характеристика типовых функциональных моделей (ТФМ) обобщенной математической модели процессов функционирования ("Системы").

3.5 Типовые функциональные модули для определения временных показателей эффективности функционирования ("Системы").

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Экспериментальное исследование надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети.

4.1 Характеристика объекта исследования.

4.2 Задачи экспериментального исследования.

4.3 Адаптация математических моделей и алгоритмов к оценке надежности и отказоустойчивости объекта экспериментального исследования.

4.4 Проведение эксперимента и его результаты.

Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методико-алгоритмический аппарат (инструментарий) анализа и оценки системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети»

Распределенные локальные компьютерные сети (РЖС) относятся к категории сложных кибернетических человеко-машинных систем (ЧМС), эффективность функционирования которых определяется всеми тремя компонентами: человеком (то - есть управленческим и обслуживающими персоналом сети и пользователями), машиной (программно- аппаратными средствами сети и технологиями) и производственной средой. Распределенными такие ЛКС называются потому, что их функциональные части (малые локальные сети с типовой топологией, отдельные персональные компьютеры, серверы, коммутаторы и другое сетевое коммуникационное оборудование) рассредоточены на различных этажах одного и того же здания или в различных зданиях на территории одного и того же предприятия (по периметру это 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 необходимости общения с удаленными абонентами.

Для количественной оценки влияния каждого компонента на эффективность функционирования всей сети необходимо иметь соответствующий математический аппарат. Используемые в настоящее время методы анализа надёжности и отказоустойчивости локальных сетей в сущности касаются не всей сети как человеко-машинной системы, а только отдельных её элементов, главным образом оборудования. При этом применяется традиционный и многократно апробированный аппарат. Такой подход, когда каждый вид отказа оборудования ранжируется с учётом двух составляющих -вероятности отказа и тяжести его последствий, не позволяет уверенно применять полученные результаты оценки для анализа и обеспечения безопасности всей сети и разработки рекомендаций по обеспечению необходимого уровня надёжности и отказоустойчивости сети.

Кроме того, этот подход не позволяет оценивать вклад рисков неполадок (отказов) элементов сети в общий риск всей сети. В связи с этим настоящая диссертационная работа, посвященная формированию методико-алгоритмического аппарата (МАА) для количественной оценки влияния отказов отдельных элементов и функциональных частей РЖС на надёжность и отказоустойчивость всей сети, является актуальной, необходимой для эксплуатационников локальных компьютерных сетей. Такой аппарат позволяет разработать теоретически обоснованные рекомендации по повышению надежности и отказоустойчивости РЖС до требуемого уровня.

Цель диссертационной работы состоит в постановке и решении актуальной научно-практической задачи по разработке инструментария, то есть методико-алгоритмического аппарата анализа и оценки системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределённой локальной компьютерной сети. Под системой обеспечения надежности и отказоустойчивости (СОНО) локальной сети понимается совокупность взаимосвязанных методов, средств и технологии, предназначенных для решения задач установления и поддержки надежности и отказоустойчивости сети на требуемом уровне. При этом под надежностью РЖС понимается ее способность функционировать не ниже заданного уровня работоспособности в течение определенного времени и в определенных условиях работы. Отказоустойчивость РЖС - это ее способность при отказе отдельных элементов сети функционировать на заданном уровне работоспособности за счет автоматического переключения на использование резервных средств.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

• Обоснование актуальности работы;

• оценка влияния комплексной системы обеспечения безопасности локальной сети на её надёжность и отказоустойчивость;

• разработка концептуальных и методических положений оценки надёжности и отказоустойчивости распределённой ЖС;

• формирование системы интегральных и частных показателей для оценки надёжности и отказоустойчивости РЖС и разработка алгоритмов определения их значений;

• выбор и обоснование метода моделирования процессов функционирования системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости (СОНО) с целью определения показателей эффективности этой системы;

• разработка математической модели процессов функционирования системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости РЖС и её типовых функциональных модулей для определения показателей целевой и экономической эффективности СОНО;

• проведение экспериментальных исследований с целью подтверждения работоспособности предлагаемого инструментария и разработки рекомендаций по совершенствованию объекта исследований. Предметом исследования является совокупность теоретических, методологических, методических и практических положений, определяющих процессы исследования надёжности и отказоустойчивости компьютерных сетей.

