автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление и структурно-технологическая оптимизация создания информационно-вычислительных сетей в образовательных комплексах

Санкт-Петербургский Государственный университет водных коммуникаций

на правах рукописи

МОНАХОВ Александр Евгеньевич

УПРАВЛЕНИЕ И СТРУКТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

ОПТИМИЗАЦИЯ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСАХ

Специальность: 05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций.

Научный руководитель:

• доктор технических наук Нырков Анатолий Павлович

Официальные оппоненты:

• доктор технических наук, профессор Кутузов Олег Иванович,

• кандидат технических наук Пастущак Татьяна Николаевна

Ведущая организация: Российский государственный

гидрометеорологический университет

Защита диссертации состоится 27 апреля 2005 г. в 14 часов в ауд. 455 на заседании диссертационного совета Д223.009.03 в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 25 марта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д223.009.03 доктор технических наук, профессор

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современная тенденция информатизации направлена на консолидацию вычислительных процессов и управления, что означает консолидацию географически распределенных серверов в пределах централизованного центра данных — одного или более — и консолидацию баз данных и/или устройств хранения, с целью сделать данные более доступными и управляемыми. Выгоды от консолидации складываются из снижения общей стоимости владения, повышения уровня обслуживания и уровня готовности, а также уменьшения бизнес-рисков — последнее достигается посредством согласованного бизнес-управления и гибкости.

Как любой процесс объединения, централизация может оказаться весьма сложной задачей, затраты, риски и преимущества которой должны быть тщательно взвешены. Централизация не является универсальным решением для любого приложения: если серверы будут удалены от местоположения пользователей, требования к сети и время отклика приложения могут существенно возрасти. При таком подходе значительно повышаются требования к развитию средств связи, протоколов передачи данных, распределенного доступа к сетевым ресурсам. В результате связь между сетями становится определяющей фазой в развитии систем обработки информации.

Резкое изменение технологии автоматизированной обработки корпоративной информации связано и с беспрецедентным ростом популярности Internet и Internet-технологий, что для корпоративных пользователей во многом обусловлено платформонезависимыми стандартами.

Недорогой и доступный практически всем предприятиям транспорт Internet (а через телефонные сети — и одиночным пользователям)

существенно облегчил задачу построения территориально распределенной корпоративной сети.

Популярность Internet оказывает на корпоративные сети не только техническое и технологическое влияние. Постепенно становясь общемировой сетью интерактивного взаимодействия людей, Internet начинает все больше и больше использоваться не только для распространения информации, в том числе и рекламной, но и для осуществления различных операций — покупки товаров и услуг, перемещения финансовых активов, образования и т. п. Сюда следует отнести и обмен информацией с предприятиями-соисполнителями или партнерами по бизнесу.

Постоянно появляются и другие технические, технологические и организационные нововведения, которые необходимо применять в корпоративной сети для поддержания ее в состоянии, соответствующем требованиям времени. Как правило, срок морального старения продуктов и решений в области информационных технологий составляет 3-5 лет. Следовательно, существует необходимость постоянно следить за основными тенденциями развития сетевых и информационных технологий и вносить в сеть (программы, сервисы, аппаратуру) соответствующие изменения. Речь идет о стратегическом планировании развития корпоративной сети, и постоянной его корректировке.

Требования, предъявляемые к корпоративным сетям, определяют объект планирования при построении сети. Объектами планирования современной корпоративной информационной системы являются не только локальная вычислительная сеть (ЛВС), но и средства взаимодействия всех составляющих корпоративной сети.

Стратегическое планирование сети состоит в нахождении компромисса между потребностями предприятия в автоматизированной обработке информации, его финансовыми возможностями и возможностями сетевых и информационных технологий сегодня и в ближайшем будущем.

В последнее время появился ряд работ, в которых теоретически обосновываются требования к топологиям и архитектуре информационных сетей, но однозначного обоснования поведения трафика в сети, а также его описания нет. Разработка некоторых математических подходов позволяет упростить проектирование сетей и в дальнейшем уберечь их от глобальных конструктивных ошибок.

Целью диссертационной работы является структуризация процедур управления и построения сетей в образовательных комплексах, разработка процессно-ориентированного моделирования сетей при разных нагрузках и алгоритмическое описание информационных маршрутов.

