автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.15, диссертация на тему:Исследование и разработка метода прогнозирования трафика при проектировании компьютерной сети

На правах рукописи

005044169

Сан Вин Аунг

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАФИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

05.13.15 - «Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МДМ 2012

Москва-2012

005044169

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре «Вычислительные системы и сети».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Желенков Борис Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сидоренко Валентина Геннадьевна кафедра «Управление и информатика в технических системах» МИИТ, профессор

доктор технических наук, профессор Жданов Владимир Сергеевич кафедра «Вычислительные системы и сети» МИЭМ, профессор

Ведущая организация - Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте, ОАО «НИИАС»

Защита диссертации состоится 15 Мая 2012 г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.10 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, ГСП-4, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9, ауд. 1235.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа. Автореферат разослан «/«&> Апреля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Соловьёв Владимир Павлович

Общая характеристика диссертационной работы Актуальность работы. Современный мир неразрывно связан с информационными технологиями. При этом, для получения информации активно используются компьютерные сети. Основной тенденцией развития компьютерных сетей является их конвергентность по отношению к передаваемой информации, что расширяет круг задач решаемых сетью и требует ее постоянного развития. В связи с этим становится актуальной проблема проектирования компьютерных сетей с учетом постоянного их развития.

При проектировании компьютерных сетей и исследовании трафика приходится решать большое число разнообразных задач. Первым этапом проектирования компьютерных сетей является выбор технических средств и системы протоколов (включая способы коммутации и доставки данных по сети). Второй этап проектирования требует решения совокупности сложных взаимосвязанных задач, к которым относятся: улучшение использования пропускных способностей каналов связи (КС); оптимизация топологической структуры.

Данная работа непосредственно связана с задачей прогнозирования трафика при проведении исследований свойств сети, причем не только в режиме оперативного мониторинга, но и для более глубокого изучения с целью прогнозирования сс поведения при проектировании.

При решении общей задачи топологического синтеза, кроме выбора наилучшей схемы соединения узлов коммутации, необходимо одновременно решать задачу выбора надежных маршрутов и выбора пропускных способностей КС.

В частности, отсутствуют комплексные методики организации и проведения экспериментальных исследований трафика, обобщающие накопленный к настоящему времени опыт их проведения. Достаточно ограничен перечень статистических методов, используемых при обработке данных, характеризующих интенсивность трафика. Аналитические модели трафика в основном строятся в предположении его стационарности. Все это свидетельствует о необходимости дальнейшего развития исследований по данной проблематике.

В связи с этим необходимо разработать метод прогнозирования трафика при проектировании компьютерных сетей и программный комплекс для решения ряда актуальных задач, а именно:

• расчет потоков в распределенных сетях;

• определение пропускных способностей КС;

• выбор дискретных значений пропускных способностей;

• построение имитационных моделей прогнозирования трафика при проектировании компьютерных сетей в пакете GPSS World.

Цель исследований. Целью диссертационной работы является разработка методов оценки предполагаемого потока передачи информации, определения требуемой пропускной способности каналов связи и сетевого оборудования при проектировании компьютерной сети для обеспечения выбора необходимых сетевых и общедо^ \ тупных ресурсов.

Методы исследования. Полученные результаты исследования базируются на использовании методов аналитического моделирования прогнозирования трафика в сети с использованием метода наименьших квадратов и закона распределения случайных величин Парето. В качестве инструмента имитационного моделирования применяется среда программирования GPSS World. Научная новизна работы.

1. Разработан новый метод прогнозирования трафика при проектировании компьютерной сети, отличающийся универсальностью, отсутствием ограничений на размер сети, простотой применения и использованием бесплатного программного обеспечения.

2. Разработана аналитическая модель для определения требуемой пропускной способности в зависимости от прогнозируемого роста количества узлов, средней длины пакета и вероятности появления запросов в сети.

3. Разработана имитационная модель многоуровневой компьютерной сети, оценивающая, работу составной сети при изменении количества пользователей, полосы пропускания на различных сегментах сети, параметров и типов сетевого оборудования.

4. Установлен коэффициент задержки (КЗ) сетевого оборудования, позволяющий оценить пропускную способность при различных режимах нагрузки. Установлен коэффициент стоимости для выбора (К.В) сетевого оборудования.

5. Формализованы технические характеристики сетевого оборудования и линии связи для их оперативного использования в имитационной модели, что позволяет прогнозировать работу проектируемой сети для любого сетевого оборудования.

В соответствии с указанной целью в рамках диссертационной работы поставлены и решались следующие задачи:

• анализ требований, предъявляемых к компьютерным сетям, определение типов трафика и их влияния на загрузку сетевых ресурсов;

• определение основных параметров, влияющих на среднее время задержки пакетов;

• разработка метода определения требуемой пропускной способности в зависимости от количества узлов, средней длины пакета и вероятности появления запросов в сети;

• разработка имитационной модели многоуровневой сети передачи данных для решения задачи прогнозирования трафика;

• разработка метода выбора сетевого оборудования на основе технических характеристик, заявленных производителем;

• исследование влияния различных параметров передаваемых данных на загрузку каналов и оценка эффективности сети с точки зрения пропускной способности;

• выявление «узких мест» в сети и формирование списка соответствующих рекомендаций по их исключению (тип оборудования, резервные связи, уве-

личение пропускной способности каналов, повышение производительности серверного оборудования, резервирование серверов и сетевого оборудования).

Достоверность результатов работы подтверждена проверкой прогнозирования роста числа пользователей и объема трафика на примере Мьянмы и результатами экспериментов на компьютерной сети с проведением нагрузочного тестирования. В имитационную модель были занесены параметры сетевого оборудования экспериментальной компьютерной сети и проведен сравнительный анализ загрузки оборудования по результатам моделирования и эксперимента.

