Методы и алгоритмы для систем мониторинга локальных сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.13, кандидат технических наук Сторожук, Дмитрий Олегович

• Сторожук, Дмитрий Олегович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сторожук, Дмитрий Олегович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

1.1. Системы мониторинга параметров и конфигурации локальной сети.

1.1.1. Необходимость мониторинга.

1.1.2. Способы проведения опроса рабочих станций в локальной сети.

1.1.3. Способы анализа информации, собранной при опросе рабочих станций.

1.1.4.Методы проведения мониторинга в локальной сети.

1.1.5. Эффективность функционирования систем мониторинга.

1.2. Функциональные схемы систем мониторш ¡га.

1.2.1. Схема менеджер - агент.

1.2.2. Схемы распределенных систем мониторинга.

1.2.3. Платформенный подход.

1.3. Программная реализация систем мониторинга в локальной сети.

1.3.1. Однопоточные реализации.

1.3.2. Многопоточные реализации.

1.3.3. Сравнение реализаций по основным параметрам.

1.4. Постановка задачи диссертационного исследования.

1.5. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ МОНИТОРИНГА

КОНФИГУРАЦИИ РАБОЧИХ СТАНЦИЙ.

2.1. Разработка математической модели системы мониторинга.

2.1.1 .Основные математические модели для анализа и оптимизации распределённых компьютерных систем.

2.1.2. Модель сбора информации при минимизации времени ожидания ответа от источника и оценка эффективности её применения в системах мониторинга.

2.1.3. Способы реализации многопоточной модели на современных однопроцессорных серверах

2.1.4. Математическая модель использукщегося в системах мониторинга метода пакетной обработки.

2.1.5. Математическая модель метода кругового опроса.

2.2. Разработка основных соотношений для опроса рабочих станций в сети при мониторинге параметров.

2.2.1. Разработка соотношения для определения оптимального числа потоков.

2.2.2. Разработка оптимизированной по времени схемы проведения опроса сети.

2.3. алгоритм i доведения мониторинга рабочих станций.

2.3.1. Разработка оптимизированного по времени алгоритма для опроса рабочих станций

2.3.2. Разработка алгоритма отсева рабочих станций, опрос которых невозможен при проведения мониторинга в локальной сети.

2.3.3. Разработка многопоточного алгоритма опроса рабочих станций для мониторинга в локальной сети.

2.4. моделирование различных реализаций системы мониторинга и их сравнение между собой

2.4.1. Исходные данные.

2.4.2. Анализ результатов моделирования для различных сетей.

2.5. выводы.

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА

КОНФИГУРАЦИЙ РАБОЧИХ СТАНЦИЙ В ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ.

3.1. Система управления сетевой инфраструктурой ИнфраМенеджер 4.0.

3.1.1. Описание системы.

3.1.2. Структура модулей системы.

3.1.3. Структура базы данных системы.

3.1.4. Программные интерфейсы системы.

3.2. Разработка архитектуры системы мониторинга в рамках системы ИнфраМенеджер.

3.3. Программная реализация системы мониторинга рабочих станций в среде Microsoft Visual Studio .Net.

3.3.1. Реализация алгоритма мониторинга рабочих станций.

3.3.2. Реализация пользовательского интерфейса.

3.3.3. Реализация справочной системы мониторинга.

3.4. Альтернативное применение алгоритма опроса сети для Call-центров крупных компаний.

3.5. Выводы.

4. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

4.1. Результаты опроса малой сети (36 uim) (УЗСМ).

4.2. Результаты опроса крупной сети (453 шт)(Медный Завод).

4.3. Оценка вероятности сохранения актуальности данных для систем мониторинга построенных на классическом и разработанном алгоритмах.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы для систем мониторинга локальных сетей»

Актуальность. Бурный рост компьютерных сетей приводит к частым сбоям в их работоспособности. Поэтому необходимо улучшать существующие способы контроля за функционированием локальных вычислительных сетей.

Особо остро стоит эта задача, когда первоначально при проектировании сети были заложены меньшие размеры и нагрузки. Данная ситуация приводит к невозможности пользователей получить своевременный доступ к необходимой информации.

Помимо этого необходимость мониторинга возникает, когда в рамках одной сети объединяется несколько подсетей, изначально спроектированных для решения различных задач. В этом случае в сети увеличивается объём трафика, а также возрастает нагрузка на серверы приложений и особенно сильно - на серверы доменов.

Всё вышесказанное подчёркивает особую актуальность решения задачи постоянного контроля за функционированием сети для гарантированной (предсказуемой) работы сети в целом и доступности для пользователей её компонент. Подобный контроль обеспечивает сохранение целостности и доступности данных, помогает предотвратить несанкционированный доступ к ним.