Исходя из поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:

• рассмотрение общих принципов управления и передачи информации в сетях, выбор протоколов передачи, определение критериев эффективности работы сетей;

• комбинированное и математическое моделирование процессов в информационных сетях с применением моделей теории массового обслуживания;

• обобщение алгоритмов доступа для коллективного использования ресурсов (объема памяти, времени центрального процессора для обработки запросов, пропускной способности сети, сам объем информации, который предоставляется пользователю);

• рассмотрение алгоритмов, описывающих основные методы, которые используются при проектировании сети;

• исследование методов моделирования и управления трафиком в сети с помощью моделей теории массового обслуживания.

Методы исследования. Методологической основой и общетеоретической базой исследования являются принципы построения вычислительных сетей, теория массового обслуживания, теория алгоритмов, теория программирования вычислительных процессов, теория построения

вычислительных структур, теория управления и теория выбора и принятия решений.

Научная новизна диссертационной работы состоит:

• В построении и исследовании области применения моделей теории массового обслуживания при проектировании вычислительных сетей, учитывающих специфику образовательных комплексов.

• В разработке и обосновании структурных и алгоритмических решений, реализующих данную концепцию на существующей аппаратной и управляющей базе.

• В предложении нового подхода для оптимизации разработки вычислительных сетей, основанного на выделении трех составляющих компонентов: пропускной способности, времени реакции сети, топологии.

• Предложено решение, которое позволило проводить параметрический синтез при разработке вычислительных сетей, что дало возможность приблизить модели к реальным процессам, происходящим в сети. Практическая ценность. Предлагаемый подход может быть применен

при промышленной разработке и проектировании информационных сетевых систем, комплексов автоматизации предприятий и организаций. Выигрыш при его применении упрощает проектирование и моделирование разных ситуаций в сетях, определение узких мест. При этом на основании полученных данных возможно подбирать соответствующее оборудование, имеющее разную спецификацию.

Разработанный комплекс структурных средств доведен до конкретных схемных решений. Рассматриваемая разработка обеспечивает математическую и конструктивную базу для последующего усовершенствования и развития ИВС, а также проведение исследований в этой перспективной области.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано семь печатных работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации дается развернутый анализ технологий и протоколов поддержания качества обслуживания, технологий передачи данных и коммутации в информационно-вычислительных сетях.

Для упорядочения описания принципов взаимодействия устройств и протоколов они рассматриваются на основе семиуровневой эталонной модель OSI (Open Systems Interconnection — взаимодействие открытых систем), предложенной международной организацией по стандартизации ISO {International Organization for Standardization) в качестве модели для архитектуры компьютерных протоколов и как основа для разработки стандартов.

На рис. 1 представлено сравнение уровней модели OS1 и стека протоколов TCP/IP.

Рис. 1. Сравнение архитектур OSI и TCP/IP.

Для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами/коммутаторами и маршрутизаторами лучшим способом является рассмотрение их работы в терминах модели 081. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели 081 показано на рис. 2.

Для возможности применения математических моделей теории массового обслуживания имеет смысл обращать особое внимание на физический, канальный, сетевой и транспортный уровни, потому что только на этих уровнях возможно влиять на трафик в сети.

Рис. 2. Соответствие функций коммуникационного оборудования модели 081.

Во второй главе определены критерии эффективности для оптимизации функционирования вычислительных сетей, проанализированы модели теории массового обслуживания, а также возможные схемы применения этих моделей для проектирования ИВС.

Можно предложить три различных трактовки задачи оптимизации:

1. Приведение сети в любое работоспособное состояние. Обычно эта задача решается первой и включает:

• поиск неисправных элементов сети — кабелей, разъемов, адаптеров, компьютеров;

• проверка совместимости оборудования и программного продукта;

• обеспечение прохождения сообщений между всеми узлами сети путем выбора корректных значений ключевых параметров программ и устройств — адресов сетей и узлов, используемых протоколов, типов кадров (Ethernet и т.п.).