Практическая значимость работы заключается в предоставлении возможности выбора сетевого оборудования и среды передачи данных, размещения общедоступных ресурсов и необходимости их резервирования основываясь на технических характеристиках и предполагаемом количестве пользователей. Разработанный метод и имитационные модели позволяют прогнозировать трафик и выявлять «узкие места» в компьютерной сети при ее проектировании, а так же давать рекомендации по улучшению качества обслуживания в уже существующих компьютерных сетях. Реализация результатов работы. Результаты работы впервые использованы при проектировании участка городской глобальной компьютерной сети Юго-восточного округа г. Москвы сети в виде:

1. Метода оценки роста числа пользователей в сети;

2. Предложений по методу прогнозирования трафика на основе предполагаемого числа пользователей;

3. Метода имитационного моделирования для оценки возможности применения сетевого оборудования различных производителей на основе его технических характеристик и выбора структурных решений для построения сети;

4. Метода расчета оценки коэффициента стоимости при использовании сетевого оборудования.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на VII международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-CHEM» (Москва, МИИТ, 2010г.), XII научно-практической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ» (Москва, МИИТ, 2011г.), использованы ЗАО «ATLANTIS».

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе в 2 статьи в журналах из перечня, рекомендованного ВАК Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы. Она содержит 134 страницы машинописного текста, 40 рисунков, 21 таблицу и список цитируемой литературы из 78 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, представлена реализация результатов работы, публикациях, а также приведено краткое содержание диссертации по главам и сделан обзор основных положений работы.

В первой главе рассмотрены основные понятия, связанные с требованиями предъявляемым к компьютерным сетям и также ограничениям производительности связанными с уровнем надежности сети, шириной полосы пропускания потока данных и быстродействием клиентских компьютеров. Обоснована зависимость от сетевых переменных, включающих в себя топологию сети, пропускную способность линии и объем потока данных. Характеристики потока данных чрезвычайно важны для успешного планирования распределенной сети. Так как весь разнородный трафик упаковывается в единый формат (пакет) для передачи, то сделан вывод о том, что при прогнозировании трафика можно ориентироваться только на критичные ко времени приложения. Непрерывный рост и усложнение задач, решаемых автоматизированными системами управления, увеличение производительности компьютерных средств и возрастающие требования к качеству обслуживания требует выполнении тщательного прогнозирования трафика на этапе проектирования сети.

Приведен анализ существующих методов прогнозирования трафика и средств экспериментального исследования трафика. На основе этого анализа можно сделать вывод о том, что существующие методы сложны для выполнения оперативных задач прогнозирования и не могут быть использованы при решении прикладных (частых задач) стоящих перед разработчиками сетей.

Во второй главе строится аналитическая модель для определения требуемых параметров при прогнозировании сетевого трафика. Расчет прогнозируемого трафика определяет выводы о необходимой пропускной способности среды передачи данных.

При проектировании сетей требуются подробные данные о многих параметрах отрасли, количестве пользователей и соединительных линиях связи, ёмкости узлов связи, а также варианты схем распределения трафика сети. Эти сведения определяются на основе таких предпроектных материалов, как число пользователей, трафик сети, объём информации, сетевое оборудование и т.д. Материалы эти можно получить и с помощью прогнозирования, а отсутствие прогнозов на сетевой трафик считается главной причиной необоснованности планов развития сети.

Наиболее важным критерием является минимизация среднего времени задержки пакета даже при самой большой нагрузке сети. Рассмотрим, от каких параметров зависит это значение.

Первым параметром является средняя длина пакета. Задержка пакета - это время, которое пакет проводит в сети. Задержка пакета, хотя и зависит от его размера пакета, но определяется также и множеством пользователей сети, создаваемой

ими нагрузкой, используемыми путями передачи пакетов и т.д., то есть текущим состоянием сети. Очевидно, что задержка пакета есть случайная величина, поэтому целесообразно рассматривать среднюю длину пакета, которая для любой конкретной сети с фиксированной емкостью является обобщенной характеристикой и в конечном итоге определяет пропускную способность системы. Таким образом, определение средней длины пакета, способов ее расчета и минимизация времени задержки пакета является важнейшей задачей для любой сети передачи данных.

Вторым параметром является число пользователей.

Для определения среднего размера пакета используется закон распределения случайных величин Парето. При расчете использованы следующие данные: s - размер запрашиваемогопакета; s0 - минимальный размер пакета (64 байтов); с - параметр распределения;

Р (s/Sq) - вероятность превышения размера запрашиваемого пакета над показате-лемs0 в (s/s0) раз;

Вероятность превышения размера пакета в [s/s0] раз аппроксимируется распределением Парето, имеющим в данной задаче следующий вид: _( О, S < S0

-P(S/S0)-(CSCS-(C+1);S > 50 > О,

где, s0= 64 байтов, с = 0,9

Выбор параметра с в работе предлагается выполнять в зависимости от вида файлов. Из предложенного интервала [0,9:1,1] для протокола FTP выбрана нижняя граница потому что, меньшее значение параметра соответствует большей выраженности свойств случайной величины. Приводится оценочный итог зависимости требуемой пропускной способности от количества узлов и вероятности появления запросов в сеть. В результате расчета с шагом 100 байтов получены вероятности запроса пакета определенного размера (табл. 1).

Таблица. 1. Вероятность запроса пакета

Размер пакета Вероятность запроса Размер пакета Вероятность запроса

(байтов) (байтов)

64 0,0140625 864 0,000100987

164 0,00235288 964 8.1Е-05

264 0,000952263 1064 6.7Е-05

364 0,000517264 1164 5.6Е-05

464 0,000326152 1264 4.8Е-05

564 0,000225099 1364 4.2Е-05

664 0,000165076 1464 3.6Е-05

764 0,000126451

Математическое ожидание (тх) среднего размера пакета (в байтах) приближенно равно среднему арифметическому наблюдаемых значений случайной величины (тем точнее, чем больше число испытаний).

Щс х 7^=1*4 где,

у = число испытаний;

= размер пакета с шагом 100 байтов.

