автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Реструктуризация корпоративной информационно-вычислительной сети с целью выравнивания в ней нагрузки

Кузнецов Евгений Михайлович

РЕСТРУКТУРИЗАЦИЯ КОРПОРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ С ЦЕЛЬЮ ВЫРАВНИВАНИЯ В НЕЙ НАГРУЗКИ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА 2011

1 2 ЯНВ 2012

005007241

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Климанов Вячеслав Петрович доктор технических наук, профессор Абросимов Леонид Иванович кандидат технических наук Широков Владимир Леонидович НОУ Институт информационных технологий, экономики и менеджмента,

(г. Клин)

Защита состоится «21 » 2011-тода в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.142.03 ФГБОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин» по адресу: 127055 Москва, Вадковский пер., За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин».

Автореферат разослан « 2011 года.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.142.03

Е.Г. Семячкова

к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Актуальность настоящей работы определяется высокой значимостью корпоративных компьютерных сетей для эффективного управления и успешного функционирования различных современных организаций. Функционирование и текущее развитие корпоративных вычислительных сетей определяется практически повсеместно организационной структурой предприятия и расширением его организационно-штатной структуры. Такое «хаотичное» развитие сети приводит к неконтролируемому увеличения числа пользователей, объемов циркулирующей информации, интенсивности трафика, дисбалансу отдельных участков сети и связанным с этими обстоятельствами ухудшения качества сетевых услуг. Поэтому задача ликвидации дисбаланса загрузки сети (выравнивания нагрузки) является актуальной. Все это требует проведения экспериментальных исследований и прогнозирования свойств сети с целью повышения эффективности данных услуг. При этом важным свойством искомого решения является минимальная трудоемкость и соответствие этого решения тенденциям развития организации. Задача соответствующего совершенствования научно-методического аппарата и программного обеспечения анализа и моделирования трафика является необходимой научно-практической основой таких решений.

К настоящему времени накоплен значительный багаж научных подходов решения указанной задачи как отечественными, так и зарубежными учеными. Однако некоторые вопросы по данной тематике нельзя назвать достаточно исследованными, либо глубина и трудоемкость их реализации несопоставима с кратковременностью эффекта от полученного результата в силу высокой динамичности развития самой организации. Используемые зачастую математические модели не позволяют находить оптимальных структурных решений. Данные обстоятельства свидетельствуют о необходимости дальнейшего проведения исследований по данной тематике.

Цель исследований. Целью настоящей работы является повышение эффективности функционирования корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС) за счет реструктуризации топологии и оптимизации трафика на основе использования разработанного метода оценки эффективности сети - степени сбалансированности нагрузок и результатов проведенных модельных экспериментов.

В соответствии с указанной целью в настоящей диссертационной работе были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ структур КИВС, типового состава трафика, с целью выявление основных аспектов оптимизации архитектуры сети..

2. Разработан критерий оценки эффективности КИВС.

3. Обоснованы структуры и состава математической модели анализа топологии сети.

4. Разработаны математические модели и инструментальные (программные) средства моделирования режимов КИВС.

5. Проведены модельные эксперименты с целью достижения сбалансированности нагрузок в сети.

6. Разработаны рекомендации по использованию разработанного критерия - степени сбалансированности нагрузок сети, для повышения эффективности проектирования КИВС.

Методы исследования. Теоретические и методологические основы исследований определяются методами теории вероятностей, математической статистики, теории случайных процессов, теории массового обслуживания, системного анализа, а также современными инструментальными средствами визуального объектно-ориентированного программирования и мониторинга корпоративных вычислительных сетей.

Защищаемые научные положения.

1. Разработанные математические модели, алгоритмы и программы для реализации процедуры поиска рациональной топологии сети.

2. Результаты моделирования и реструктуризации корпоративных вычислительных сетей четырех фирм, включая ГОУ СПО Самарский социально-педагогический колледж, и рекомендации по прогнозу эффективности разработанного метода. Научная новизна

1. Установлены связи между эффективностью функционирования сети и особенностью ее топологии, использование которых обеспечивает рациональное изменении конфигурации сети с целью балансировки трафика.

2. Разработан метод оценки эффективности сети и предложен критерий - степень сбалансированности нагрузок участков сети.

3. На основе установленных связей между эффективностью функционирования сети и особенность ее топологии предложена технология проведения процессов реструктуризации топологии.

4. Разработана математическая модель, позволяющая имитировать процесс функционирования реконструированных вариантов сети.

5. Подтверждена адекватность разработанной модели путем сравнения статистического материала, собранного в процессе эксплуатации реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в разработанной программно-аналитической среде.

Научная значимость работы состоит в разработке научно обоснованной методики адаптивной эффективной реструктуризации КИВС на основе штатных оперативных способов исследования сетевого трафика как эквивалентных топологических изоморфных соответствий структур КИВС.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика адаптивной эффективной реструктуризации и программная реализация модели КИВС позволяют проводить эффективный анализ ее основных параметров в том числе и на стадии проектирования.

Реализация результатов. Результаты работы были использованы: при оценке степени деградации и последующей реструктуризации вычислительной сети ГОУ СПО Самарский социально-педагогический колледж; при оценке производительности и последующей реструктуризации КИВС ЗАО «ТМ-Сервис» г. Самара; при совершенствовании сетевых возможностей КИВС ЗАО «ЭнергонефтьАвтоматика» г. Самара; при оценке производительности и последующей реструктуризации КИВС ООО «ГЕОС» г. Самара.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работ и полученные автором результаты докладывались на XVI российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (Самара, 2009 г.), VIII международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза 2009 г.), V международной научной конференции «Наука. Творчество» (Самара, 2009 г.), на XII международной научно-технической конференции «Информационно-технические технологии и их приложения» (Пенза 2010 г.), XIX международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» (Москва 2011 г.).

Публикации. По основным результатам диссертационной работы опубликованы 16 статей в научных изданиях (в том числе 3 статьи - в журналах, рекомендованных ВАК), материалы 5 из них были представлены в виде докладов на международных и российских конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 99 наименований, включает 35 рисунков, 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая

значимость работы, представлены сведения о ее апробации, публикациях, а также дана краткая характеристика содержания работы.

