автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Анализ и синтез структуры распределенной информационной сети с АТМ коммутацией

| - пзщзльный экземпляр

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

На правах рукописи

Марек Мальчерек

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ

/ / РАСПРЕДЕЛЁННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ С ATM КОММУТАЦИЕЙ

Специальность* 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

На правах рукописи

Марек Мальчерек

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ

/ / РАСПРЕДЕЛЁННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ С ATM КОММУТАЦИЕЙ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре Электронных вычислительных машин Тверского государственного технического университета

Научный руководитель:

Доктор технических наук,

профессор Григорьев В.А.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук,

профессор

Дмитриев Г.А.

Кандидат технических наук, профессор Чернышёв О.Л.

Ведущая

организация: Федеральное государственное унитарное

предприятие "Специальное проектно-конструкторское бюро средств управления , г.Тверь.

Защита состоится « » декабря 2004г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 212.262.04 в Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, 22 (Ц-212.)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета.

Автореферат разослан «16» ноября 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н, доцент

А.В.Жгутов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в мире происходит бурный процесс развития информационных технологий проектирования для внедрения высокоскоростных компьютерных сетей.

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode - ATM) считается основной технологией переноса информации с объединением передачи видео- и голосовых потоков и потоков обычных данных. В настоящее время технология ATM применяется как в локальных, так и в распределенных сетях. Ее отличительными особенностями являются наличие встроенных возможностей управления качеством обслуживания (Quality of Service - QoS) и динамические операции с использованием виртуальных каналов (Virtual Channel - VC).

Сетевые территориально распределенные компьютерные системы занимают в России 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 н функциональности. Говоря о следующем поколении сетей передачи и хранения данных, имеются 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 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.

Технологии ATM использует процедуру установления соединения для обмена данными. Указанный факт означает, что перед непосредственной передачей информации между отправителем и получателем устанавливается соединение. Сразу после установления виртуального соединения отправляется запрос на заданное качество обслуживания QoS. Используя протокол маршрутизации, информация о сигнализации маршрутизируется через сеть ATM, устанавливая коммутируемый виртуальный канал с гарантированным качеством обслуживания.

В настоящее время при проектировании и эксплуатации корпоративных компьютерных сетей (КС) предоставление качественных услуг по распределенной обработке информации, которая в значительной степени определяется развитостью механизма анализа и синтеза моделей структуры компьютерной сета, является актуальной задачей.

Обеспечение высокого качества функционирования сложных технических систем, к которым относятся корпоративные КС, требует разработки эффективных средств исследования протекающих в них процессов. Теоретические методы анализа производительности сетевого оборудования разрабатывались и развивались в работах Л.Б. Богуславского, В.М.Вишневского, В.М.Глущенко, T.Kernel, T.M.Rose.

Компьютеризация процедур синтеза корпоративных КС позволила решить задачи обработки больших объемов сложно организованной информации, но следствием этого явилась большого количества сетевых моделей и методов их анализа. Для интеграции формализованных знаний необходимо выявление и исследование обобщающих моделей в рамках корпоративной КС.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов проектирования для выбора, рациональной структуры высокоскоростной компьютерной сети передачи данных с ATM - коммутацией, повышения ее эффективности функционирования, качества обслуживания в локальных, городских и распределенных сетях; обеспечить необходимое качество обслуживания для передачи данных.

Поставленная цель достигается путем решения ряда взаимосвязанных основных задач работы:

1. Провести анализу ЕС ЙЙТ^аТЙЗаЙШО данных, о методике построения высокоскоростных

технологий распределенных сетей обработки данных, основных компонент и принципов передачи данных на основе ATM - коммутации;

2. Провести анализ существующих программных средств моделирования корпоративных компьютерных сетей, исследовать модели и методы проектирования распределенных сетей передачи данных с ATM - коммутацией;

3. Оптимизировать процессы маршрутизации в загруженных ATM - сетях;

4. Разработать алгоритмы повышения производительности, а как следствие, и эффективности функционирования системы и методику выбора рациональной структуры сети передач и обработки данных;

5. Разработать открытое программное обеспечение для проектирования высокоскоростных сетей с ATM - коммутацией, позволяющую учесть взаимосвязь основных сетевых механизмов процессов передачи данных в условиях использования высокоскоростных каналов связи;

6. Провести апробацию результатов разработки программных средств синтеза высокоскоростных сетей;

7. Разработать предложения и рекомендации по выбору рациональной структуры при проектировании региональных сетей и повышению эффективности их функционирования.