В нашем случае /=15 (от 64 байтов до 1500 байтов с шагом 100 байтов), то есть тх =764. Ниже представлена формула и результаты расчета проектной пропускной способности. Интенсивность запросов равна вероятности появления запросов, поступающих на вход узлов в единицу времени и имеет вид:

Л=£

где,

Я - интенсивность запросов (1/с); Р - вероятность появления запросов; г - период измерений (с).

В таблице 2. Рассчитана интенсивность запросов, предложенных в качестве испытания, период измерений 1 час и вероятность появления запросов с шагом 0.05.

Таблица.2. Интенсивность запросов

Вероятность появления Интенсивность запро- Вероятность появления Интенсивность запро-

запросов, Р сов, Д запросов, Р сов, А

0.05 1.38889Е-05 0.55 0.000152778

0.1 2.77778Е-05 0.6 0.000166667

0.15 4.16667Е-05 0.65 0.000180556

0.2 5.55556Е-05 0.7 0.000194444

0.25 6.94444Е-05 0.75 0.000208333

0.3 8.33333Е-05 0.8 0.000222222

0.35 9.72222Е-05 0.85 0.000236111

0.4 0.000111111 0.9 0.00025

0.45 0.000125 0.95 0.000263889

0.5 0.000138889 0.999999 0.000277778

Пользуясь этими частотами запросов, можно определить требуемую пропускную способность дпс: t*mx*n*A 9п.с = —:-

се

где,

тх - математическое ожидание среднего размера пакета (байт);

п - количество узлов;

te - время выполнения запроса (мс).

Обосновано среднее время выполнения запроса 150 мс для протоколов HTTP, РОРЗ, SMTP и FTP, и 60 мс для SIP. Процентные отношения сетевого тра-

фика составляют 26 % для email или данных и 62% для видео трафика. Для вышеуказанных двух типов трафиков получается время выполнения te =76 мс. В результате расчета с шагом 100 узлов (от 100 до 1000) получена расчетная необходимая пропускная способность (рис. 1) при фиксированной вероятности появления запросов.

п узлов в сети появления запросов

На рис.2, показана необходимая пропускная способность дп с для различных вероятностей Р запросов при фиксированном количестве узлов. При этом, рассчитано среднее количество узлов, то есть 550.

На основании приведенных расчетов можно делать выводы о необходимой пропускной способности среды передачи данных.

При этом необходимо учитывать рост числа пользователей. Рассмотрим пример прогнозирования роста интернет-трафика. При этом необходимо использовать такие параметры так:

• объём интернет-трафика в месяц (Петабайт);

• количество пользователей в мире;

• пропускная способность (бит/с);

• исследуемое время (один день).

По данным интернет статуса 2010 года в мире существует 1966 млн. пользователей интернета. Они использовали 16534 Петабайт сетевого трафика в месяц.

Объём интернет-трафика на одного пользователя за один день в мире может быть рассчитан по следующей формуле: „ _ С»,,

vинт,одн,Меж ,

где,

vmm,odH,Meoiс ~ объём интернет - трафика на одного пользователя (Мбайт); Qum- интернет-трафика в месяц в мире (Петабайт); пШ1р - количество пользователей в мире; td - 30 (дней).

Получается, что каждый пользователь потребляет примерно 280 Мегабайт в

день.

Как правило, средний пользователь работает в сети около 3 часов в день. Таким образом, скорость интернета для пользователей должна быть 207 Кбит/с.

В 2010 году общая пропускная способность интернета (скорость) составляла в Мьянме 3,5 Гбит/с. По последним данным, в 2010 году было 110 тысяч пользователей интернета. Таким образом, объём интернет-трафика на одного пользователя за один день в Мьянме может быть рассчитан по следующей формуле:

— Дн е* 3600 «24 1/инт,одн1Мыт — „

"Мьнн о

где,

"инт.одн.мьян ~ объем интернет-трафика на одного пользователя в Мьянме (Мбайт); пмыш ~ количество пользователей в Мьянме; вн е ~ требуемая пропускная способность (бит/с).

Если международный пользователь интернета имеет загрузку 280 Мбайт в день и соединяется 3 часа в день со скоростью 207 Кбит/с, то один пользователь в Мьянме может скачать 344 Мбайт в день. То есть, скорость интернета для пользователей Мьянмы должна быть 255 Кбит/с.

Число пользователей на сеть определяется входной нагрузкой сети. Входная нагрузка может существенно меняться при переходе от одной конкретной сети к другой или при рассмотрении определенного класса решаемых в вычислительной системе задач, поэтому необходимо отделить моделирование входной нагрузки от моделирования работы оконечных устройств.

Квадратичная модель (или полиномиальная второго порядка) является простейшей из криволинейных моделей. Она представляется в следующем виде: Yt - а0 + alxl + a2xf

где,

а0, at и а2 - соответственно оценки свободного члена полинома, линейного и квадратичного эффектов.

Рассмотрим прогнозирование роста количества пользователей с помощью метода наименьших квадратов. Тенденция линии расчета пользователей Мьянмы показана в табл. 3.

Для этого в модель введём коэффициент смещения (Ксм). Этот коэффициент может принимать значения «1» и «-1». Если оценочные параметры временного ряда расположены до нулевой отметки, то (Ксм) равен «-1». В остальных случаях (Кс м) равен «1».

Для получения прогноза возьмем изменения числа пользователей в периоде с 2002 по 2010 годы. Квадратичная модель записывается в виде: К£ = а0 + aiKc»t + a2(Kc.Mt)2;

где,

а0< av аг ~ неизвестные постоянные, оцениваемые тремя нормальными уравнениями.

SKe^n = (hEdW)2 Уравнение 1

£ К, = na0 + a2£(KCMir)2 Уравнение 2

S(Kc.Mt)2n = a0S(Kc„t)2 + a2E(Kc.Mt)4 Уравнение 3

По решению трех уравнений, a0 = 34485,34 « 34485 = 12713,78 » 12714 а2 = 1879,53 « 1880

Таблица.З. Тенденция роста числа пользователей.