В первой главе приводится общая характеристика состояния исследования в области моделирования корпоративных информационно-вычислительных сетей на основе анализа публикаций по данной проблематике.

Проведено исследование топологий корпоративных информационно-вычислительных сетей, рассмотрены существующие практические механизмы управления производительностью КИВС, проанализированы известные методы исследования КИВС.

Сетевая топология - это схема соединения компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов. Наиболее распространенными видами сетевых топологий являются: линейная, кольцевая, древовидная, звездообразная, ячеистая и полносвязная. При этом исследование топологий КИВС целесообразно осуществлять в рамках реальной концепции архитектуры информационной сети, которая может быть одной из следующих пяти видов: архитектура терминал-главный компьютер, архитектура интеллектуальной сети (интеллектуальная сеть - это коммуникационная сеть, совмещающая передачу и обработку данных), архитектура клиент-сервер, одноранговая архитектура и архитектура компьютер-сеть. В работе рассмотрены особенности функционирования указанных топологий КИВС.

Показано, что основными показателями производительности КИВС являются характеристики: время реакции, скорость передачи трафика, пропускная способность, задержка передачи и вариация задержки передачи. Рассмотрены возможные варианты конкретизации указанных характеристик с учетом особенностей КИВС. При этом в сетях с архитектурой клиент-сервер сегодня наиболее оптимальными являются следующие способы повышения производительности сети: кластеризация серверов, технологии повышения пропускной способности сетевого канала до сервера, включая

технологию отказоустойчивости адаптеров, технологию PCI HotPlug, адаптивную балансировку нагрузки, агрегирование каналов, технологии Fast EtherChannel, и Gigabit EtherChannel. Подробно рассмотрены указанные решения.

В ходе анализа известных методов исследования КИВС рассмотрены: элементы формализации описания и методы анализа КИВС, разработана методологическая схема исследования. В работе показано, что основной аспект анализа связан с определением возможности оптимизации управляющего трафика, возрастающий объём которого ввиду ряда причин оказывает значительное влияние на основные характеристики эффективности функционирования КИВС. При этом для анализа предпочтительными являются методы имитационного моделирования типовых топологий сетей.

Вторая глава посвящена разработке методики совершенствования структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей и формулировании постановки задачи на исследование.

В работе исследован и предложен способ формализованного описания структуры и анализа проблемных участков КИВС, практические способы решения задачи совершенствования структуры КИВС, определены рациональные способы совершенствование структуры КИВС на основе принципа моделирования, разработан алгоритм выбора рациональной схемы коммутации терминалов КИВС с использованием моделирующей среды.

Разработанный способ формализованного описания структуры и анализа проблемных участков КИВСК основан на следующих положениях.

Загруженность сети определяется нагрузкой на её участки и схемой соединения сети. Задача выявления перегруженного участка сети не всегда имеет очевидное решение в силу значительного состава и высокой распределенности структуры КИВС.

Формальная модель функционирования КИВС, способная осветить данный вопрос, может быть следующей.

Представим КИВС - S в виде кортежа:

S = (K,T,SK,SKT) (1)

где К - множество коммутаторов, входящих в S:

K={ki}, 1=1, Nk (Nk - число коммутаторов, входящих в S); Т - множество терминалов, входящих в S:

T={ti}, i= 1 ,Nt (Nt - число терминалов, входящих в S); SK- матрица связности коммутаторов S:

Ski = {

8К=||5М||, у = причем:

1, если коммутаторы имеют прямую связь в составе 5; О — в противном случае

8КТ - матрица связности терминалов и коммутаторов 8:

и

ЖГ = ||% ||,к = 1,ЫкЛ = 1, причем: 1, если терминал ^ имеет прямую связь с коммутатором кк,

к~ I О-в противном случае

Как было отмечено выше, исходными данными для решения задачи определения перегруженного участка сети являются данные о трафике взаимообмена между любой парой терминалов в составе 8.

Обозначим через ТЯ матрицу терминального трафика сети Б:

где Щ ] - трафик взаимообмена между терминалами ^ и ^ сети Б.

Очевидно:

Сги = (3)

Получение данных о значениях Ьгц не представляет особого труда.

Легко заметить, что представление КИВС в виде кортежа (1) полностью определяет состав (множества К, Т) и топологию (матрицы 8К, 8КТ) сети.

Сеть 8 в виде (1) также может быть представлена графом, имеющим вершины двух типов: коммутаторы и терминалы. Вершины-коммутаторы имеют связность с несколькими другими вершинами, как коммутаторами, так

и терминалами. Вершины-терминалы имеют связность только с одной вершиной-коммутатором. Соответственно граф сети S включает ветви также двух типов:

коммутатор - коммутатор (kk); коммутатор - терминал (kt).

Деградация сети S может происходить в следующих случаях: в случае превышения трафиком, передаваемой по какой-либо ветви (участку) сети, предельной пропускной способности этого участка;

в случае превышения трафиком, проходящим через какую-либо вершину-коммутатор сети, предельной пропускной способности этой вершины.

В настоящей работе исследуются причины деградации сети, связанные только с недостаточной пропускной способностью каналов (участков) сети. Данная причина в связи с физическими ограничениями по указанному показателю требует изменения топологии сети, и первоочередного определения перегруженных ее участков.

Для определения загрузки ветвей типа kt может быть предложена следующая формула:

Zk.i = 2^10*0 tn.j (4)

Зависимость (4) определяет тот факт, что по ветви Sy проходит весь трафик терминала i со всеми остальными терминалами из множества Т. Определение загрузки ветвей типа kk носит более сложный характер. В связи с отсутствием в топологии «звезда» цикличных участков сети, можно сказать, что разрыв ветвей типа kk делит всю сеть на две подсети. При этом загрузка «разорванного» участка определяется суммой сумм трафиков каждого терминала одной подсети со всеми терминалами другой подсети. Представим данный факт формально.

Пусть требуется определить загрузку участка (ветви) Sy. Обозначим через Тк подмножество терминалов в подсети, включающей вершину kk, в

8

случае разрыва указанного участка. Соответственно Т1 будет обозначать подмножество терминалов подсети, включающей вершину к) в том же случае. Тогда загрузка искомой ветви графа сети 8 будет определяться формулой:

= И[еТА:Х;еГг £ги (5)

Таким образом, зависимости (4) и (5) позволяют по заданным данным относительно трафика взаимообмена между терминалами КИВС в виде матрицы Ш (2) определить загрузку для любого участка сети, представленной в виде кортежа (1).