Методы исследования

При решении поставленных в диссертации задач использовались методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории марковских процессов, методы математического и имитационного моделирования. Научная новизна работы состоит в следующем:

• проанализированы новые технологии и исследованы подходы к построению распределенных сетей передачи данных и, как следствие этого, предложен подход к выбору рациональной структуры при проектировании региональной сети передачи, обработки и хранения данных;

• разработана модель функционирования региональной сети передачи данных;

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

• разработана методика анализа функционирования и выбора рациональной структуры региональной сети передачи, обработки и хранения данных.

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.

Практическая ценность работы

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

Предложенная методика может быть использована при разработке и реализации сетевых проектов целевых программ информатизации регионов, 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.

Разработана функциональная структура, алгоритмическое и программное обеспечение синтеза компьютерных сетей с ATM-коммутацией, разработаны аналитические модели КС, сформированы конкретные правила формирования базы типовых моделей КС и разработке базы данных, содержащей информацию об основных параметрах существующих КС и результатах модельных экспериментов.

Внедрение результатов работы

Разработанная методика и программное обеспечение внедрены при проектировании региональной вычислительной сети обработки информации и на кафедре ЭВМ в рамках курса «Проектирование компьютерных сетей».

Двтор защищает:

1. Алгоритмы и методы построения топологии, выбора пропускной способности каналов, определения и выбора основных протокольных параметров и выбора оборудования региональной сети.

2. Методику анализа функционирования и выбора рациональной структуры региональной сети передачи, обработки и хранения данных в условиях использования разнородных каналов передачи данных.

3. Результаты исследований и проектирования региональной сети передачи, обработки и хранения данных.

Апробация работы. Основные положения, теоретические выводы и практические рекомендации диссертационной работы докладывались автором на следующих всероссийских и международных конференциях:

Перспективы развития волжского региона, Тверь 2002. Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании (КТУДО-2002), Тверь 2002. Научной конференции Технической высшей школы г.Вормса (Германия) 2003. Перспективы развития волжского региона, Тверь 2004.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на страницах, рисунков, таблиц, списка литературы, включающего наименований и приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, рассмотрены особенности компьютерных сетей, а также определены методы, которые могут быть положены в основу решения задач исследования протекающих в них процессов. Сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, приведены сведения о достоверности и эффективности полученных результатов. В настоящее время наблюдается переход к широкому практическому внедрению ATM - сетей. В связи с этим особую важность приобретают средства для анализа характеристик сетей ATM на этапе их планирования и проектирования.

В первой главе, посвященной анализу проблемной области и систем моделирования компьютерных сетей (КС), выполнен анализ построения высокоскоростных КС с ATM-коммутацией. Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи), также иногда называемая ретрансляцией ячеек (cell relay), концептуально схожа с ретрансляцией кадров. Функционально сеть ATM проще, чем сеть ретрансляции кадров, и способна поддерживать на несколько порядков выше скорости передачи данных.

Стандартизованный метод передачи, мультиплексирования и коммутации, называемый асинхронным режимом передачи, рекомендован международными организациям по стандартам в качестве основы построения высокоскоростных компьютерных сетей. Режим ATM соединяет преимущества методов коммутации каналов и коммутации пакетов, обеспечивая передачу и коммутацию всех служб в общем цифровом формате.

В разделе содержится обзор технологии ATM, включая архитектуру протоколов, логические соединения и структуру ячеек. Затем рассматривается важное понятие уровня адаптации ATM (ATM Adaptation Level - AAL).

ATM представляет собой упрощенный протокол с минимальными возможностями контроля ошибок и управления потоком. Это позволяет снизить накладные расходы на обработку ячеек ATM и уменьшить количество дополнительных служебных битов в каждой ячейке, в результате чего сеть ATM может работать на более высоких скоростях передачи данных.

Логические соединения в сетях ATM называют соединениями виртуальных каналов (Virtual Channel Connection, VCC).

В свою очередь анализ проблем проектирования и факторов, влияющих на эффективность распределенных сетей, выявили основное направление оптимизации существующих сетевых структур, при котором приоритет отдается критерию пропускной способности сети вследствие того, что он имеет большой вес при высокой нагрузке на сеть и низком качестве передачи данных по разнородным каналам связи.

Технология ATM развивалась в ходе работ над широкополосными сетями интегрированного обслуживания ISDN, но используется в не связанном с ISDN окружении, где требуются высокие скорости передачи данных. В сетях ATM поддерживается мультиплексирование нескольких логических соединений в одном физическом интерфейсе. В случае ATM поток информации в каждом логическом соединении организован в пакеты фиксированного размера, называемыми ячейками. Физический уровень включает спецификацию предающей среды и схему кодирования сигнала. Скорости передачи данных, указанные в стандарте, включают 155,52 Мбит/с и 622,08 Мбит/с. Также доступны и другие скорости, как более высокие, так и более низкие.