2. Грубая настройка — выбор параметров, резко влияющих на характеристики (надежность, производительность) сети. Если сеть работоспособна, но обмен данными происходит очень медленно (время ожидания составляет десятки секунд или минуты) или же сеанс связи часто разрывается без видимых причин, то работоспособной такую сеть можно назвать только условно, и она нуждается в грубой настройке. На этом этапе необходимо найти ключевые причины существенных задержек прохождения пакетов в сети. Обычно причина серьезного замедления или неустойчивой работы сети кроется в одном, неверно работающем элементе или некорректно установленном параметре, но из-за большого их количества поиск может потребовать длительного наблюдения за работой сети и громоздкого перебора вариантов. Грубая настройка во многом похожа на приведение сети в работоспособное состояние. Здесь также обычно задается некоторое пороговое значение показателя эффективности и требуется найти такой вариант сети, у которого это значение было бы не хуже порогового.

3. Тонкая настройка параметров сети (собственно оптимизация). Если сеть работает удовлетворительно, то дальнейшее повышение ее производительности или надежности вряд ли можно достичь изменением только какого-либо одного параметра, как это было в случае полностью неработоспособной сети или же ее грубой настройки. При нормально работающей сети дальнейшее повышение ее качества обычно требует нахождения некоторого удачного сочетания значений большого количества параметров, поэтому этот процесс и получил название "тонкой настройки".

Все множество наиболее часто используемых критериев эффективности работы сети может быть разделено на две группы. Одна группа характеризует производительность работы сети, вторая — ее надежность.

Производительность сети измеряется с помощью показателей двух типов — временных, оценивающих задержку, вносимую сетью при выполнении обмена данными, и показателей пропускной способности, отражающих количество информации, переданной сетью в единицу времени. Эти два типа показателей являются взаимно обратными, и, зная один из них, можно вычислить другой.

Обычно в качестве временной характеристики производительности сети используется такой показатель, как время реакции. Термин "время реакции" может использоваться в очень широком смысле, поэтому в каждом конкретном случае необходимо уточнить, что под ним понимается.

В общем случае время реакции определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на этот запрос (рис. 3). Очевидно, что смысл и значение этого показателя зависят от типа сервиса, к которому обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от текущего состояния других элементов сети: загруженности сегментов, через которые проходит запрос, загруженности сервера и т. п.

Обработш млроса

Рис. 3. Время реакции

Вариантами этого критерия могут служить времена реакции, измеренные при различных, но фиксированных состояниях сети:

• Полностью ненагруженная сеть. Время реакции измеряется в условиях, когда к серверу обращается только клиент, то есть на сегменте сети, объединяющем сервер с клиентом, нет никакой другой активности, производительность которой измеряется. В других сегментах сети трафик может циркулировать, главное, чтобы его кадры не попадали в сегмент, в котором проводятся измерения. Так как ненагруженный сегмент в реальной сети — явление нехарактерное, то данный вариант показателя производительности имеет ограниченную применимость: его хорошие значения говорят только о том, что программное обеспечение и аппаратура данных двух узлов и сегмента обладают необходимой производительностью для работы в облегченных условиях. Для работы в реальных условиях, когда будет иметь место борьба за разделяемые ресурсы сегмента с другими узлами сети, производительность тестируемых элементов сети может оказаться недостаточной.

• Нагруженная сеть. Это более интересный случай проверки производительности для конкретного сервера и клиента. Однако при измерении критерия производительности в условиях, когда в сети работают и другие узлы и сервисы, возникают свои сложности: в сети может существовать слишком большое количество вариантов нагрузки, поэтому главное при определении критериев такого сорта — проведение измерений при некоторых типовых условиях работы сети. Так как трафик в сети носит пульсирующий характер, и характеристики трафика существенно изменяются в зависимости от времени дня и дня недели, то определение типовой нагрузки — сложная процедура, требующая длительных измерений на сети. Если сеть только проектируется, то определение типовой нагрузки еще больше усложняется.

При оценке производительности сети не по отношению к отдельным парам узлов, а ко всем узлам в целом используются критерии двух типов: средневзвешенные и пороговые.

Средневзвешенный критерий представляет собой сумму времен реакции всех или некоторых узлов при взаимодействии со всеми или некоторыми серверами сети по определенному сервису, то есть сумму вида

(1.1/,И»*«).

где Ту — время реакции 1-го клиента при обращении к /-му серверу;

п — число клиентов; т — число серверов.

Если усреднение производится и по сервисам, то в приведенном выражении добавится еще одно суммирование — по количеству учитываемых, сервисов. Оптимизация сети по данному критерию заключается в нахождении значений параметров, при которых критерий имеет минимальное значение, или по крайней мере не превышает некоторое заданное число.