Использование данных в виде матрицы трафиков (2) в указанном выше виде носит детерминированный характер. Однако, на самом деле, эти величины имеют случайную природу. Причем сами оценки ¿Гу не имеют большого значения. Они важно только как слагаемые, составляющие оценки уровней загрузки участков (ветвей) сети Б согласно (4) и (5). В ряде работ по анализу трафика КИВС отмечается независимый неоднозначный, но схожий характер функции распределения величин . Поэтому распределение сумм указанных случайных величин, составляющих загрузку ветвей сети, согласно центральной предельной теореме можно признать нормальным. Знание значений математических ожиданий и дисперсий случайных величин ¿Гадает возможность определить математические ожидания и дисперсии уровней загрузки всех ветвей сети Б. Это позволит определить вероятностные оценки наступления моментов перегрузки отдельных участков (ветвей) сети 8.

Пусть в течение некоторого времени проведено М опытов по определению значений оценок Т11. Тогда все полученные значения трафика для каждой пары терминалов сети 8 можно отобразить в виде строки трехмерной матрицы:

ГШ = || Ьгт^и ||, т = 17М; ¿,; = "Щ;, (6)

где trmm i j - значение трафика tr£ j- в m-ом опыте.

Вектор TRMij = \trmmij\,m = 1 ,М, составляет выборку из М независимых опытов случайной величины tr;j. Для нахождения математического ожидания (MtrijJ) и дисперсии (D Ltri,/J) распределения величины tr^ удобно использовать известные зависимости: Мitrmm,i,j] = Sm=i trmmXJ * рт, (7)

D К;] = S=i(trmmjj - M[trmm U])2 * pm (8)

Для применения зависимостей (7) и (8) необходимо непрерывный характер величин trmm i j свести к дискретному. Это производится по известной схеме разбиения области их задания, определяемой участком между минимальным и максимальным их значением, на равные промежутки - зоны количеством q<m и с последующим определением частости «выпадения» значений trmmi j, принадлежащих различным зонам этих значений.

Полученные значения M[trmmij\ (7) и D[irmmijJ (8) удобно свести в матрицу TDM:

TDM = \\tdmpJ\\,р = 1,2 ;; = (9)

причем:

tdmu = M[trmmij\ (Ю)

tdm2j = D[trmmjlj\ (11)

Топология сети S в части ветвей типа kk (коммутатор-коммутатор) определяется матрицей SK согласно (1), а именно всеми единичными ее элементами SKy. Поэтому оценки математических ожиданий и дисперсий случайных величин, определяющих загрузки ветвей сети S можно свести в две матрицы - SKM и SKD:

SKM = к, I = ТЖь skmk)l = Zj€Tl tdmxj, (12)

ю

SKD = {skdkil}, k,l = l, Nk, skdkit = Syer, tdm2J, (13)

Необходимо отметить, что значения элементов матриц SKM и SKD в общем случае будут различными. Это определяется топологией сети и степенью разброса случайных величин trmmy. Однако, для дальнейшего анализа уровня деградации сети S удобно использовать матрицу значений загрузок сети, наступающих с определенной вероятностью - SKV. Элементы этой матрицы легко определяются по значениям матриц SKM, SKD и известных табличных значений функции нормального распределения.

Реальные допустимые (разрешенные) уровни загрузки различных участков сети S можно задать в виде квадратичной матрицы SKR размером [Nk,NJ. Тогда участки деградации сети S будут определяться отрицательными элементами новой матрицы SKG размерностью, как и матрицы SKR и SKV получаемыми путем поэлементного вычитания матрицы SKV из матрицы SKD:

SKG = {.skgkil}, к, I = ТЖ, skgk>l = skrkil - skvkib (14) Таким образом, предложена схема оценки степени деградации различных участков сети S, включающая следующие этапы: задания сети S виде картежа (1);

процедуры оценивания исходных данных в виде матрицы трафиков попарного взаимообмена терминалов сети - TR, носящих случайный характер;

определения разрешенных (паспортных) уровней пропускной способности различных участков сети S в виде матрицы SKR;

определения на основе исходных данных наиболее вероятных уровней реальной загрузки различных участков сети S в виде матрицы SKV;

определения деградированных участков сети Sno отрицательным значениям элементов матрицы SKG, образованной поэлементными разницами матриц SKR и SKV.

В работе также рассмотрен вопрос о возможности управления приоритетностью транспортировки и выполнения запросов пользователей в интересах оптимизации ВВХ для трафика КИВС. Данный вопрос в работе решался на принципах аналитического моделирования.

Результаты моделирования показывают, что использование приоритетной обработки при заданных условиях приводит к значительному снижение времени ожидания для более приоритетного потока (около 18раз) и незначительному повышению времени ожидания (на 8%) для неприоритетного потока по отношению к модели бесприоритетной обработки. При этом среднее взвешенное время ожидания на оба потока снижается более чем на 21%. При заданных условиях по всем показателям моделирования предпочтительнее использование варианта организации с относительным приоритетом обработки информации.

Вербальная постановка включает следующие положения.

Объединение компьютеров в организациях часто происходит в соответствии с развитием организационно-штатной структуры предприятия без учета оптимальности функционирования КИВС. Негативные факторы проявляются в виде серьезных нарушений функционирования сети, связанных с перегрузкой отдельных ее участков, что требуют проведение восстановительных работ по модернизации и совершенствованию структуры КИВС.

Условиями решения такой задачи являются следующие ограничения:

сложившийся трафик взаимообмена между всеми терминалами (компьютерами) КИВС;

стоимость коммутационного оборудования;

стоимость работ по модернизации структуры КИВС с целью исключения перегруженных участков.

Таким образом, периодической существенной и высокозатратной задачей, сопровождающей развитие КИВС любой организации является

задача оптимизации коммутируемых соединений пользователей КИВС, сводящейся к следующему:

обеспечение такой структуры КИВС, включающей наряду с самими компьютерами-терминалами пользователей еще и каналы связи, а также коммуникационное оборудование, которая обеспечивает на каждом участке сети нагрузку по передаваемой информации взаимообмена между терминалами не более допустимого технического уровня при ограничениях на непревышение заданной стоимости новых коммутационных устройств и стоимости соответствующих работ на проведение перекоммутированию терминалов.