Два уровня архитектуры протоколов относятся к функциям ATM. Уровень ATM, общий для всех служб, обеспечивает перенос пакетов, а уровень ALL зависит от служб. Уровень ATM обеспечивает передачу данных в виде ячеек фиксированного размера, а также использование логических соединений. Наличие уровня ATM создает потребность в уровне адаптации, поддерживающем протоколы передачи информации, не относящиеся к ATM. Уровень ALL преобразует информацию высокого уровня в ячейки ATM, чтобы ее можно было переносить по сети ATM, а затем собрать эту информацию из ячеек ATM для доставки более высоким уровням.

Эталонная модель протоколов описывает три слоя: пользователя, контроля и управления. Логические соединения в сетях ATM называют соединениями виртуальных каналов (Virtual Channel Connection - VCC), которые устанавливаются по сети между двумя конечными пользователями, и по этому соединению

производится обмен ячейками фиксированного размера, образующих дуплексный поток с переменной скоростью.

В сетях ATM был введен второй подуровень обработки, относящийся к концепции виртуального пути. Соединение виртуального пути (Virtual Path Connection - VPC) представляет собой группу соединений VCC с одинаковыми конечными точками. Таким образом, все ячейки, передаваемые по всем соединениям виртуальных каналов одного соединения виртуального пути, следуют по одному и тому же маршруту.

В разделе на основе литературных данных проведён анализ предметной области и сформулирована постановка задач исследований. Определен класс рассматриваемых компьютерных сетей (КС), в рамках которого проведен анализ их основных характеристик, рассмотрены методики использования аналитического и имитационного моделирования для оценки эффективности функционирования КС, проведен анализ систем моделирования.

Когда оборудование интерфейса пользователь - сеть поддерживает механизм GFC, используется два набора процедур: неуправляемая передача и управляемая передача. По сути, для каждого соединения указывается, допустимо в нем управление потоком или нет. По умолчанию управляемые соединения могут образовывать одну группу (группа А) либо разделяться на две группы управляемых соединений (группа А и группа В). Эта модели называются, соответственно, моделью с одной очередью и моделью с двумя очередями.

Для оценки эффективности функционирования КС используют аналитическое и имитационное моделирование. Показатели эффективности сети, такие как время доставки данных, пропускная способность сети и коэффициент использования канала необходимы для синтеза структуры КС: сравнения альтернативных вариантов конфигурации, выбора количества устройств, определения режима работы сети, выяснения целесообразности модификации.

Проведенный анализ показал, что большинство разработанных аналитических моделей посвящено конкретным протоколам обмена и методам доступа к моноканалу, используют функциональные различные параметры и допущения, что не позволяет объединить их в единый комплекс моделей для синтеза структуры КС. Следовательно, остается актуальной задача разработки аналитических моделей КС с базовыми конфигурациями топологических структур.

В главе приводится обзор разработанных средств моделирования КС, обсуждаются их достоинства и недостатки. Рассмотрены проблемы построения транспортной системы корпоративной сети как сложной системы, состоящей из нескольких взаимодействующих

слоев: компьютерного, транспортной подсистемы, операционных систем, приложений, системных сервисов и специальных программных систем. Показано, что взаимное влияние продуктов и решений нужно учитывать при синтезе компьютерной сети.

Рассмотрена базовая структура корпоративной сети, образованная путем объединения разнородных КС, развитие которой тесно связано с разработкой специальных средств комплексирования: повторителей, мостов, маршрутизаторов и шлюзов для анализа которых должны быть представлены соответствующие модели.

Проведен анализ высокоскоростной сетевой технологии ATM, рассмотрены базовые структуры КС. Результаты анализа приняты для формирования базы данных системы моделирования.

Проведенный анализ предметной области позволил сформулировать задачи диссертационного исследования.

Во второй главе представлены результаты анализа методики расчета характеристик корпоративных КС и методологических подходов к их моделированию. В структуре корпоративной сети можно выделить следующие компоненты: сеть передачи данных (магистральная подсеть) и абонентскую подсеть. Основными компонентами базовой сети передачи данных являются узлы коммутации (УК) и каналы передачи данных, организованные между этими узлами. Функции УК, как правило, выполняет маршрутизатор.

Абонентская подсеть представляет собой совокупность устройств доступа (УД) и абонентов, связанных каналами передачи данных. УД обеспечивает связь абонента с УК. В большинстве случаев УД - это концентратор.