Годы Количество пользователей (rt) к™ < tY, t2 t4 t2Y,

2002 9220 -1 4 - 36880 16 256 147520

2003 15560 -1 3 -46680 9 81 140040

2004 28165 -1 2 - 56330 4 16 112660

2005 28836 -1 1 -28836 1 1 28836

2006 39704 1 0 0 0 0 0

2007 54922 1 1 54922 1 1 54922

2008 77023 1 2 154046 4 16 308092

2009 94195 1 3 282585 9 81 847755

2010 110000 1 4 440000 16 256 1760000

zn zt Z tY, Zt2 Zt4 Z tzY,

457625 0 762827 60 708 3399825

На основании полученных результатов спрогнозируем рост числа пользователей на период с 2002 по 2016 годы (табл.4.).

На рис.3 показан график тенденции роста числа пользователей. На этапе от 2002 до 2010 года результаты, полученные с помощью расчетов прогнозирования совпали с фактическим числом пользователей. Средняя точность составляется 93.18 %. Из этого можно сделать вывод о высокой точности прогноза пользователей.

Пользуясь этими прогнозируемыми числами пользователей, можно определить прогнозируемую пропускную способность.

Пропускная способность равна произведению интернет-трафика в день на одного пользователя на количество пользователей в единицу времени и имеет вид:

_ ^инт.одн.Мьян*^Мьянт^

_ 3600 <24

где,

9п.с ~ требуемая пропускная способность в Мьянме (бит/с); ^инт.одн.Мьян ~ объём интернет-трафика на одного пользователя в Мьянме; пМьян ~ прогнозируемое количество пользователей в Мьянме.

Год Кс.м Время Прогнозирование кол. пользователей (Кг)

2002 -1 1=4 13709

2003 -1 1=3 13263

2004 -1 1 = 2 16577

2005 -1 1=1 23651

2006 1 1 = 0 34485

2007 1 1 = 1 49079

2008 1 1 = 2 67433

2009 1 1 = 3 89547

2010 1 / = 4 115421

2011 1 ( = 5 145055

2012 1 < = 6 178449

2013 1 < = 7 215603

2014 1 < = 8 256517

2015 1 1 = 9 301191

2016 1 1= 10 349625

Рис

-------------------------------------------------------------------- Годы ------------------------------

.3. Сравнение расчетной тенденции с фактическим количеством пользователей.

400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000

о

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

-ЧШ™ Прогнозируемое количество пользователей

««^Фактическое количество пользователей

По расчётам в 2016 году пользователей сети будет около 350,000. Прогнозируемая пропускная способность на основе текущей загрузки Мьянмы станет более чем 10 Гбит/с (табл.4.). Если пользователи Мьянмы соединятся с международными пользователями, то необходимая пропускная способность станет менее 10 Гбит/с в 2016 году.

п *

10 і

•Прогнозируемая пропускная способность внутреннего трафика Мьянмы в объёме

8 ^

6

344МВ/день(Г6ит/с) Прогнозируемая

4

пропускная способность интернет-трафика Мира в объёме 280МВ/день (Гбит/с)

2011 2012 2013 2014 2015 2016

Годы

Рис.4. Прогнозируемая пропускная способность ссти Мьянмы в сравнении с международной.

В третьей главе определяется общая структура сети, для которой разрабатывается имитационная модель. Эта модель может быть использована для выбора необходимой технологии передачи данных, структурной схемы сети (дополнительные линии связи), а так же для выбора необходимого типа сетевого оборудования в каждом уровне сети.

В задачу прогнозирования трафика входит непосредственная обработка запросов клиента (пользователя) и подготовка необходимых данных для передачи в ответ к клиенту (создание запросов к серверу, получение результатов и генерация запросов на основе этих данных). Запрос поступает от генератора запроса на север через сетевые коммутирующие узлы. Сервер отвечает на эти запросы.

Для исследуемой задачи можно выделить пять объектов в компьютерной сети: число рабочих станции, размер пакета, пропускная способность, время выполнения, число серверов. Технологическая схема показывает организацию основных компонентов системы (рис.5).

Рис.5. Технологическая схема

Типовая компьютерная сеть имеет иерархическую структуру. Она является общей и наиболее точно описывающей существующие топологии сети. Иерархическая сеть состоит из трёх основных уровней (рис.6):

• уровень доступа (УДРС);

• уровень распределения (УРРС);

• основной уровень или уровень ядра (ОУ).

рабочая станция

сервер

В результате, мы получим упрощенную схему компьютерной сети (рис.7), в состав которой входят рабочие станции, коммутатор 2 уровня, маршрутизатор, коммутатор 3 уровня, маршрутизатор, коммутатор 2 уровня и Сервер.

Имитационная модель работает следующим образом (рис.8): запросы идут от групп рабочих станций в очередь к выходу коммутатора 2 уровня затем в очередь к входу маршрутизатора, затем в очередь к выходу коммутатора 3 уровня, в очередь к входу маршрутизатора, через коммутатор 2 уровня в очереди к серверам.

Ответы от серверов (рис.9) идут в очередь к выходу коммутатора 2 уровня, затем в очередь к входу маршрутизатора, затем в очередь к выходу коммутатора 3 уровня, в очередь к входу маршрутизатора и через коммутатор 2 уровня к группам рабочих станций.

Рис.6. Общая схема исследуемого процесса

Рис.7. Типовая структура связи для имитационной модели

Рис.8. Блок - схема имитационной модели (запрос от клиентов к серверам)

Рис.9. Блок - схема имитационной модели (ответ от серверов к клиентам)

очередь к серверу (к)

Коэффициент задержки (КЗ), корректирующий полученные результаты в зависимости от используемого сетевого оборудования, проектных значений скорости и передаваемого размера пакета, имеет вид:

УтЫ '

Коэффициент задержки (К.З) где,

щ - число портов сетевого оборудования;

9п.с ~ требуемая пропускная способность (бит/с);

SFR- пропускная способность внутренней коммутации (Mpps);

Vc - размер передаваемого пакета (байт);

Vmt„ - минимальный размер пакета (байт).