Несмотря на актуальность создания систем контроля за функционированием сети, проведённый анализ [7,12,27,35,51,72] показывает следующее недостатки современных программных средств:

• Быстрый рост сети приводит к тому, что контроль над сетью уменьшается и выходит за рамки изначально заложенных параметров, в том числе и по максимальному времени обнаружения ошибки. Это вызвано увеличением интервалов между опросами сетевого или оконечного оборудования.

• Предлагаемые пользователям стандартные решения, как правило, плохо адаптируются к различным сетям и не оптимально используют свободные ресурсы. Помимо этого, существующие системы мониторинга очень часто задействуют именно те ресурсы, которые уже задействованы в данный момент времени другими приложениями.

Научная новизна работы. Автором получены следующие новые научные результаты, которые выносятся на защиту.

1) Предложен новый подход к проведению мониторинга в локальной сети, позволяющий использовать время ожидания ответа от оконечного или сетевого устройства для обработки ранее полученной информации.

2) Предложены методы «быстрого отсева» рабочих станций, предотвращения «зависания», а также метод определения оптимального числа потоков в каждый момент времени для системы мониторинга, позволяющие сократить время опроса сети.

3) Предложен метод динамического многопоточного сбора и обработки информации.

4) Разработаны алгоритмы для многопоточной реализации мониторинга в локальной сети, позволяющие уменьшить время опроса рабочих станций по отношению к «классической реализации».

Практическая ценность работы. Использование полученных в диссертации моделей, методов и алгоритмов для систем мониторинга позволяет ускорить опрос рабочих станций, и, следовательно, увеличить вероятность достоверного предоставления данных системой о сети. Они легли в основу модуля мониторинга, входящую в состав программного комплекса «ИнфраМенеджер», разработанного компанией «СофтИнтегро» и зарегистрированного Российским агентством по патентам и товарным знакам, что подтверждается соответствующим актом о внедрении. Эксплуатация программного комплекса в крупной локальной сети заполярного филиала ОАО «Норильский Никель» выявила выигрыш во времени опроса и обработки полученных данных более чем на 20% по отношению к «классической» реализации, использовавшейся в системе ранее. Это привело к увеличению вероятности актуальности хранимых в системе данных о сети с 92% до 95,5%.

Также разработанный алгоритм опроса сети был использован для оптимизации работы Call-Center при одновременном приеме звонков и обзвоне клиентов.

Достоверность результатов. Достоверность полученных в работе результатов обуславливается используемыми моделями массового обслуживания, а также совпадением результатов моделирования предложенных алгоритмов в системе GPSS WORLD и полученных данных в результате испытания системы мониторинга.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 в реферируемых журналах, рекомендуемых ВАК для публикаций результатов диссертаций. Результаты диссертационного исследования докладывались на научной конференции МИФИ и в Алуште.

7. Проблемы мониторинга локальных сетей

Заключение диссертации по теме «Телекоммуникационные системы и компьютерные сети», Сторожук, Дмитрий Олегович

4.4. Выводы

На основании анализа приведённых выше данных установлено, что время сбора и обработки информации для сетевых или оконечных устройств было сокращено более чем на 20%. Это означает, что время между повторными опросами одной и той же рабочей станции при круговом непрерывном опросе изменилось, и стало составлять 80% от того, которое обеспечивает система мониторинга, построенная по классической модели. Таким образом, вероятность сохранения актуальности данных для системы мониторинга, построенной на алгоритмах разработанных в данной работе для сетей ОАО «Норильский Никель» увеличился с 92% до 95,5%.

Данный результат превосходит 95%, который в данный момент считаются минимальным уровнем для требований по актуальности данных.

Заключение

В диссертационном исследовании были успешно решены следующие

Разработан новый подход проведения мониторинга в локальной сети, который позволяет использовать время ожидания ответа от оконечного или сетевого устройства для обработки ранее полученной информации.

Разработаны методы «быстрого отсева» рабочих станций, предотвращения «зависания», а также метод определения оптимального числа потоков в каждый момент времени для системы мониторинга, позволяющие сократить время опроса и увеличить вероятность актуальности данных о сети. Разработан метод динамического многопоточного сбора и обработки информации.

Разработаны алгоритмы для многопоточной реализации мониторинга в локальной сети, позволяющие уменьшить время опроса рабочих станций по отношению к «классической реализации».

Определена область наиболее производительного функционирования разработанных моделей.

На основании разработанных алгоритмов реализована система мониторинга, вошедшая в состав программного комплекса «ИнфраМенеджер», а также модуль управления потоком звонков в Call-Center.