Если необходимо предпринять оценку эффективности или получить данные о параметрах коммуникационных систем, то следует использовать в качестве вспомогательного средства стохастические модели.

Параметры потоков информации в соединениях играют решающую роль в сетях ATM при вычислении нагрузки на ресурсы сети. Эти параметры внутри соединения специфичны при работе и по обстоятельствам могут быть зависимы от многих комплексных факторов.

При подобной оценке в качестве источников данных принимаются конкретные сетевые сервисы и статистически исследуются их свойства. Трудности здесь представляют еще не установленные признаки, которые необходимо сравнивать с уже известными. Подлинная модель потоков информации, как правило, не может быть использована для оценки компонентов сети, так как они подвержены различным влияниям.

Рис. 1. Влияние различных факторов на потоки информации в АТМ-сетях

На рисунке 1 показаны как факторы, действующие на потоки информации в АТМ-сетях, так и те, которые определяют модель информации при моделировании. При моделировании потоков информации невозможно учитывать все приведенные выше факторы. В каждом конкретном случае нужно решать, какие из этих факторов и в насколько упрощённом виде должны быть отражены в разрабатываемой модели.

При моделировании потоков информации существуют два возможных подхода. При одном из них к полученным с помощью статистического анализа величинам должны подсоединяться соответствующие стохастические процессы. Результаты моделирования, полученные с помощью стохастических процессов, очень напоминают по своему воздействию на ресурсы цепи реальную информацию. Другой подход состоит в насколько это возможно точной имитации свойств реальной информации. При этом создается модель состояния для параметров источника, которой подчинены определенные свойства. Эти свойства могут быть получены благодаря измерениям и оценкам и уточняются в зависимости от состояния реального источника информации. Таким образом могут быть представлены прямые зависимости внутри потоков информации. Насколько точно изображение описывает оригинал зависит от числа параметров и точности имитации свойств источников информации.

Распределение промежуточных интервалов поступления во времени становится наиболее широко используемым статистическим показателем при описании потоков информации. Таблица 1 содержит основные непрерывные и дискретные характеристики интервалов между поступлением данных, типичных для АТМ-сетей.

-12__Таблица 1.

Параметр Непрерывный Дискретный

Функция распределения АЦ) = Р{А<1} 1 = \а(1)А 0 А{к) = Р{А<к) к 1-0

Плотность распределения II * 3 1-0

Распределение ак = Р{А = к) |2=0 л ¡ьк

Математическое ожидание ]ё(1)ат 0 к. 0

Средняя величина 1 = 0 г = 1 = б'(1)

сЬ <к

Дисперсия О'(1) + О'(1)-[О'0)]2

Стандартное отклонение аа=^УАЯ[А]

Коэффициент вариации О. М,

Преобразования Лапласа-Стнлтьеса 0 0 Порождающая функция <0 *=о

А - Случайная переменная для величины интервалов между поступлением данных

^ - Время; В дискретном случае поступление данных может происходить только в определенное время. Расстояние между поступлением данных становится базисной единицей

к- Целочисленная величина, нормированная в базисных единицах

3(к~1) - Импульс Дирака к позиции г

В разделе получены основные аналитические соотношения для оценки характеристик функционирования моделируемой КС.

В третьей главе рассматриваются ключевые вопросы, которые должны быть решены в процессе синтеза структуры распределенной информационной сети с АТМ-коммутацией. Приводится описание методов оптимизации процессов маршрутизации в загруженных ATM-сетях при заданом качестве обслуживания и пропускной способности;

приведены разработанные алгоритмы повышения прооизводительносга и методика выбора рациональной структуры ATM-сетей; описано разработанное программное обеспечение для проектирования высокоскоростных сетей с АТМ-коммутацией. Нахождение точного комплексного решения задач оптимизации пропускной способности каналов, выбора маршрутов и синтеза топологической структуры сети представляет собой весьма трудную проблему математического программирования.