Объект исследования - система обеспечения надёжности и отказоустойчивости распределённой локальной компьютерной сети, рассматриваемая как человеко-машинная система (ЧМС), 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 учёных (А. А. Кириченко, А. Олохтонов, П. Б. Храмцов, Пятибратов А. П., Расторгуев С. П., М. Писарев, В. Гайкович, Назаров С. В., Г. JI. Смолян, В. Имери, Губинский А. И., Дмошинский Г. М., Золотов С., Иванова Т. И.,

Купурман М. Б., Нанс Б., М. Гук, Олифер В. Г., Д. Веттинг, Вакка Д, Шатт С., Таненбаум, Э Блэк Ю., Шиндер Д. JI.) и др., научные обзоры, общегосударственные и отраслевые методические материалы и стандарты, регламентирующие механизмы исследования надёжности, отказоустойчивости и эффективности сложных человеко-машинных систем. Исследование базируется на принципах системного анализа, обобщения, статистической обработке данных, теории вероятностей, теории эффективности функционирования ЧМС, методах математического моделирования.

Научная новизна. В диссертации поставлена и решена актуальная научно-практическая задача разработки методико-алгоритмического аппарата анализа и оценки системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости РЛКС, рассматриваемой как человеко-машинная система.

В рамках этого решения получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

• разработаны концептуальные положения (методология) и методика оценки надёжности и отказоустойчивости распределённой ЖС;

• предложена совокупность интегральных и частных показателей для оценки эффективности функционирования системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости (СОНО) РЛКС и её подсистем, разработаны алгоритмы определения значений этих показателей;

• разработана общая математическая модель формирования алгоритмов определения частных показателей для оценки эффекта, получаемого при функционировании системы обеспечения безопасности РЖС;

• разработана математическая модель процессов функционирования системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости РЖС, базирующаяся на использовании обобщённого структурного метода моделирования, и типовые функциональные модули этой модели для определения показателей эффективности СОНО;

• показана работоспособность предложенного методико-алгоритмического аппарата анализа и оценки СОНО PJIKC и разработаны рекомендации по обеспечению необходимого уровня надёжности и отказоустойчивости объекта экспериментального исследования.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях для разработки системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости ЖС, удовлетворяющей заданным требованиям, а также на предприятиях и в организациях, занимающихся эксплуатацией локальных компьютерных сетей, для оценки их уровня надёжности и отказоустойчивости и формирования предложений по совершенствованию СОНО ЖС путём внедрения новой техники и технологий.

Апробация результатов исследования. Основные научные выводы и положения, полученные в ходе диссертационного исследования, прошли апробацию в виде публикаций в печати, в сборниках научных трудов Академического совета и Научно-технологического центра МЭСИ (выпуски 3, 4, 5 и 6, М., 2004, 2005, 2006), а также в журнале "Открытое образование" № 5 2006г. Основные результаты работы по мере их получения докладывались на различных семинарах и совещаниях.

Внедрение результатов исследования осуществлялось в Современной Гуманитарной Академии (СГА).

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

Заключение диссертации по теме «Телекоммуникационные системы и компьютерные сети», Абдель-Вахед Мутаз Халед

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Проведён анализ существующих методов оценки надёжности и отказоустойчивости распределённой ЖС. Показано, что в настоящее время отсутствует методико-алгоритмический аппарат (МАА) для количественной оценки влияния отдельных элементов РЖС на надёжность и отказоустойчивость всей сети, поэтому не представляется возможным разработать теоретически обоснованные рекомендации по повышению надёжности и отказоустойчивости сети до требуемого уровня. Таким образом, обоснована актуальность диссертационной работы.

2. Разработаны концептуальные положения (методология) количественной оценки надёжности и отказоустойчивости РЖС. Ключевым положением методологии является то, что такая оценка должна осуществляться с помощью показателей эффективности (ПЭ) функционирования сети путём определения снижения этой эффективности, обусловленного отказом элементов или функциональных звеньев РЖС.

3. Разработана методика оценки эффективности функционирования системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости (СОНО) РЖС или внедрения новой техники и технологий (НТТ) в эту систему с целью её совершенствования. Методика представляет собой совокупность логически и функционально связанных операций, последовательное выполнение которых приводит к определению конкретных значений показателей целевой и экономической эффективности процессов функционирования СОНО РЖС или внедрения НТТ. Методика полностью базируется на концептуальных положениях оценки СОНО.