Результаты диссертационного исследования легли в основу системы мониторинга, входящую в состав программного комплекса «ИнфраМенеджер», разработанного компанией «СофтИнтегро». Использование данной системы на предприятиях России и ближнего зарубежья подтвердило правильность предложенных алгоритмов и моделей и привело к увеличению вероятности актуальности хранимых в системе данных о сети с 92% до 95,5% по отношению к системам, в основу которых положен классический многопоточный алгоритм. При этом удалось избежать использования дополнительных ресурсов рабочих станций и сетевого трафика.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сторожук, Дмитрий Олегович, 2008 год

1. Аллен Э. Типичные ошибки проектирования. Санкт-Петербург: Питер, 2003

2. Андреев А., Беззубов Е., Емельянов М. и др. Microsoft Windows 2000 Professional: Русская версия. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2003

3. Басс Л. Архитектура программного обеспечения на практике. Санкт-Петербург: Питер,2005

4. Бей И. Взаимодействие разноязыковых программ. Руководство программиста. Москва: Вильяме,2005

5. Бенькевич Е. Практическое моделирование динамических систем. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург,2002

6. Боев В. Моделирование систем. Инструментальное средство GPSS Word. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург,2004

7. Бройдо В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Санкт-Петербург: Питер, 2003

8. Буч Г. UML Руководство пользователя. Москва: ДМК, 2000

9. Бычков С., Храмов А. Разработка моделей в системе моделирования GPSS. Москва: МИФИ, 1997

10. Ю.Бэбб Р. Программирование на параллельных вычислительных системах. Москва: Мир, 1991

11. Васильев А. Научные вычисления в Microsoft Excel. Москва: Вильяме, 2004

12. Водяхо А., Горнец Н., Пузанков Д. Высокопроизводительные системы обработки данных. Москва: Высшая школа, 1997

13. Гарнаев A. Visual Basic .NET Разработка приложений. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2002

14. Гнеденко Б. В., Коваленко И. Н. Введение в теорию массового обслуживания. Москва: URSS, 2005

15. Гребенюк Е., Гребенюк Н. Технические средства информатизации. Москва: Академия, 2005

16. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. Санкт-Петербург: Питер, 2000

17. Гук М. Аппаратные средства 1ВМ РС: Энциклопедия. Санкт-Петербург: Питер, 2004

18. Гусева А. И., Сторожук Д. О. Журнал «Безопасность информационных технологий». Статья «Увеличение безопасности работы в локальной сети при использовании систем мониторинга», стр. 46-50, январь 2007

19. Гусева А. И., Сторожук Д. О. Журнал «Информационные технологии». Статья «Оптимизация по времени многопоточной модели опроса компьютерной сети», стр. 30-33, август 2007

20. Гусева А. И., Сторожук Д. О. Оптимизация по времени многопоточной модели опроса сети. 14 международный научно-технический семинар современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации в Алуште, 2005. стр. 49

21. Гусева А. И., Сторожук Д. О., Четвериков В. Н. Анализ аппаратного и программного обеспечения компьютера. Научная конференция МИФИ, 2003. Том 2 стр. 99-100

22. Гусева А. И., Сторожук Д. О., Четвериков В. Н. Применение информационных технологий для инвентаризации сетевого имущества на примере программного комплекса «ИнфраМенеджер». Научная конференция МИФИ, 2005. Том 2 стр. 131-132

23. Давыдов В.Г. Программирование и основы алгоритмизации. Москва: Высшая Школа, 2003

24. Дейтел Г. Введение в операционные системы. Москва: Мир. 1987

25. Дольф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. Москва: Лаборатория базовых знаний, 2002

26. Иртегов Д. Введение в сетевые технологии. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2004

27. Казаков С. Основы сетевых технологий. Москва, ДМК, 1998

28. Кармайкл Э. Быстрая и качественная разработка программного обеспечения. Москва: Вильяме, 2003

29. Кларк Д. Объектно-ориентированное программирование в Visual Basic. NET.: Перевод с английского. Санкт-Петербург: Питер, 2003

30. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. Москва: Мир, 1979

31. Коберн А.Современные методы описания функциональных требований к системам. Москва: Лори, 2002

32. Константайн Л. Разработка программного обеспечения. Санкт-Петербург: Питер, 2003

33. Костогрызов А.И. Методическое руководство по оценке качества функционирования информационных систем

34. Кровчик Э. NET. Сетевое программирование для профессионалов. Москва: ЛОРИ, 2005

35. Кучерявый Е. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет. Москва: Наука, 2004

36. Липаев В. Анализ и сокращение рисков проектов сложных программных средств. Москва: СИНТЕГ, 2005

37. Магда Ю. Разработка и оптимизация Windows-приложений. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург,2003

38. Майнази М. Windows 2000 Professional. Москва: Лори, 2001

39. ЗЭ.Макконнелл С. Совершенный код. Мастер-класс. Санкт-Петербург: Питер,2005

40. Максимей И. Имитационное моделирование на ЭВМ. Москва: Радио и связь, 1988.