Выбор маршрута осуществляется с целью передачи пакета через сеть оптимальным образом при заданном входном потоке и способе маршрутизации. Задачи выбора потоков и определения оптимальных пропускных способностей каналов зачастую решаются в предположении, что топологическая структура сети задана. Однако, на практике при проектировании сети передачи данных топологическая структура сети не известна и подлежит выбору. Таким образом, проектировщик сети сталкивается со сложной комбинаторной проблемой совместного решения задач синтеза топологической структуры сети, выбора маршрутов и пропускной способности. Исходными данными модели являются:

• топология сети (задается графом произвольной структуры, узлами графа могут являться коммутаторы и оконечные пункты, ребрами графа являются линии);

• характеристики коммутаторов (объем выходного буфера);

• характеристики линий (тип канала передачи данных);

• характеристики типов каналов (скорость передачи информации в канале);

• график (совокупность тяготеющих пар оконечных пунктов; структура виртуальных каналов для каждой пары; совокупность источников информации, относящихся к каждой паре);

по каждому источнику информации:

• тип источника;

• пара, к которой он относится;

• среднее время длительности вызова;

• интенсивность потока вызовов;

• среднее время длительности периода активности;

• максимальная скорость передачи по времени;

• средняя скорость передачи за время вызова.

Основными выходными данными модели являются:

• характеристики времени доставки ячеек;

• математическое ожидание времени доставки;

• стандартное отклонение времени доставки;

• квантили времени доставки;

• вероятность доставки ячеек адресату;

• вероятность доставки ячеек между оконечными пунктами;

• вероятность потери ячеек в результате нехватки пропускных способностей линий.

Задача сбора, обновления и синхронизации информации о топологии сети ATM и адресах конечных узлов решается посредствам стандартного протокола PNNI. Основные функции PNNI:

• маршрутизация в сетях ATM;

• создание и поддержка топологических баз данных;

• минимизация топологической информации на каждом узле сети;

• обобщение информации о состоянии топологии сети;

• построение маршрутной иерархии сети ATM.

Автором предлагается модифицированный протокол PNNI - MPNNI. Разработанный алгоритм маршрутизации MPNNI отличается от стандартного PNNI алгоритма тем, что при выборе соединения производится не определение кратчайшего пути, а анализ нескольких соединений и выбор соединения с минимально возможным качеством обслуживания и максимальной пропускной способностью.

При этом анализируются соединения, имеющие длину 1 = п + т, где п - длина кратчайшего доступного соединения; m - дараметр, настраиваемый для данной сети администратором.

Выбор соединения производится следующим образом:

1) определяется значение качества обслуживания для соединения, при этом учитывается требование к качеству обслуживания для данного соединения и минимальное значение качества обслуживания для анализируемых соединений;

2) выбирается соединение с определенным значением качества обслуживания и максимальной пропускной способностью (если таких соединений несколько, то выбирается соединение, стоящее первым в таблицах маршрутизации).

Алгоритм PNNI

1) определение списка доступных соединений по таблицам маршрутизации;

2) выбор кратчайшего пути;

3) проверка соответствия выбранного соединения требованиям (качество обслуживания, доступная пропускная способность);

- 154) если условие (2) не выполняется, то - получение следующего кратчайшего пути и возврат к пункту (2), иначе - выход. Алгоритм MPNNI

1) определение списка доступных соединений по таблицам маршрутизации;

2) выбор соединений, соответствующих требованиям (качество обслуживания, доступная пропускная способность);

3) определение путей, имеющих длину 1 = n + m;

4) выбор среди соединений, полученных на этапе (3), тех, которые имеют минимальное значение качества обслуживания;

5) среди выбранных соединений определяем то, у которого максимальная пропускная способность.

Преимущества алгоритма MPNNI по сравнению с алгоритмом PNNI является то, что при маршрутизации ресурсы сети с лучшим качеством обслуживания сохраняются доступными для тех соединений, которым они требуются, так как при маршрутизации выбираются каналы с минимально возможным значением данного параметра. При этом производится попытка соблюдения баланса нагрузки на сеть, так как соединение с большей пропускной способностью используется интенсивнее.

В рамках диссертационного исследования был создан программный симулятор сети, моделирующий работу алгоритмов маршрутизации PNNI и MPNNI. Разработанное ПО позволяет путем задания графа произвольной структуры проектировать топологию сети. Узлами графа являются промежуточные или концевые точки сети ATM, а ребрами -линии связи. ПО позволяет задавать характеристики промежуточных и концевых точек сети, линий связи; устанавливать показатель качества обслуживания для каждого соединения. ПО также содержит полную базу данных коммуникационного оборудования корпорации CISCO со спецификациями на каждый элемент.

На основе данных о сети, представленных в виде графа, программа моделирует ее работу, при этом последовательно создаются случайные соединения, для которых производится расчет схемы маршрутизации и регистрируется информация о том, какое количество попыток соединений оказалось невозможным при каждом из алгоритмов маршрутизации на данном шаге. Расчет производится для алгоритмов PNNI и MPNNI со значением параметра m от 1 до 7.