Коэффициент выбора сетевого оборудования

При выборе сетевого оборудования для проектирования вычислительной сети необходимо учитывать:

• коэффициент задержки;

• коэффициент стоимости сетевого оборудования.

Эти параметры напрямую влияют на возможную максимальную протяженность сети, количество каналов связи, тип и настройки оборудования. Коэффициент стоимости сетевого оборудования может быть рассчитан по следующей формуле:

К.С = ———

^инф * ^инф

где,

К.С-коэффициент стоимости сетевого оборудования; С0 - стоимость оборудования (руб.); Сшф - стоимость передаваемой информации (руб./Мбайт); Ушф - объём информации (Мбайт).

При этом, определяющими факторами являются стоимость единицы информации и прогнозируемый объём передачи.

Коэффициент для выбора необходимого оборудования может быть рассчитан по следующей формуле:

К.В= —

к.с

где,

К.В - коэффициент выбора сетевого оборудования; К.С- коэффициент стоимости сетевого оборудования; К.З. - коэффициенг задержки.

Для словесного описания величин коэффициента выбора применяется следующая таблица (табл.5).

Таблица.5. Описание величин коэффициента выбора

значение коэффициента выбора Интерпретация

0 <К.В < 0.2 очень плохо

0,2 < .О <0,5 плохо

0,5 <К.В < 0,7 нормально

0,7 <К.В ^ 0,9 хорошо

0.9 < /СВ < 1 очень хорошо

Основываясь на этой характеристике можно выполнять оценку стоимости единицы передаваемой информации для пользователя и определить экономическую целесообразность применения данного сетевого оборудования.

Расчёт временных интервалов между запросами (пакетами)

Основными параметрами сообщений являются: интенсивность поступления Л сообщений и интенсивность обслуживания ц сообщений на сервере. Интенсивность поступления X сообщений равна усредненному количеству сообщений, поступающих на вход узла в единицу времени. Время между двумя запросами может быть рассчитано следующей формуле:

ti„? -

9пс*1пред

где,

Урс- объём данных от РС (байт); п - количество узлов;

9п.с - требуемая пропускная способность (бит/с); ^пред - предполагаемая нагрузка (%).

Таким образом, рассчитаем время между двумя запросами Ьпс под предполагаемой нагрузкой от 30 % до 60 % с шагом 5 % и количества пользователей (от 10 до 100) при 100 Мбит/с. Время между двумя запросами представлено в таблице 6.

Таблица.6. Время между двумя запросами

количество РС пред. нагрузка 30% пред. нагрузка 35% пред. нагрузка 40% пред. нагрузка 45% пред. нагрузка 50% пред. нагрузка 55% пред. нагрузка 60%

10 2 мс 1.7 мс 1.5 мс 1.36 мс 1.2 мс 1.1 мс 1 мс

20 4.1 мс 3.5 мс 3.1 мс 2.7 мс 2.4 мс 2.2 мс 2 мс

30 6.1 мс 5.2 мс 4.6 мс 4.1 мс 3.7 мс 3.3 мс 3.1 мс

40 8.1 мс 7 мс 6.1 мс 5.4 мс 4.9 мс 4.4 мс 4.1 мс

50 10.1 мс 8.7 мс 7.6 мс 6.8 мс 6.1 мс 5.6 мс 5.1 мс

60 12.2 мс 10.5 мс 9.2 мс 8.1 мс 7.3 мс 6.7 мс 6.1 мс

70 14.3 мс 12.2 мс 10.7 мс 9.5 мс 8.6 мс 7.8 мс 7.1 мс

80 16.3 мс 14 мс 12.2 мс 10.9 мс 9.8 мс 8.9 мс 8.1 мс

90 18.3 мс 15.7 мс 13.8 мс 12.2 мс 11 мс Юме 9.2 мс

100 20.4 мс 17.5 мс 15.3 мс 13.6 мс 12.2 мс 11.1 мс 10.2 мс

Задержка времени канала связи может быть рассчитана следующей формуле:

виг

где,

Vc - размер передаваемого пакета (байт);

DKC - задержка времени канала связи (мс);

дп с - требуемая пропускная способность (бит/с).

64 -байтный пакет будет иметь задержку в 0,00512 мс при скорости 100 Мбит/с. Пакет средним размером (764) байт и (1500) байт будут иметь задержку времени 0,06 мс и 0,12 мс соответственно.

Коэффициент загрузки сети рассчитывается по формуле: КЗ С -№""'<|,'"")1

где,

Vpc - объём информации в байтах от PC; Vs - объём информации в байтах от сервера; и -количество узлов; т - количество серверов;

Sn.c " требуемая пропускная способность (бит/с); Тнабл. ~ время наблюдения (с).

С помощью полученной имитационной модели можно прогнозировать работу составной сети при изменении количества пользователей, полосы пропускания на различных сегментах сети и параметров и типов сетевого оборудования.

В четвертой главе рассмотрено применение предложенного метода прогнозирования для подтверждения полученных научных результатов. В качестве примера для проектирования была рассмотрена сеть Мьянмы. Для проверки достоверности получаемых результатов было выполнено моделирование работы сети с известными параметрами.

Исследовалась компьютерная сеть с скоростью передачи данных между компонентами сети 100 Мбит/с. На уровнях доступа были использованы коммутаторы Cisco C2924M-XL, на уровнях распределения маршрутизаторы Cisco 2800 series и на уровне ядра так же Cisco C3560-24PS коммутатор 3 уровня. На уровне доступа подключались 5 рабочих станций в роли клиентов, а с другой стороны так же 5 рабочих станций в роли серверов. При этом на всех рабочих станциях была запущена программа, которая генерирует трафик. Программа называется Network Traffic Generator and Monitor. 1.6.

В задачу эксперимента прогнозирования трафика входит непосредственная обработка запросов клиента (пользователя) и подготовка необходимых данных для передачи в ответ к клиенту (создание запросов к серверу, получение результатов и генерация запросов на основе этих данных). Запрос поступает от генератора запроса на север через сетевые коммутирующие узлы. Серверы отвечают на эти запросы.