Формальная постановка решаемой в работе задачи предлагается в следующем виде.

Обозначим трафик между парой компьютеров КИВС через Ру, где у=1,N - номера компьютеров, между которыми устанавливается соединение;

- общее количество компьютеров (терминалов), объединенных в

КИВС.

Обозначим нагрузки на участках сети через 1Л, где к=1,Ыц - номер участка сети, Тч1и - общее количество отдельных участков сети. Необходимо отметить, что введенные обозначения должны точно соответствовать структуре КИВС предприятия.

Исходя из очевидных соображений с учетом использования типового соединения терминалов КИВС «звездой» можно определить трафик каждого участка сети. Для этого введем единичный показатель включения каждого участка сети в соединение между конкретными терминалами КИВС:

(15)

где к - номер участка сети; У - номера терминалов КИВС.

Значения показателя Ук{_1,]) определяются следующим образом:

1 - если соединение между терминалами 1 и j включает участок к;

О — в обратном случае.

Трафик каждого участка сети может быть определен следующим образом:

иц = 2щ(и')*Ри (16)

Согласно введенным обозначениям можно определить суммарную загрузку сети - и, включающую трафики всех участков:

и = 1^14 07)

Значение и показывает общий объем передаваемой информации по сети КИВС и не может отразить факта перегрузки какого-то отдельного участка сети.

Перегрузка какого-то участка сети полностью идентифицируется соотношением загрузки этого участка и допустимой пропускной способностью физических каналов КИВС -Л. Очевидно, что показатель загруженности такого участка будет максимальным в составе значения и.

Целью дальнейших работ по совершенствованию структуры КИВС в случае обнаружения перегруженного участка будет его разгрузка. В результате могут появиться дополнительные участки и дополнительные коммутационные устройства в составе КИВС. При этом характер данных работ при достаточно развитой структуре КИВС может быть не столь очевидным, поскольку потребуется проведение специальных расчетов по выявлению перегруженного участка, мерам по устранению данного «узкого места». Очевидно, что решение не может быть единственным, и соответствующие работы будут связаны с затратами двух видов: на приобретение новых коммутационных устройств; на проведение работ по перекоммутированию терминалов.

Если первый вид затрат - сумма стоимостей коммутаторов хотя и может быть значительной, но достаточна прозрачна, то затраты по перекоммутированию терминалов не столь очевидны и требуют дополнительного прояснения.

Исходя из практики можно провести следующую классификацию затратам по работам по перекоммутированию:

простое перекоммутирование (добавление коммутатора с разделением или перераспределением терминалов в одном помещении);

локальное перекоммутирование (добавление коммутатора с перераспределением терминалов в нескольких помещениях одного этажа);

территориальное перекоммутирование (добавление коммутатора с перераспределением терминалов в нескольких помещениях на нескольких этажах).

Очевидно указанные виды работ по перекоммутированию задают три различных уровня затрат по стоимости работ, которые определяют соответствующие ограничения, учитываемые при выборе варианта совершенствования КИВС.

Введем следующие обозначения: набор новых коммутаторов - вектор N№1:

ЫЫК = \пк11пк2,-.пкыпк\ , 08)

где N„1 - общее количество новых коммутаторов, требуемых для модернизации КИВС с целью устранения перегруженных участков сети; стоимость новых коммутаторов - вектор 5к:

Бк =\5к(пк1),5(пк2),..,8(пкЫпк)\ (19)

Стоимости работ по введению в действие новых коммутаторов зависят от вида данных работ в соответствии с предложенной выше классификацией. Если обозначить через 8Г(1 вид требуемых работ по объединению одним коммутатором терминалов / и то справедливо следующее определение значений 8Г(Ц)

!5р - стоимость простой коммутации;

Б1 - стоимость локальной коммутации;

Б11 - стоимость территориальной коммутации.

Очевидно, что исходя из текущего расположения терминалов КИВС значения матрицы 5Г = Н^О'.у')!! известны заранее и могут быть использованы в качестве исходных данных при решении задачи выбора варианта совершенствования КИВС.

Продолжая обсуждение реализации нового варианта структуры КИВС -8та(1+1) необходимо отметить, что новое значение и изменится. Однако будет обеспечено снижение максимального значения загруженности участков в составе и.

В соответствии с введенными выше обозначениями формальная постановка задачи данной работы следующая:

требуется определить новую структуру КИВС - 8те0+1), для которой значение участка с максимальной загруженностью менее заданного уровня:

тах (ик(5"77?0 + 1))) < Л (20) при ограничениях по стоимости новых коммутаторов:

(21)

и работ:

= 1иеКРЦ+1) < ^ (22)

где 8кдоп _ 8'дОП - допустимые уровни стоимости новых коммутаторов и работ по перекоммутированию терминалов новой структуры КИВС;

КР0+1) - множество номеров терминалов, подлежащих перекоммутированию для получения новой структуры КИВС.

Третья глава посвящена описанию программно-алгоритмического базиса решения задачи совершенствования КИВС. При этом исследуются следующие вопросы: обоснование состава программно-алгоритмического базиса решения задачи совершенствования КИВС, разрабатываются соглашения о графическом представлении КИВС и алгоритм выбора рациональной схемы коммутации терминалов КИВС с использованием моделирующей среды, а также приводится перечень программных процедур по совершенствованию КИВС.

Соглашение о графическом представлении КИВС определяет возможности по отражению различных специфических параметров существующих КИВС и призвано служить обеспечению однозначности понимания при описании нижеследующих процедур и алгоритмов. Представлены конкретные формализованные представления различных топологических элементов сети, необходимые для обеспечения однозначности приводимых в дальнейшем процедур решения задачи.

Алгоритм выбора рациональной схемы коммутации терминалов КИВС с использованием моделирующей среды включает основное решения по реализации поставленной в работе задачи - совершенствовании КИВС при достижении ею в период неуправляемого развития критичных значений по пропускной способности на отдельных участках сети.

Задача выбора новой структуры КИВС, сформулированная в предыдущем параграфе носит специфический характер, не имеет аналитического решения. Поэтому данное решение будет определяться в настоящей работе путем проведения имитационного моделирования по поиску и исследованию всевозможных вариантов новой структуры КИВС. При этом важнейшим вопросом является определение алгоритма целенаправленного перебора таких вариантов.