Результатом работы программы является таблица с перечнем параметров соединений и результатами расчетов для каждого из алгоритмов. Таблица сохраняется в виде CSV-файла. Данный формат может быть легко импортирован другими программами для использования в таблицах отчетов и с целью построения графика.

Ниже приведен пример CSV-файла, сгенерированного программой. Subnet D,DU-03; 19;3; 1; 1 ;0;0; 1 ;0;0;0 Subnet D,DU-03;5;1;2;2;0;0;2;0;0;0 HH-01;DE-B;35;2;2;2;0;0;2;0;0;0 НН-01 ;DE-B;3;2;2;2;0;0;2;0;0;0 НН-01 ;DE-B;35;1 ;2;2;0;0;2;0;0;0 HH-01;DE-B;48;3;2;2;0;0;2;0;0;0 HH-01;DE-B;30;1;2;2;0;0;2;0;0;0 HH-01;DE-B;36;3;2;2;0;0;2;0;0;0 НН-01 ;DE-B;39;2;2;2;0;0;2;0;0;0 HH-01;DE-B;11;3;2;2;0;0;2;0;0;0 Subnet D;DU-03;22;3;2;2;0;0;2;0;0;0 Subnet D;DU-03 ;24 ;2 ;3 ;2; 1; 1 ;3; 1 ;1 ;1 HH-01;DE-B;14;1;3;2;1;1;3;1;1;1 Subnet DJ)U-03;16;2;4;2;2;2;4;2;2;2 HH-01;DE-B;36;3;4;2;2;2;4;2;2;2 Subnet D;DU-03;20;1;5;3;3;3;5;3;3;3 HH-01 ;DE-B;9;2;5;3 ;3 ;3 ;5;3 ;3 ;3 Subnet D;DU-03;27;2;6;3;4;4;6;4;4;4 HH-01 ;DE-B;8;2;6;3;4;4;6;4;4;4 Subnet D;DU-03;30;1;7;4;5;5;7;5;5;5 Subnet D;DU-03;14;3;7;4;5;5;7;5;5;5 HH-01 ;DE-B;20;3;7;4;5;5;7;5;5;5 HH-01;DE-B;17;3;7;4;5;5;7;5;5;5 HH-01 ;DE-B;43;1;7;4;5;5;7;5;5;5 Subnet D;DU-03;44;3;7;5;6;6;7;6;6;6 Subnet D;DU-03;23;1;8;6;7;7;8;7;7;7 Subnet D;DU-03;38;2;9;7;8;8;9;8;8;8

На рисунке 2 приведена схема сети, для которой производились расчеты.

Рис, 2. Синтезированная схема КС с использованием разработанного инструментария

На рисунках 3 и 4 показаны графики, полученные с помощью Microsoft Excel после импорта CSV-файла.

Рис. 3. Результаты проведенных экспериментов имитационного моделирования по сравнению алгоритмов маршрутизации: стандартного и разработанного, РШ,МРШ1т=1,2

Рис. 4 Результаты проведенных экспериментов имитационного моделирования по сравнению алгоритмов маршрутизации: стандартного и разработанного, PNNI,MPNNIm=3,4

Проведенный анализ полученных данных по результатам имитационного моделирования показал, что лучший результат получен с разработанным алгоритмом маршрутизации MPNNI при значении пг=2.

Программный симулятор сети позволяет проектировать высокоскоростные сети с ATM коммутацией на основании разработанных алгоритмов и методов построения топологии, выбора пропускной способности каналов, определения и выбора основных протокольных параметров и выбора оборудования сети. Предложенная методика анализа функционирования и выбора рациональной структуры сети позволяет оптимально использовать ресурсы сети с соблюдением баланса нагрузки, когда ресурсы с лучшим качеством обслуживания сохраняются доступными для тех соединений которым они требуются

Четвертая глава посвящена вопросам практической реализации алгоритма и аппарата исследуемого в данной диссертационной работе. В разделе детально описывается разработанное программное обеспечение синтеза высокоскоростных ATM -сетей - ATMNA, приводятся результаты апробации разработанного ПО, приводится ряд

методических предложений и рекомендаций по выбору рациональной структуры ATM -сетей.

При проектировании новой сети или при работе по развитию существующей сети необходимо обеспечить соответствие сети критериям, определяемым заказчиком.

Одним из таких критериев является достаточная пропускная способность соединений между хостами. Кроме пропускной способности существует большое количество параметров, специфичных для конкретного типа сети. В частности, для АТМ-сетей важную роль играет группа параметров, называемая „качество обслуживания"" (Quality of Service, QoS). Данные параметры также необходимо учитывать при анализе АТМ-сети.