Эксперимент проводили для пакетов длиной 64 байта, 764 байта и 1500 байтов. Таким образом, была измерена нагрузка на интерфейсы коммутаторов и маршрутизаторов в реальной сети и при моделировании ее работы. В результате получили следующие данные (рис.10.);

Производительность при указании пропускной способности сетевого оборудования измеряется в миллионах пакетов в секунду. При этом в расчёт берутся пакеты минимальной длинны. Ведь именно при работе с такими пакетами сетевое оборудование работает в самом жестком режиме. При увеличении размеров передаваемых пакетов, коммутационная нагрузка на внутреннюю шину уменьшается, а следовательно уменьшается среднее время задержки при передаче одного бита.

10 мс 15 мс 20 мс

Интенсивность запросов

—экс. мин. длины (64) —ВКтео. мин. длины (64) —А™экс. сред, длины (764) —К—тео. сред, длины (764)

—мак с. длины (1500) •------►

25 мс -«-тео. макс, длины (1500)

Рис.10. Загрузка канала связи экспериментальной в сравнении теоретичной

Как видно на рис.10, при проведении эксперимента с передачей пакетов минимальной длины, результаты моделирования практически совпадают с результатами эксперимента. При увеличении длины пакетов в модели, результаты моделирования отличаются от реальной сети. Модель показывает большую загрузку сети. Это связано с тем, что в модель заносятся паспортные данные, заявленные производителем, где указывается пропускная способность для пакетов минимальной длины.

На основании этого можно делать вывод. Экспериментальные данные показали, что в теории модель работает медленнее, чем на практике, так как в теории воплощается худший из вариантов, что показывается в паспортных данных. А тот факт, что результаты моделирования показывают большую нагрузку на сетевое оборудование, чем в реальности, только даёт более высокие гарантии работоспособности проектируемой сети при увеличении нагрузки.

Так как не всегда возможно и экономически нецелесообразно тестировать все типы оборудования различных производителей для выбора наилучшего при установке в сеть, то предполагаемый поход является наиболее приемлемым.

Основные результаты и выводы

В ходе решения поставленной задачи были получены следующие результа-

1. Разработан новый метод прогнозирования трафика многоуровневой компьютерной сети, отличающийся универсальностью, отсутствием ограничений на размер сети, простотой применения и использованием бесплатного программного обеспечения.

2. Разработана аналитическая модель компьютерной сети для определения требуемой пропускной способности в зависимости от количества узлов, средней длины пакета и вероятности появления запросов в сети.

3. Разработана имитационная модель многоуровневой сети передачи данных для решения задачи прогнозирования трафика.

4. Разработан метод выбора сетевого оборудования, позволяющий оценить производительность и эффективность его использования на основе технических характеристик, заявленных производителем.

5. Обоснованы требования, предъявляемые к компьютерным сетям и связанные с ними параметры.

6. Обоснованы основные параметры, влияющие на среднее время задержки пакетов - количество пользователей и средняя длина пакета.

7. Результаты применения разработанного метода прогнозирования трафика проверены путём натурного эксперимента.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сан Вин Аунг, Телекоммуникационные системы Мьянмы, «ТКАКБ-МЕСН-АЛТ-СНЕМ» / ТРУДЫ VII Международной научно-практической конференции. -М.: МИИТ, 2010.

2. Сан Вин Аунг, «Расчёт прогнозируемого трафика в сеги», Мир Транспорта, -М.: № 3/2010, С. 130 -133.

3. Сан Вин Аунг, «Прогнозирование интернет-трафика в Мьянме», Мир Транспорта, -М.: № 3/2011, С. 124 -127.

4. Сан Вин Аунг, Методы моделирования для прогнозирования трафика в сети «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ» / ТРУДЫ XII Научно-практическая конференция. -М.: МИИТ, 2011.

Сан Вин Аунг

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАФИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОМПЬЮТЕЛЬНОЙ СЕТИ

05.13.15 - «Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Подписано к печати о£очЭОГЯ-1 Формат 60x80 1/16

Объем 1,5п.л. Заказ У9"3 Тираж 80 экз.

Типография МИИТ 127994, ГСП-4, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

61 12-5/2163

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(МИИТ)

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАФИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

05.13.15 - «Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети»

На правах рукописи

Сан Вин Аунг

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент,

Желенков Борис Владимирович

Москва-2012

Автор выражает глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю Доценту к.т.н. Желенкову Борису Владимировичу за неоценимую помощь в работе над кандидатской диссертацией и ценные замечания при подготовке рукописи.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

ГЛАВА 1.ТИПЫ ТРАФИКА И НЕОБХОДИМЫЕ РЕСУРСЫ ДЛЯ ИХ ПОДДЕРЖКИ...................................................................................................11

1.1. Требования, предъявляемые к компьютерным сетям...................11

1.2. Существующие ограничения производительности......................19

1.2.1. Технологии локальных и глобальных сетей..................................19

1.2.2. Каналы связи компьютерных сетей................................................21

1.2.3. Сетевое оборудование......................................................................22

1.3. Методы коммутации.........................................................................24

1.4. Сетевые переменные........................................................................28

1.4.1. Топология сети.................................. ................................................28

1.4.2. Пропускная способность линии связи и объём потока данных ..30

1.5. Методы прогнозирования трафика.................................................32

1.6. Анализ существующих систем моделирования............................39

Выводы по главе 1.........................................................................................49

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕТИ С УЧЁТОМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАФИКА.........................................................................................................50

2.1. Задача прогнозирования трафика...................................................50

2.2. Существующие задержки на пути движения пакета....................51

2.3. Разработка аналитической модели процесса прогнозирования трафика...........................................................................................................53

2.4. Прогнозирование роста интернет-трафика....................................61

2.4.1. Пользовательский объём интернет-трафика в мире.....................61

2.4.2. Интернет-трафик в Мьянме.............................................................62

2.4.3. Прогнозирование роста количества пользователей интернета в Мьянме...........................................................................................................64