41. Максимов Н., Попов И. Компьютерные сети. Москва: Форум, 2005

42. Мамаев Е. Microsoft SQL Server 2000. Санкт-Петербург: Питер, 2001

43. Мандел Т. Разработка пользовательского интерфейса. Москва: ДМК, 2001

44. Мартин М. Введение в сетевые технологии. Москва: Лори, 2002

45. Меженный О. Microsoft Windows 98: Краткое руководство. Москва: Диалектика. 2003

46. Назаров С. Локальные вычислительные сети. Организация, функционирование, эффективность, оптимизация. Москва: Финансы и статистика, 1994г.

47. Назаров С. Администрирование локальных сетей Windows NT/2000/ .NET. Москва: Финансы и Статистика, 2003

48. Нанс. Б. Компьютерные сети. Москва; Бином, 1996

49. Нортон П., Гудман Дж. Персональный компьютер: аппаратно-программная организация. В подлиннике. Книга 1. Санкт-Петербург: BHV-Санкт-Петербург, 1999

50. Партыка Т., Попов И. Операционные системы, среды и оболочки. Москва: Форум. 2001

51. Плат Д. Знакомство с MICROSOFT .NET. Москва: Русская редакция, 2001

52. Поляк-Брагинский А. Сеть под Microsoft Windows. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2003

53. Попов А., Шикин Е. Администрирование Windows с помощью WMI и WMIC. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2003

54. Портянкин И. Эффектные пользовательские интерфейсы. Библиотека программиста. Санкт-Петербург: Питер, 2005

55. Роббинс Д. Отладка Windows приложений. Москва: ДМК.2001

56. Роман С. Visual Basic. Библиотека Win32 API. Москва: ДМК Пресс, 2005

57. Рыжиков Ю.И. Имитационное моделирование. Теория и технологии. Санкт-Петербург: Корона принт, 2004

58. Саймон P. Windows 2000 API. Киев: ДиаСофт, 2001

59. Сергеев А. Офисные локальные сети: Самоучитель. Москва: Диалектика, 2004

60. Советов Б., Яковлев С. Моделирование систем. Москва: Высшая Школа, 1995

61. Спортак М. Компьютерные сети. Энциклопедия пользователя. Книга 1. Киев: ДиаСофт, 1998

62. Спортак М. Компьютерные сети. Энциклопедия пользователя. Книга 2. Киев: ДиаСофт, 1998

63. Сторожук Д.О. Использование системы моделирования gpss world для сравнения различных реализаций системы мониторинга. Научная конференция МИФИ, 2007. Том 2

64. Сторожук Д. О. Оптимальное количество потоков в сети при мониторинге. 15 международный научно-технический семинар современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации в Алуште, 2006

65. Сторожук Д.О. Оптимизация по времени многопоточной модели опроса сети. Научная конференция МИФИ, 2005. Том 2, стр. 133-134бЭ.Сторожук Д.О. Основные задачи управления корпоративных сетей. Научная конференция МИФИ, 2007. Том 2,

66. Сторожук Д.О. Системные средства ос для управления элементами сети и ресурсами. Научная конференция МИФИ, 2006. Том 2, стр. 28-29

67. Таненбаум Э. Современные операционные системы: Перевод с английского. Санкт-Петербург: Питер, 2005

68. Уилсон М. Мониторинг и анализ сетей. Москва: Лори, 2002

69. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений. Москва: Вильяме, 2004

70. Хинчин А. Я. Работы по математической теории массового обслуживания, М., 1963

71. Хогдал Дж. Анализ и диагностика компьютерных сетей. Москва: Лори, 2001

72. Хоор А. Взаимодействующие последовательные процессы Москва: Мир, 1986

73. Чакраборти A. Microsoft .NET Framework: разработка профессиональных проектов. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2003

74. ШаттС. Мир компьютерных сетей. Москва: Высшая школа, 1996

75. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. Москва: Мир, 1978

76. Шоу А. Логическое проектирование операционных систем. Москва: Мир,1981

77. Шрайбер Т. Моделирование на GPSS. Москва: Машиностроение, 1980.

78. Штайр М. Системы параллельной обработки. Москва: Мир, 1985

79. Шураков В. Надежность программного обеспечения систем обработки данных. Москва: Статистика, 1981

80. Кровчик Э. .NET Сетевое программирование для профессионалов. : Лори, 2005

81. Эпплман Д. Переход на VB.NET. Санкт-Петербург: Питер, 2002

82. Юдин. А. Концепции и руководство по планированию Microsoft Windows 2000 Server. Санкт-Петербург: Питер, 2003

83. Якубайтис Я. Информационные сети и системы. Москва: Финансы и статистика, 1996г.

84. MSDN Library for Visual Studio .NET 2003