Параметры ATM-сетей, относящиеся к „качеству обслуживания" (QoS-параметры), разделены на два уровня:

• физический уровень (Physical Layer), обеспечивающий способ активизации и физического соединения для передачи битов данных. Обеспечивает процедуры переноса данных через физическую среду;

• уровень ATM (ATM layer). Уровень в модели ATM, расположенный над физическим уровнем и отвечающий за мультиплексирование ячеек, идентификацию виртуальных путей (VPI) и виртуальных каналов (VCI), генерацию/расширение заголовков ячеек, управление потоком данных.

К параметрам физического уровня относятся:

• BER (Bit Error Rate). Мера качества передачи. В общем случае выражается отрицательной степенью числа 10;

• LOC (Loss of Cell Delineation - иогеря ячеек). Условие при приеме или обслуживании сигнала, переданного в служебном сообщении физического уровня, показывающее, что в приемном оборудовании возникает потеря ячеек;

• приемлемое количество потерь ячеек (возникновений события LOC) за единицу времени;

• CLP (Cell Loss Possibility - вероятность потери ячеек);

• CHR (Corrected Header Ratio - число исправленных заголовков ячеек). Отношение числа ячеек с исправленными заголовками к общему числу переданных ячеек;

• DCR (Discarded Cell Rate - число отвергнутых ячеек). Отношение числа поврежденных ячеек, которые невозможно исправить, к общему числу переданных ячеек.

Параметрами уровня ATM являются:

• CLR (Cell Loss Ratio - число потерянных ячеек). Определяется как отношение числа потерянных ячеек к общему числу переданных ячеек;

• CMR (Cell Misinsertion Rate - число принятых не по адресу ячеек). Отношение числа ячеек, полученных конечной точкой, куда они не были изначально адресованы, к общему числу переданных ячеек;

• CER (Cell Error Ratio - число ячеек с ошибками). Отношение числа ячеек с ошибками к общему числу переданных ячеек;

• SECB (Severely Errored Cell Block- число блоков ячеек с ошибками). Отношение числа блоков ячеек с ошибками к общему числу переданных блоков ячеек;

• СТО (Cell Transfer Delay - задержка передачи ячеек). Определяется как время между выходом первого бита ячейки и приемом последнего бита ячейки. Задержка передачи ячеек между двумя точками представляет собой сумму задержек на передачу между двумя узлами ATM и обработку в этих узлах;

• MCTD (Mean Cell Transfer Delay - средняя задержка передачи ячеек). Среднее значение задержки при передаче через канал или узел;

• CDV (Cell Delay Variation - вариации задержки ячеек). Представляет собой часть общей задержки при распространении ячеек, включающую задержку буферизации и задержку планирования.

В зависимости от значений QoS-параметров определяются характеристики сети.

Таблица 2. Характеристики сети.

QoS-параметр Режим передачи данных Скорость передата данных Тип соединения

CLR, СТО, CDV Синхронный постоянная/ переменная СО1

CLR Асинхронный переменная СО / CL 2

— Асинхронный переменная CO/CL

СО (Connection Oriented). Ориентированный на установление соединения

2 CL (Connectionless). He ориентированный на установление соединения

От комбинации характеристик сети зависит AAL (ATM Adaptation Level), т.е. правила, определяющие способ подготовки информации для передачи по сети ATM (преобразования в ячейки и обратно). Протоколы AAL используются для преобразования объектов данных более высоких уровней в ATM-ячейки стандартного размера и обратно.

Таблица 3. Зависимость AAL от комбинаций характеристик сети.

Класс сервиса

! Тип AAL AAL 1 | AAL2 AAL3/4 | AAL5

1 Режим передачи данных синхронный асинхронный

| Скорость передачи данных постоянная переменная

I Тип соединения СО CO/CL

j Пример Передача голоса Передача видео Передача SMDS3 данных

SMDS (Switched Multimegabit Data Service). Высокоскоростная сетевая технология, предлагаемая телефонными компаниями США

К сожалению, программные средства, которые автоматизируют задачи по созданию модели сети и проверке модели сети на соответствие заданным критериям, нацелены в основном на крупные компании, которые готовы заплатить несколько тысяч долларов за лицензию. Для небольших фирм подобные средства слишком дороги. Кроме того, они сложны в применении из-за дополнительной функциональности, которая в большинстве случаев является избыточной.