Для разработки такого алгоритма целесообразно провести анализ следующих вопросов:

определение точки разрыва сети;

определение порядка обследования терминалов с целью их перекоммутирования;

определение критерия завершенности выбора нового варианта структуры КИВС.

Результат проведенного анализа указанных вопросов следующий. Точкой разрыва сети будем называть участок КИВС с максимальной критической загрузкой, требующей решение задачи выбора новой структуры. Очевидно, что для разрешения вопроса о снижении загрузки участка сети,

необходимо этот участок видоизменить так, чтобы исключить его перегрузку. Очевидно также, что в результате такого видоизменения количество участков КИВС может измениться, скорее в большую сторону, хотя возможно и уменьшение количества участков КИВС в случае, когда задача решается впервые после долгого времени бесконтрольного наращивания сети. В любом случае анализ возможных новых вариантов структуры сети целесообразно начинать с изменения перегруженного участка.

Порядок обследования терминалов с целью их перекоммутирования должен соответствовать следующим принципам:

выведение трафиков из перегруженного участка сети необходимо начинать с терминалов, дающих максимальный включенный в участок трафик обмена;

выведенные терминалы необходимо объединять новым коммутатором;

порядок обследования терминалов с целью выведения из перегруженного участка необходимо строить в соответствии с порядок уменьшения трафика обмена.

Критерием завершенности выбора нового варианта структуры КИВС, как было указано выше, является условие выполнения задачи (21,22). В работе приводится подробное описание разработанного алгоритма.

Практическая реализация вышеуказанного алгоритма потребовала создания специализированной программных системы реструктуризации КИВС (СПСР КИВС) по решению соответствующей поставленной в работе задачи при сформулированных ограничениях. Ниже представлено описание структуры указанной программной системы.

Описание структуры программной системы.

Разработанная СПСР КИВС характеризуется следующими показателями:

заложенный принцип моделирования - математическое комбинаторное моделирование с интерпретацией реальных данных трафика;

программная среда реализации - язык Delphi;

основные эксплуатационные характеристики реализованной программной среды:

время реализации модели - до 25-30 мин при объеме выборки - 10000 (количестве терминалов КИВС до 50);

требуемые характеристики технической и программной структур -современная вычислительная машина с тактовой частотой не ниже 1 ГГц и ОС Windows не ниже ХР; объем программного кода СПСР КИВС (файл ехе) составляет порядка 150 мБ.

В четвертой главе приводится оценка эффективности использования разработанного программно-методического аппарата по совершенствованию КИВС. Данная оценка проводится в отношении конкретных КИВС, структура которых была исследована и модернизирована с помощью разработанного программно-методического аппарата, конкретных организаций, вычислительная инфраструктура которых носит достаточно сложный и распределенный характер: ГОУ СПО ССПК, ЗАО «ТМ-Сервис», ЗАО «ЭнергонефтьАвтоматика», ООО «ГЕОС». Указанные организации имеют направленности деятельности, соответствующие специфике Поволжского федерального округа: педагогическая деятельность, геологоразведка, энергетика.

Оценка эффективности разработанного аппарата проведена на основе анализа средних интенсивностей перегруженных участков КИВС до и после реструктуризации. Анализ средних интенсивностей перегруженных участков КИВС показал следующее.

Поскольку целью совершенствования КИВС является снижение максимальной участковой загруженности КИВС, то целевая эффективность совершенствования КИВС - 5э должна определяться как отношение максимальной участковой загрузки КИВС, наблюдаемой после внесения изменений в структуры КИВС - Ц+ к максимальной участковой загрузке КИВС, предшествовавшей данному изменению - ц-:

5е = ц+/ ц- (23)

Показатель 5е показывает насколько эффективно проведено совершенствование К ИВ С с точки зрения дальнейшего потенциала наращивания, т.е. возможности увеличения количества узлов соответствующего графа КИВС до наступления состояния «насыщения» одного из его участков. Необходимо заметить, что частные показатели Ц+ и ц- отражают свойство максимальной участковой загрузки различных графов КИВС. Однако, сравнение двух состояний одной КИВС - до и после совершенствования - вполне корректно, поскольку в части состава терминалов исследуемая КИВС не претерпевает никаких изменений.

Проведенные эксперименты характеризуются значениями показателя бе согласно Таблице 1 и иллюстрируются графиками, представленными на рис. 1 и 2, где цифрами по оси абсцисс обозначены исследуемые фирмы.

Таблица 1

Достигнутые значения целевой эффективности

Средняя интенсивность перегруженных участков КИВС "до", Мб/с 92,0 87,8 109,5 95,4

Средняя интенсивность перегруженных участков КИВС "после", Мб/с 87,0 85,2 77,5 89,2

Снижение перегрузки 94,6% 97,0% 70,8% 93,5%

При анализе достигнутых значений показателя целевой эффективности

необходимо учесть следующее обстоятельство. В том случае, когда

совершенствованию подвергается КИВС, включающая незначительное

количество терминалов, либо терминальные задачи не отличаются высокой

связностью, применение аппарата может характеризоваться очень высоким

значением целевой эффективности. Это связано с тем, что наличие

перегруженного участка КИВС носит исключительный характер, поэтому

20

соответствующее совершенствование структуры КИВС сразу приводит к значительному снижению максимальной загруженности участков КИВС. Если же КИВС достаточно развита и включает большое количество сильно связанных терминалов, для достижение такого же относительного снижения максимальной загруженности требуется поведение совершенствования в несколько этапов.

—♦—Интенсивность трафика "до" «в— Интенсивность трафика "после"

Рис. 1. Иллюстрация количественных показателей применения СПСР

КИВС

Рис.2. Иллюстрация достигнутых значений показателя эффективности применения разработанного программно-методического аппарата совершенствования КИВС

С учетом изложенных обстоятельств анализ результатов совершенствования фирменных КИВС по показателю целевой эффективности показывает достаточно высокий уровень достигаемого эффекта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате выполнения работы решена актуальная научная и практическая задача, имеющая большое значение для повышения эффективности корпоративных информационно-вычислительных сетей на основе оптимизации в ней трафика за счет выравнивания нагрузки.