2.4.4. Прогнозирование требуемой пропускной способности сети Мьянмы ..........................................................................................................66

Выводы по главе 2.........................................................................................69

ГЛАВА 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ................................70

ЗЛ. Пакет GPSS World в качестве среды для имитационного моделирования...............................................................................................70

3.2. Модели теории массового обслуживания......................................71

3.2.1. Особенности моделирования информационных потоков............73

3.2.2. Имитационная модель исследуемого объекта...............................75

3.3. Определение основных параметров имитационной модели........77

3.3.1. Рабочая станция (клиент).................................................................77

3.3.2. Пакеты................................................................................................78

3.3.3. Сервер................................................................................................78

3.3.4. Типовая структура модели сети......................................................78

3.4. Характеристики и параметры сетевого оборудования.................80

3.4.1. Расчёт задержки сетевого оборудования.......................................84

3.4.2. Расчёт временных интервалов между запросами (пакетами)......89

3.4.3. Расчёт задержки времени канала связи..........................................89

3.4.4. Коэффициент загрузки компьютерной сети..................................91

3.5. Определение основных параметров имитационной модели........92

3.6. Моделирование работы....................................................................93

3.7. Анализ результатов моделирования...............................................93

Выводы по главе 3.........................................................................................98

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ......................................................................................99

4.1. Административная структура Мьянмы..........................................99

4.1.1. Обзор существующих сетей Мьянмы.............................................99

4.2. Структура магистральной линии связи Мьянмы........................102

4.2.1. Существующие каналы связи построения на основе технологии SDH (Synchronous Digital Hierarchy).........................................................103

4.3. Международная система телекоммуникации..............................105

2

4.3.1. Телефонная плотность населения в Мьянме...............................108

4.3.2. Мобильная система связи..............................................................109

4.4. Структура сети интернета Мьянмы..............................................109

4.4.1. Обзор архитектуры Интернета......................................................109

4.4.2. Интернет провайдер.......................................................................111

4.4.3. Транспортные технологии в уровне доступа...............................111

4.5. Требования к построению глобальной информационной сети (ГИС) Мьянмы....................;........................................................................114

4.5.1. Инфраструктура сети Мьянмы......................................................115

4.6. Проведение эксперимента по прогнозированию трафика.........120

Выводы по главе 4.......................................................................................125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................126

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................129

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир неразрывно связан с информационными технологиями. При этом, для получения информации активно используются компьютерные сети. Основной тенденцией развития компьютерных сетей является их конвергентность по отношению к передаваемой информации, что расширяет круг задач решаемых сетью и требует ее постоянного развития. В связи с этим становится актуальной проблема проектирования компьютерных сетей с учетом этих особенностей.

При проектировании компьютерных сетей и исследовании трафика приходится решать большое число разнообразных задач. Первым этапом проектирования компьютерных сетей является выбор технических средств и системы протоколов (включая способы коммутации и доставки данных по сети). Второй этап проектирования требует решения совокупности сложных взаимосвязанных задач, к которым относятся: улучшение использования пропускных способностей каналов связи (КС); оптимизация топологической структуры.

Данная работа связана с возрастающей ролью, которую играют компьютерные сети для обеспечения эффективности управления и успешного функционирования самых разных организаций.

Наблюдается общая тенденция увеличения числа пользователей, интенсивности трафика, разнообразия сервисов, что может привести к ухудшению качества сетевых услуг.

Этот факт определяет необходимость прогнозирования трафика при проектировании компьютерной сети.

Все это требует проведения экспериментальных исследований свойств сети, причем не только в режиме оперативного мониторинга, но и для более глубокого изучения с целью прогнозирования ее поведения при

проектировании. С этим связана задача совершенствования соответствующих методов прогнозирования трафика.

При решении общей задачи топологического синтеза кроме выбора наилучшей схемы соединения узлов коммутации необходимо одновременно решать задачу выбора надежных маршрутов и выбора пропускных способностей КС.

В частности, отсутствуют комплексные методики организации и проведения экспериментальных исследований трафика, обобщающие накопленный к настоящему времени опыт их проведения. Достаточно ограничен перечень статистических методов, используемых при обработке данных, характеризующих интенсивность трафика. Аналитические модели трафика в основном строятся в предположении его стационарности. Все это свидетельствует о необходимости дальнейшего развития исследований по данной проблематике.

В связи этим необходимо разработать метод прогнозирования трафика при проектировании компьютерных сетей и программный комплекс для решения ряда актуальных задач, а именно:

• расчет потоков в распределенных сетях;

• определение пропускных способностей КС;

• выбор дискретных значений пропускных способностей;

• построение имитационных моделей прогнозирования трафика и спроектированных компьютерных сетей в пакете GPSS World. Кроме того необходимо выполнить анализ влияния на характеристики функционирования трафика таких параметров передачи данных как длина пакетов, характер или типы трафика в сетях, скорость передачи пакетов в КС и т.д.

Цель исследований. Целью диссертационной работы является разработка методов оценки предполагаемого потока передачи информации, определения требуемой пропускной способности каналов связи и сетевого оборудования при проектировании компьютерной сети для обеспечения выбора необходимых сетевых и общедоступных ресурсов.

Методы исследования. Полученные результаты исследования базируются на использовании методов аналитического моделирования прогнозирования трафика в сети с использованием метода наименьших квадратов и закона распределения случайных величин Парето. В качестве инструмента имитационного моделирования применяется среда программирования GPSS World.

Научная новизна работы.

1. Разработан новый метод прогнозирования трафика при проектировании компьютерной сети, отличающийся универсальностью, отсутствием ограничений на размер сети, простотой применения и использованием бесплатного программного обеспечения.

2. Разработана аналитическая модель для определения требуемой пропускной способности в зависимости от прогнозируемого роста количества узлов, средней длины пакета и вероятности появления запросов в сети.

3. Разработана имитационная модель многоуровневой компьютерной сети, оценивающая работу составной сети при изменении количества пользователей, полосы пропускания на различных сегментах сети, параметров и типов сетевого оборудования.