При разработке ПО ATMNA ставились задачи для обеспечения следующих требований:

• режим визуального моделирования сети ATM с использованием основных типов узлов сети (хостов, соединений и различных типов промежуточных устройств);

• возможность проверки модели сети на соответствие заданным критериям, при котором анализируются соединения между парами хостов. При этом должна анализироваться не только пропускная способность, но и специфические параметры АТМ-архитектуры (группа параметров „качество обслуживания");

• в качестве хранилища данных должна быть использована БД;

• должна существовать возможность расширения списка поддерживаемых типов сетевых устройств без внесения изменений в саму программу. Для этого список типов устройств должен храниться в БД ПО ATMNA, и логика программы должна быть независимой от конкретных типов устройств;

• ПО должно быть реализовано в виде SDI-приложения (Single Document Interface) для Windows 9x/ NT/ 2000 /ХР;

• результаты анализа модели сети должны генерироваться в виде XML-файлов.

Все перечисленные требования были учтены при реализации ПО ATMNA, которое в настоящий момент используется специалистами компании ilume для анализа проектируемых сетей.

Процесс визуального моделирования сети с помощью ПО ATMNA заключается в создании с помощью специального редактора моделей системы узлов сети и соединений межцу ними. Программа поддерживает два основных типа узлов:

• конечное устройство (end device);

• промежуточное устройство (intermediary device).

Списки поддерживаемых типов хостов и промежуточных устройств могут быть изменены пользователем без внесения изменений в само ПО (списки хранятся в БД программы). Первоначальная версия БД программы содержит следующий перечень типов конечных устройств:

• компьютер;

• ATM-мультиплексор (multiplexor);

• ATM-концентратор (concentrator),

и промежуточных устройств:

• ATM-коммутатор (switch);

• ATM-маршрутизатор (crossconnect).

Результатом анализа модели сети с помощью ПО ATMNA является отчет, содержащий следующую информацию о соединении между каждой парой конечных устройств в АТМ-сети:

• максимальная пропускная способность соединения;

• режим передачи данных (синхронный / асинхронный);

• скорость передачи данных (постоянная / переменная);

• тип соединения (СО / CL);

• типААЬ.

Отчет генерируется в виде XML-файла, сохраняется на жестком диске компьютера и автоматически открывается в окне Web-броузера.

В будущих версиях ПО ATMNA планируется расширить список анализируемых параметров и сетевых устройств.

Заключение

Результатом внедрения технологии ATM в сеть является увеличение эффективной полосы пропускания, что приводит к снижению стоимости каналов распределенных сетей, что особенно заметно при передаче мультимедийного трафика. Необходимо помнить, что

эффективность технологии ATM заключается в самой ее природе: в ней одновременно возможна передача голоса, видео и обычных данных.

Основные результаты работы:

1. Проведен анализ современных технологий и исследованы 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 использования совпадают со структурой и характеристиками реальной сети, предложенной экспертами, что позволяет внедрить систему в других областях примепения.

Результаты работы отражены в следующих публикапиях:

1. Марек Мальчерек. Разработка математической модели компьютерной сети передачи данных Frame Relay // Перспективы развития волжского региона: Материалы всероссийской заочной конференции. - Вып. 4. - Тверь: «Буквица», 2002. С. 162-168.

2. Марек Мальчерек. Sicherheitsaspekte bei Network Intrusion Detection Systemen (NIDS) // Компьютеризированные технологии в управлении, диагностике и образовании (КТУДО-2002): Сб. трудов международной научно-технической конференции. -Тверь: ТГТУ, 2002. С. 9-12.

3. Марек Мальчерек. Netzwerksicherheit in lokalen Netzen // StudienfUhrer 2003/04 der Fachhochschule Worms. - Worms: FH Worms, 2003. С 202-206.

4. Марек Мальчерек. ПО ATMNA для моделирования и анализа ATM-сетей //

Современяые сложные системы управления - HTCS 2004: Материалы IV международной конференции. - Тверь: ТПУ, 2004. С. 386-388. 5. Марек Мальчерек. Методы моделирования информационных потоков в сетях ATM // Перспективы развития волжского региона: Материалы всероссийской заочной конференции. - Вып. 6. - Тверь: «Буквица», 2004. С. 37 - 42. 6 Марек Мальчерек. Создание математической модели информационных потоков в сети ATM // Программные продукты и системы: Международное научно-практическое приложение к международному журналу: Проблемы теории и практики управления. -Тверь: НИИ «Центрпрограммсистем» - 2004. - №3. - С. 30-32.

Подписано в печать 15.11.04

Физ.печ.л.1,5 Усл.печ.л.1,40 Уч.-иэд.л.1,31 Тирах 100 экз. Заказ Р 222

Издательство Тверского государственного технического университета,170026, Тверь, наб.Афанасия Никитина,22

№2 636 4

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.

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.

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.

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.