2. Установлены связи между эффективностью функционирования сети и особенностью ее топологии, использование которых обеспечивает рациональное изменение конфигурации сети с целью балансировки трафика.

3. На основе установленных связей предложены методы процессов реструктуризации топологии сети.

4. На основе предложенных методов реструктуризации топологии сети разработаны математическая модель и программное обеспечение, позволяющее имитировать процесс функционирования сети.

5. Подтверждена адекватность разработанной модели и ее программного обеспечения путем сравнения статистического материала, собранного в процессе эксплуатации реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в разработанной программно-аналитической среде.

6. Результаты исследования рекомендуется использовать при решении задач модернизации корпоративных информационно-вычислительных с целью повышения их эффективности.

7. Эффективность использования разработанной автором программно-аналитической среды по совершенствованию корпоративных информационно-вычислительных сетей подтверждена ее использованием в следующих организациях: ГОУ СПО ССПК, ЗАО «ТМ-Сервис», ЗАО «ЭнергонефтьАвтоматика», ООО «ГЕОС».

8. Результаты исследования использованы в учебном процессе по направлению подготовки магистров «Информатика и вычислительная техника»

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кузнецов Е.М. Исследование некоторых свойств функционирования телекоммуникационных систем и компьютерных сетей, на примере использования комплекса технологий // Материалы XVI российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. - Самара, 2009. - С. 8-11.

2. Кузнецов Е.М. Разработка и анализ критерия реструктуризации локальных вычислительных сетей // Материалы VIII международной научно-технической конференции «Информационно-технические технологии и их приложения» - Пенза 2009. - С. 93-97.

3. Кузнецов Е.М. Анализ производительности локальной вычислительной сети для выбора её оптимальной схемы // Материалы XII международной научно-технической конференции «Информационно-технические технологии и их приложения» - Пенза 2010. - С. 110-113.

4. Кузнецов Е.М. Оптимальная схема компьютерной сети II Материалы V международной научной конференции Наука. Творчество - Самара-Москва : изд-во международного социально-экологического союза 2009. -Т. 1., С. 68-79.

5. Кузнецов Е.М. Выбор оптимальной схемы компьютерной сети по сбалансированности нагрузок и стоимости оборудования // Материалы V международной научной конференции Наука. Творчество - Самара-Москва : изд-во международного социально-экологического союза 2009. -Т2., С. 70-78.

6. Климатов В .П., Кузнецов Е.М. Способы совершенствования структуры КИВС на основе математического моделирования // Труды XIX международной научно-технической конференции Информационные средства и технологии - Москва 2011 - Т. 3., С. 63-68.

7. Кузнецов Е.М. Критерий оптимальности компьютерной сети по сбалансированности нагрузки. // Молодой учёный - Чита. 2009 - № 4 -С.11-17.

8. Кузнецов Е.М. Формирование критерия выбора оптимальной схемы локальной вычислительной сети по сбалансированности нагрузок и стоимости оборудования. //Естественные и технические науки - Москва 2009-№ 2-С.379-387.

9. Кузнецов Е.М. Критерий оптимальности локальной вычислительной сети по сбалансированности нагрузки. / Исследования критериев оптимальности компьютерных сетей //Сборник научных трудов -Самара: изд-во ЦПО, 2009 - 48 с.

10. Кузнецов Е.М. Критерий оптимальности локальной вычислительной сети по сбалансированности нагрузок и стоимости оборудования. / Исследования критериев оптимальности компьютерных сетей //Сборник научных трудов - Самара: изд-во ЦПО, 2009 - 48 с.

11. Кузнецов Е.М. Применение нового критерия оптимальности локальной вычислительной сети по сбалансированности нагрузок и стоимости оборудования при реструктуризации локальной вычислительной сети ГОУ СПО ССПК. / Исследования критериев оптимальности компьютерных сетей //Сборник научных трудов - Самара: изд-во ЦПО, 2009-48 с.

12. Кузнецов Е. М. Проблемы внедрения информационных технологий в деятельность образовательного учреждения /Продуктивное образование: проблемы и перспективы // Сборник статей - Самара: изд-во ЦПО, 2008.-с. 12-16.

13. Хренов Л.В., Кузнецов Е.М., Тураева О.В. Теория и практика создания проектов по новым информационным технологиям - Самара: СОЦДЮТТ, 2002 63 с.

14. Хренов Л.В., Кузнецов Е.М., Тураева О.В. Модель из компьютера-Самара: СОЦДЮТТ, 2003 151 с.

15. Кузнецов Е.М. Методы оценки степени деградации структуры корпоративной информационно-вычислительной сети // Вестник Самарского муниципального института управления: теоретический и

научно-методический журнал. Самара: Изд-во «Самарский муниципальный институт управления», 2011. №3 (18). С.153-159.

16. Климатов В. П., Кузнецов Е.М. Методы повышения эффективности корпоративной информационно-вычислительной сети на основе использования фиксированных приоритетов обработки //Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «СТАНКИН», №4, том 1 (16), 2011. С. 66-70.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кузнецов Евгений Михайлович

Реструктуризация корпоративной информационно-вычислительной сети с целью выравнивания в ней нагрузки

Подписано в печать 29.11.2011. Формат 60x90 1/16. Бумага 80 г. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 218.

Отпечатано в Издательском центре

ФГБОУ ВПО Московский государственный технологический университет «Станкин» 127055, Москва, Вадковский пер., За Тел.: 8(499) 973-31-93

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН») Кафедра «Информационные системы»

УДК 004.722 (Топология сети)

61 12-5/1189

на правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Евгений Михайлович

РЕСТРУКТУРИЗАЦИЯ КОРПОРАТИВНОМ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ С ЦЕЛЬЮ ВЫРАВНИВАНИЯ

В НЕЙ НАГРУЗКИ

Специальность

05.13.01. Системный анализ, управление обработка информации (технические системы)

и

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор Климанов Вячеслав Петрович

Москва 2011

Оглавление

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

Глава 1. Анализ моделей локальных вычислительных сетей.............................................................10

1.1 Исследование топологий корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС) .............................................................................................................................................................................................10

1.2. Управление производительностью КИВС...............................................................................................15

1.2.1. Балансировка нагрузки сети применительно к серверным кластерам................................20