4. Предложен состав показателей эффективности функционирования всей системы обеспечения надёжности и отказоустойчивости РЖС и её отдельных подсистем. В состав этих показателей входят показатели целевой эффективности (ПЦЭ) функционирования СОНО и показатели экономической эффективности (ПЭЭ), интегральные и частные ПЭ, абсолютные и относительные показатели, разработаны алгоритмы определения значений этих показателей.

5. Разработаны функциональные требования к комплексной системе обеспечения безопасности (КСОБ) локальной сети, которая рассматривается как подсистема СОНО РЖС. Для оценки эффективности функционирования КСОБ предложены система показателей и алгоритмы определения их значений. Разработана общая математическая модель формирования алгоритмов определения частных показателей для оценки эффекта, получаемого при функционирования КСОБ локальной сети.

6. Составлена математическая модель процессов функционирования СОНО РЖС, базирующаяся на использовании обобщенного структурного метода моделирования. Разработаны типовые функциональные модули (ТФМ) этой модели для определения временных показателей эффективности функционирования СОНО.

7. Проведены экспериментальные исследования по оценке надёжности и отказоустойчивости конкретного объекта - КСОБ распределённой локальной компьютерной сети образовательного учреждения. Результаты исследования подтвердили работоспособность предложенного методико-алгоритмического аппарата анализа и оценки надежности и отказоустойчивости РЖС и позволили разработать рекомендации по совершенствованию объекта экспериментального исследования.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абдель-Вахед Мутаз Халед, 2006 год

1. А.А. Кириченко "Надежность вычислительных систем и процессов", М., МЭСИ, 1989;

2. А. И. Плисс, Н.А. Сливина. Mathcad 2000 математический практикум для экономистов и инженеров. М. Финансы и статистика. 2000.- 2 экз;

3. Абдель-Вахед Мутаз Халед, Современная стандартизация безопасности функционирования систем обработки данных. М.: Сборник научных трудов МЭСИ, выпуск 5, 2006;

4. Абдель-Вахед Мутаз Халед, Методы и средства обеспечения отказоустойчивости ЖС. М.: Сборник научных трудов МЭСИ, выпуск 4, 2005;

5. Абдель-Вахед Мутаз Халед, Оценка надежностных характеристик отказоустойчивости ЖС. М.: Сборник научных трудов МЭСИ, выпуск 4, 2005;

6. Абдель-Вахед Мутаз Халед Анализ существующих методов и средств обеспечения надежности локальных компьютерных сетей. М.: Сборник научных трудов МЭСИ, выпуск 3, 2004;

7. Аронов И.З., Адлер Ю.П. и др. Обзор современных подходов кIобеспечению качества и безопасности сложных систем на основе анализа видов, последствий и критичности отказов // Надежность и контроль качества. 1996. - № 11;

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

9. Баркова И.В., Сергеева Т.П. Математические модели оценки надежности кольцевых структур в сетях SDH. Электросвязь, 2001;

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

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

12. Бэрри Нанс Компьютерные сети. Пер. с англ. М., «Бином», 1995 2 экз;

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

14. В. Имери "Как сделать бизнес в Интернет", Киев, Комиздат-Диалектика, 1997;

15. Вакка Д. Безопасность Интернет. М.: «Бук Медиа Паблишер». 1998;

16. Вакка Д. Секреты безопасности в Интернет. К.: Диалектика, 1997;

17. Г.Л. Смолян "Человек и компьютер", М., Политиздат, 1981;

18. ГОСТ 28195-89 «Оценка качества программных средств. Общие положения»;

19. Губинский А.И. Надежность и Качество функционирования эргатических систем. Л.: Наука, 1982;

20. Д. Веттинг «Novell NetWare для пользователя» / пер. с немец. К. Торгово-издательское бюро BHW М.: Бином 1994;

21. Дмошинский Г.М., Серегин А.В. Телекоммуникационные сети России. -М.: Архитектура и строительство России, 1993;22.ж. Сети, №8,1997;23.3олотов С. Протоколы Internet. СПБ: BHV- Санкт-Петербург, 1998;

22. Иванова Т.И. Корпоративные сети связи М.: Эко Трендз, 2001;

23. Информатика. Учебник под ред. Проф. Н.В. Макаровой, издание 3-ое -М.: Финансы и статистика, 2001;

24. Информатика: Базовый курс/ С.В. Симонович и др. СПБ.: Питер, 2001г.-640с.: ил;

25. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем: Пер. с англ.-М.: Мир, 1980;

26. Компьютерные технологии обработки информации / под ред. С.В. Назарова. -М.: Финансы и статистика, 1995;

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

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

29. Компьютерные системы и сети. Учеб. пособ. Под ред. В.П. Косарева и JI.B. Еремина. М., ФиС, 1999-2 экз;

30. Корпоративные сети связи. Ж. Выпуск 3 под ред. Купермана М.Б. М.: Информсвязь, 1997;

31. Кульгин М. Технология корпоративных сетей. Энциклопедия.- СПб: Питер, 1999;

32. Кульгин М. Теория очередей и расчет параметров сети // Byte, 1999;

33. Куперман М.Б. Лясковский Ю.К. Технологии и протоколы территориальных сетей связи. Ж. Корпоративные сети связи. Выпуск 3. М.: Информсвязь, 1997;

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

35. М. Гук. Локальные сети NOVELL-C-Пб.: Питер 288с;

36. М. Писарев Мировой рынок операционных систем, ж. CompUnity №1-2 1997;

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

38. Мидоу Ч. Анализ информационных систем. Пер с англ. М., «Прогресс», 1977;

39. Назаров С.В. Администрирование локальных сетей Windows NT. Учебное пособие. -М.: Финансы и статистика, 1999;

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

41. П.Б. Храмцов Лабиринт Internet. Практическое руководство- М.: Электроинформ, 1996-256с;

42. Пятибратов А.П. Информатизация общества: экономика и эффективность. К.: Наукова Думка, 1993;

43. Пятибратов А.П. Человеко-машинные системы: эффект эргономического обеспечения.- М.: Экономика, 1987;

44. Пятибратов А.П., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные системы, сети и коммуникации. Учебник под ред. Проф. А. П. Пятибратова, издание третье- М.: Финансы и статистика, 2005;

45. Пятибратов А.П, Абдель-Вахед Мутаз Халед, Постановка задачи оценки эффективности функционирования комплексной системы обеспечения безопасности (КСОБ) распределенной ЖС по частным показателем М.: Сборник научных трудов МЭСИ, выпуск 6, 2006;

46. Пятибратов А.П, Абдель-Вахед Мутаз Халед, Алгоритмы определения частных показателей эффективности функционирования комплексной системы обеспечения безопасности (КСОБ) распределенной ЖС М.: Сборник научных трудов МЭСИ, выпуск 6, 2006;

47. Пятибратов А.П., Абдель-Вахед Мутаз Халед.

48. Концептуальные положения оценки надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сети (РЖС) вуза. Журнал «открытое образование» № 5 2006г. (Стр. 52-56);

49. Рабочие материалы. Труды испытательной лаборатории НИЦ программных средств ВТ. 1995;

50. Расторгуев С. П. Программные методы защиты информации в компьютерных сетях. М.: «Яхтсмен», 1993;

51. Растригин А.А. Вычислительные машины, системы, сети. М., 1982;

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

53. Сражение сетевых и персональных компьютеров. IEEE Spectrum Ж Computer Weec #26-97;

54. Стандарт МЭК "Техника анализа надежности систем. Метод анализа вида и последствий отказов". Публикация 812 (1985 г.). М., 1987, 23 с;

55. Таненбаум Э. Компьютерные сети- четвёртое издание- М. С Пб: Питер 2003;

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

57. Телекоммуникации. Мир и Россия. Состояние и тенденции развития. Под ред. Н. Т. Клещёва.- М.: Радио и связь, 1999;

58. Технологии, инструментальные средства и среды глобальных сетей: Уч. пособие /JI.K. Птицына, Н.В. Соколова, М.В. Хлудова, В.М. Ицыксон. СПб.: Изд-во СП6ГТУ,1998;

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

60. Филин Б.П. Методы анализа структурной надежности сетей связи. М.: Радио и связь, 1988;

61. Шиндер Д. JI. Основы компьютерных сетей. М.: СПб. Киев 2003;

62. П1атт С. Мир компьютерных сетей: пер. с англ. Киев: BNV, 1996;

63. Щербо В. Стандарты вычеслительных сетей (взаимосвязи сетей). Справочник.- М.: Кудиц-образ,2000;

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

65. Ball, М.О., Colbourn, C.J. and Provan, J.S., Network Reliability. Technical Research report. TR 92-74. Institute for System Research, University of Maryland, June 1992;

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

67. 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;