4. Установлен коэффициент задержки (КЗ) сетевого оборудования, позволяющий оценить пропускную способность при различных режимах нагрузки. Установлен коэффициент стоимости для выбора (К.В) сетевого оборудования.

5. Формализованы технические характеристики сетевого оборудования и линии связи для их оперативного использования в имитационной модели, что позволяет прогнозировать работу проектируемой сети для любого сетевого оборудования.

В соответствии с указанной целью в рамках диссертационной работы поставлены и решались следующие задачи:

• анализ требований, предъявляемых к компьютерным сетям, определение типов трафика и их влияния на загрузку сетевых ресурсов;

• определение основных параметров, влияющих на среднее время задержки пакетов;

• разработка метода определения требуемой пропускной способности в зависимости от количества узлов, средней длины пакета и вероятности появления запросов в сеть;

• разработка имитационной модели многоуровневой сети передачи данных для решения задачи прогнозирования трафика;

• разработка метода выбора сетевого оборудования на основе технических характеристик, заявленных производителем.

• исследование влияния различных параметров передаваемых данных на загрузку каналов и оценка эффективности сети с точки зрения пропускной способности;

• выявление «узких мест» в сети и формирование списка соответствующих рекомендаций по их исключению (тип оборудования, резервные связи, увеличение пропускной способности каналов, повышение производительности серверного оборудования, резервирование серверов и сетевого оборудования).

Практическая значимость работы заключается в предоставлении возможности выбора сетевого оборудования и среды передачи данных, размещения общедоступных ресурсов и необходимости их резервирования

7

основываясь на технических характеристиках и предполагаемом количестве пользователей. Разработанные методы и имитационные модели позволяют прогнозировать трафик и выявлять «узкие места» в компьютерной сети при ее проектировании, а так же давать рекомендации по улучшению качества обслуживания в уже существующих компьютерных сетях. Реализация результатов работы. Результаты работы впервые использованы при проектировании участка городской глобальной компьютерной сети Юго-восточного округа г. Москвы сети в виде:

1. Метода оценки роста числа пользователей в сети;

2. Предложений по методу прогнозирования трафика на основе предполагаемого числа пользователей;

3. Метода имитационного моделирования для оценки возможности применения сетевого оборудования различных производителей на основе его технических характеристик и выбора структурных решений для построения сети;

4. Метода расчета оценки коэффициента стоимости при использовании сетевого оборудования.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на VII международной научно-практической конференции «TRANS-MECH-ART-СНЕМ» (Москва, МИИТ, 2010г.), XII научно-практической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ» (Москва, МИИТ, 2011г.), использованы ЗАО «ATLANTIS».

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе 2 статьи в журналах из перечня, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы. Она содержит 134

страницы машинописного текста, 40 рисунков, 21 таблицу и список цитируемой литературы из 78 наименований.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Сан Вин Аунг, Телекоммуникационные системы Мьянмы, «TRANS-MECH-ART-CHEM» / ТРУДЫ VII Международной научно-практической конференции. -М.: МИИТ, 2010.

2. Сан Вин Аунг, «Расчёт прогнозируемого трафика в сети», Мир Транспорта, -М.: № 3/2010, С. 130 - 133.

3. Сан Вин Аунг, «Прогнозирование интернет-трафика в Мьянме», Мир Транспорта, -М.: № 3/2011, С. 124 - 127.

4. Сан Вин Аунг, Методы моделирования для прогнозирования трафика в сети, «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ» / ТРУДЫ XII Научно-практическая конференция. -М.: МИИТ, 2011.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

РС - рабочая станция;

К.С - канал связи;

ЛС - локальная сеть,

ГС - глобальная сеть;

Т.С - топологическая структура;

К.З - коэффициент задержки;

К.З.С - коэффициент загрузки сети;

УДРС - уровень доступа рабочих станций;

УРРС - уровень распределения рабочих станций;

ОУ - основной уровень (уровень ядра);

УРС - уровень распределения серверов;

УДС - уровень доступа серверов;

ГЛАВА 1.ТИПЫ ТРАФИКА И НЕОБХОДИМЫЕ РЕСУРСЫ ДЛЯ ИХ ПОДДЕРЖКИ

1.1. Требования, предъявляемые к компьютерным сетям

Интернет в современном мире используется для связи компьютерных систем, при соединении их с помощью глобальных сетей. Компьютерная сеть - это способ объединения компьютеров, причём таким образом, чтобы один из них мог общаться с любым другим и разделять свои ресурсы [11,34,46,66].

Для связи используются WAN - глобальные сети и LAN - локальные сети. Локальная сеть представляет собой совокупность соединенных между собой компьютеров и других компонентов, расположенных относительно недалеко друг от друга на ограниченной площади. Размеры локальных сетей могут сильно различаться. Локальная сеть может состоять всего из двух компьютеров в домашнем офисе или на малом предприятии, или включать сотни компьютеров в крупном корпоративном офисе или комплексе зданий.

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровня модели OSI и определяет кодирование сигналов, скорость передачи, формат сетевых кадров, топологию физических связей и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты - кабели, разъемы, интерфейсные карты, кабельные центры и.т.д. В локальных и глобальных сетях применяются различные сетевые технологии, выбор которых зависит от многих факторов [5]:

• требования к пропускной способности сети и скорости отклика;

• расположение узлов, расстояния и условия прокладки коммуникаций;

• требования надежности и конфиденциальности связи;

• ограничения на стоимость аппаратуры и коммуникаций.

Все эти факторы зависят от типа передаваемого трафика. При проектировании компьютерной сети огромное значение имеет тип потока данных, проходящих по сети. Классификация и анализ типов передаваемых данных являются основой для принятия принципиальных решений при проектировании сетей. Объем потоков данных определяет пропускную способность сети, а последняя, в свою очередь, определяет стоимость. Трафик — это объем данных или количество сообщений, переданных через канал за определенный промежуток времени [4].

Анализ трафика дает возможность определить необходимую ширину полосы пропускания каналов передачи данных и голос