1.2.2. Увеличение производительности сетевого канала до сервера............................................... 25

1.3. Анализ методов исследования КИВС........................................................................................................30

1.3.1. Элементы формализации описания и методы анализа ЛВС...................................................33

1.3.2. Основы анализа и оптимизации архитектуры ЛВС....................................................................40

1.4. Методологическая схема исследования...................................................................................................43

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................................................................45

Глава 2. Методический подход к совершенствованию структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей, постановка задачи на исследование.........................46

2.1. Особенности и практические способы решения задачи совершенствования структуры КИВС................................................................................................................................................................................46

2.2. Способы совершенствование структуры КИВС на основе принципа моделирования........54

2.3. Постановка задачи исследования................................................................................................................62

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................................................................70

Глава 3. Программно-алгоритмический базис решения задачи совершенствования КИВС

..................................................................................................................................................................................................72

3.1. Обоснование состава программно-алгоритмического базиса решения задачи совершенствования КИВС......................................................................................................................................72

3.2. Соглашения о графическом представлении КИВС.............................................................................73

3.3. Алгоритм выбора рациональной схемы коммутации терминалов КИВС с использованием моделирующей среды...............................................................................................................................................77

3.4. Перечень программных процедур по совершенствованию КИВС.........................................79

3.4.1. Процедура формирования вариантов распределения узлов по уровням...........................79

3.4.2. Процедура формирования схем межуровневых соединений..................................................80

3.4.3. Процедура добавления схем межуровневых соединений........................................................81

3.4.4. Процедура формирования вариантов расположения номеров оконечных точек на схеме............................................................................................................................................................................83

3.4.5. Процедура формирования вариантов схем сети...........................................................................83

3.4.6. Другие процедуры и функции программы......................................................................................88

ВЫВОДЫ...........................................................................................................................................................................92

Глава 4. Результаты реструктуризации КИВС реальных предприятий с использование разработанной специализированной программной системы...............................................................93

4.1. Оптимизация сети по загруженности........................................................................................................93

4.2. Реструктуризация локальной вычислительной сети ЗАО «ТМ - Сервис»..............................106

4.3. Оценка эффективности программно-методического аппарата совершенствования КИВС ...........................................................................................................................................................................................111

ВЫВОДЫ.........................................................................................................................................................................115

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................................................116

ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................................................................................118

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.......................................................................................................................................................129

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.......................................................................................................................................................134

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.......................................................................................................................................................138

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.......................................................................................................................................................142

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня большие и малые производственные предприятия фактически не могут обходиться без создания сетей передачи данных. Весь документооборот в любой организации ведётся при помощи компьютера. Огромные стеллажи с папками документации заменены цифровыми копиями документов, пересылка которых осуществляется по сетям передачи данных. Компьютеры объединяются в локальные вычислительные сети (ЛВС), корпоративные информационно-вычислительные сети (КИВС) и чаще всего имеют выход также в глобальную сеть Интернета.

Зачастую при достаточной географической удалённости подразделений предприятия от головного офиса и друг от друга удобнее и намного быстрее передавать отсканированные копии документации, чем пересылать их курьером или по почте, что занимает значительное количество времени.

Объёмы документооборота год от года увеличивается. Филиалы предприятий связаны одной вычислительной сетью с общей бухгалтерией. При расчётах по сети передаётся огромное количество информации. Пропускной способности сети часто становится мало, происходят задержки. В корпоративных информационно-вычислительных сетях (КИВС) применяется обычно клиент-серверная архитектура, при которой повышение производительности достигается с помощью увеличения пропускной способности сетевого канала до сервера.

В децентрализованных или пиринговых сетях производительность можно улучшить за счёт оптимальной структуры подключения элементов сети.

Проектирование сети передачи данных является тем более сложной задачей, чем большее число компьютеров необходимо включить в сеть. Кроме того, при проектировании необходимо учитывать объём данных, передаваемых от одного узла к другому, физическое размещение оконечных точек; немаловажен также экономический фактор.

Сегодня очень часто сети проектируются интуитивно, что не всегда целесообразно ни с точки зрения оптимальности, ни с экономической точки зрения.

Поэтому обозначилась необходимость формирования критериев эффективности функционирования вычислительной сети (ВС) и определения наиболее перспективных физических и логических топологий [1-15]. Соответственно, задача формирования критериев оценки оптимальности ЛВС, анализа архитектуры ЛВС и оптимизации ее трафика с учётом использования сформированных критериев, когда для прогнозирования качества обслуживания в сети требуется развитие программного инструментария, является актуальной.

Актуальность данной задачи определяется высокой значимостью корпоративных компьютерных сетей и, соответственно, необходимостью анализа архитектуры ЛВС с учётом использования методов оптимизации трафика, когда для анализа присутствующих в ЛВС процессов требуется их имитационное моделирование. При этом её решение может состоять в разработке научно обоснованной методики адаптивной эффективной реструктуризации КИВС на основе штатных оперативных способов исследования сетевого трафика как эквивалентных топологических изоморфных соответствий структур КИВС и организационно-штатной структуры предприятия.

В основе исследований лежит научно-техническая гипотеза о возможности повышение эффективности функционирования ЛВС на основе использования результатов анализа трафика и его оптимизации. Возможность повышения эффективности обусловлена, в том числе, знанием свойств и характеристик сети в различных режимах ее работы за счет предварительного моделирования таких режимов.

Целью работы является повышение эффективности функционирования корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС) за счет

реструктуризации топологии и оптимизации трафика на основе использования результатов проведенных модельных экспериментов.

Объектом исследования является корпоративная информационно-вычислительная сеть (КИВС).

Предметом исследований являются показатели эффективности КИВС в части зависимости качества обслуживания от объема и состава сетевой аппаратуры при заданных ограничениях стоимости.

Поставленная цель определяет задачи исследования:

1. Анализ типовых структур КИВС, типового состава трафика, с целью выявление основных аспектов оптимизации архитектуры сети.

2. Разработка критерия оценки эффективности КИВС.

3. Обоснование структуры и состава математической модели анализа топологии сети.

4. Разработка математических моделей и инструментальных (программных) средств моделирования режимов КИВС.

5. Проведение модельных экспериментов с целью достижения сбалансированности нагрузок в сети.

6. Разработка рекомендаций по использованию разработанного критерия - степени сбалансированности нагрузок сети для повышения эффективности проектирования КИВС.

Теоретические и методологические основы исследований определяются проблемной областью решаемых задач и включают в себя теорию массового обслуживания, теорию вероятностей, включая параметрические модели и непараметрические статистики, системный анализ.

Основные результаты работы: 1. Проведен анализ типовых структур КИВС, состава трафика, аспектов

оптимизации архитектуры сети.

2. Разработан метод оценки оптимальности топологии КИВС, использующий критерий степень сбалансированности нагрузок участков сети.

3. Обоснованы структура и состав имитационной модели анализа топологии сети.

4. Разработаны математические модели и инструментальные (программные) средства моделирования режимов КИВС.

5. Синтезирован алгоритм решения задачи и обеспечена его реализация.

6. Проведен анализ сбалансированности нагрузок в сети на основе численных расчетов.

7. Разработаны рекомендации по использованию разработанного критерия для повышения эффективности проектирования КИВС.

8. Оценка эффективности использования разработанного автором программно-методического аппарата по совершенствованию КИВС подтверждена ее использованием в следующих организациях:

ГОУ СПО ССПК; ЗАО «ТМ-Сервис»; ЗАО «ЭнергонефтьАвтоматика»; ООО «ГЕОС». Научная новизна работы

1. Разработан метод оценки эффективности сети и предложен критерий - степень сбалансированности нагрузок участков сети.

2. Установлены связи между эффективностью функционирования сети и особенность ее топологии, использование которых обеспечивает рациональное изменении конфигурации сети с целью балансировки трафика.

3. На основе установленных связей предложены алгоритмы процессов реструктуризации топологии сети.

4. На основе предложенных алгоритмов реструктуризации топологии сети разработаны:

• математическая модель в виде модели сети массового обслуживания и выработан критерий оптимальности топологии сети;

• программное обеспечение, позволяющее моделировать процесс функционирования сети.

5. Подтверждена адекватность разработанной модели и лежащего в ее основе алгоритма, путем сравнения статистического материала, собранного в процессе эксплуатации реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в разработанной программной среде.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработка метода оценки оптимальности топологии сети, использующего степень сбалансированности нагрузок участков сети.

2. Разработка математической модели, алгоритма и программы для реализации поиска оптимального трафика сети.

3. Результаты моделирования и реструктуризации корпоративных вычислительных сетей четырех фирм, включая ГОУ СПО ССПК, и рекомендации по прогнозу эффективности разработанного метода.

Практическая значимость работы.

Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в том, что разработанная модель позволяет проводить анализ КИВС и ее основных параметров, в т.ч., на стадии проектирования.

Работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и приложения.

Реализация результатов работы Результаты работы были использованы:

• при оценке степени деградации и последующей реструктуризации вычислительной сети ГОУ СПО ССПК;

• при оценке производительности и последующей реструктуризации КИВС ЗАО «ТМ-Сервис»;

• при совершенствовании сетевых возможностей КИВС ЗАО «ЭнергонефтьАвтоматика»;

• при оценке производительности и последующей реструктуризации КИВС ООО «ГЕОС».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работ и полученные автором результаты докладывались на XVI российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов, VIII международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения», X международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложении, V международной научной конференции «Наука. Творчество».

Глава 1. Анализ моделей локальных вычислительных сетей

1.1 Исследование топологий корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС)

В настоящее время компьютерные сети стали едва ли не одной из важнейших сторон деятельности организаций самой различной направленности. Изучением и разработкой теории компьютерных сетей в настоящее время занимаются очень многие отечественные и зарубежные авторы. Назовём некоторых из них. Это Абросимов Л.И., Биячуев Т.А., Вознюк А.Н., Вишневский В.М., Гайворонская Г.С., Галкин В.А., Глушаков C.B., Гольдштейн B.C., Григорьев Ю.А., Дамьяновски В., Джеймс Нафтел, Джеймс Ф. Куроуз, Ким Уильяме, Кит В. Росс, Козачук A.B., Колисниченко Д.Н., Кришнамурти Б., Кутузов О.И., Лебланк Дэвид, Морзе Н.В., Олифер В.Г., Олифер H.A., Осовецкий Л.Г., Пинчук A.B., Питер В. Аллен, Платонов В.В., Рексфорд Дж., Романов А.Н., Скотт Маклин, Сурядный A.C., Суховицкий А.Л., Татарникова Т.М., Тим О'Рейлли, Ухань П.С., Хафкемейер X., Ховард Майкл, Холмогоров В., Шон Уолтон, Эмитрович А.И., Яценков B.C. и многие другие.

Работа компьютерной сети складывается из выполнения ею набора тех самых услуг, для которых она предназначена. В список этих услуг включены такие действия как предоставление доступа к файловым архивам или страницам публичных Web-сайтов Internet, обмен электронной почтой в пределах предприятия или в глобальных масштабах, интерактивный обмен голосовыми сообщениями IP-телефонии и т.п. [16,17].

Корпоративная сеть - сеть смешанной топологии, в которую входят несколько локальных вычислительных сетей (ЛВС). Такая сеть объединяет филиалы корпорации и является собственностью предприятия. При этом ЛВС, входящие в корпоративную сеть могут существенно различаться по размеру и содержать, например, всего один компьютер или десятки или сотни компьютеров [18,19]. Другими словами корпоративная

информационно-вычислительная сеть (КИВС) чаще всего содержит в своей структуре существенную неоднородность. Это означает, что при анализе функционирования КИВС входящие в нее локальные сети должны рассматриваться как открытые системы, имеющие внешний трафик, относящийся как к связи с другими ЛВС, входящими в КИВС, так и к связи с иными сетями, например с «Интернет» [20,21,22].

При выходе за пределы локальной сети, что характерно для КИВС, развитие информационных технологий - связано, прежде всего, с развитием сети «Интернет». Наряду с этой сетью развиваются сети и другого вида (навигационные, военные, и т.п.), и, прежде всего именно корпоративные информационно-вычислительные сети.

Анализ трафика в корпоративных сетях и его оптимизация требуют знания особенностей топологии ЛВС, входящих в КИВС, и учета основных результатов и методов теории систем массового обслуживания [23-31].

Оптимальность работы компьютерных сетей обеспечивается требованиями