Пороговый критерий отражает наихудшее время реакции по всем возможным сочетаниям клиентов, серверов и сервисов:

тах!(* ,

где имеют тот же смысл, что и в предыдущем случае, а обозначает тип сервиса. Оптимизация также может выполняться с целью минимизации критерия, или же с целью достижения им некоторой заданной величины, признаваемой разумной с практической точки зрения.

Чаще применяются пороговые критерии оптимизации, так как они гарантируют всем пользователям некоторый удовлетворительный уровень реакции сети на их запросы. Средневзвешенные критерии могут дискриминировать некоторых пользователей, для которых время реакции слишком велико — при том, что при усреднении получен вполне приемлемый результат.

Основная задача, для решения которой строится любая сеть — быстрая передача информации между компьютерами. Поэтому критерии, связанные с

пропускной способностью сети или части сети, хорошо отражают качество выполнения сетью ее основной функции.

Так как вычислительные сети работают по принципу коммутации пакетов (или кадров), то измерение количества переданной информации в пакетах имеет смысл, тем более что пропускная способность коммуникационного оборудования, работающего на канальном уровне и выше, также чаще всего измеряется в пакетах в секунду. Однако из-за переменного размера пакета измерение пропускной способности в пакетах в секунду связано с некоторой неопределенностью: пакеты разных протоколов имеют разный размер.

Пропускную способность можно измерять между любыми двумя узлами или точками сети. При этом получаемые значения пропускной способности будут изменяться при одних и тех же условиях работы сети в зависимости от того, между какими двумя точками производятся измерения. Так как в сети одновременно работает большое число пользовательских компьютеров и серверов, то полную характеристику пропускной способности сети дает набор пропускных способностей, измеренных для различных сочетаний взаимодействующих компьютеров — так называемая матрица трафика узлов сети.

Имеет смысл определить общую пропускную способность сети как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. При делении сети на сегменты или подсети общая пропускная способность сети равна сумме пропускных способностей подсетей плюс пропускная способность межсетевых связей.

Чтобы на этапе проектирования учитывать определенные технологические предпочтения и аппаратные возможности, необходимо иметь модель, способную описывать трафик при разной нагрузке на каналы и устройства передачи информации. Для этого мы воспользовались известными моделями теории массового обслуживания.

Ниже в таблице приведены соотношения, используемые для расчета параметров рассмотренных систем массового обслуживания (СМО) в диссертации. Здесь представлен краткий перечень конечных результатов, наиболее полно данные результаты рассмотрены в диссертации.

Таблица 1. Соотношения рассмотренных одноканальных СМО

Примечание: р — утилизация сети (нагрузка), X — интенсивность входящего потока; ц — интенсивность обслуживания; Ь — средняя длина очереди, ¿ч — время пребывания в очереди; Ж — средняя задержка в системе; 1¥ч — средняя задержка в очереди; <г£ — дисперсия средней длины очереди; — дисперсия времени ответа.

В третьей главе диссертации производится анализ алгоритмов доступа к коллективным распределенным ресурсам сети, определение параметров системы коллективного использования, введена в рассмотрение технология сети с коммутацией пакетов, разработана методика определения пропускной способности глобальной сети.

В сетях применяются следующие методы доступа к коллективным ресурсам:

• нерегулируемый доступ;

• закрепление отдельного ресурса за каждым возможным пользователем;

• закрепление ресурса за пользователем только на время.

Во всех этих системах доступа требуется, чтобы интенсивность, с которой пользователи направляют свои требования на работу ресурсов, в среднем была меньше, чем совокупная скорость выполнения работы системой.

К основным параметрам любой системы коллективного использования ресурсов относятся следующие:

1) время ответа системы, или задержка;

2) производительность системы;

3) пропускная способность ресурса;

4) показатель использования ресурса.

Возможные структуры распределения ресурса и его коллективного использования приведены на рис. 4.

Рис. 4. Структуры СМО.

Введем сначала совокупность ресурсов, каждый из которых имеет пропускную способность С/т. На каждый из этих ресурсов поступает поток

запросов на выполнение работы с интенсивностью потока Х!т. Такая структура показана нарис. 4 (а); она представляет собой набор т систем массового обслуживания 0/0/1 с суммарной пропускной способностью С. Эта система не эффективна, так как задания могут выстраиваться в очередь перед одним из ресурсов, в то время как какой-то другой ресурс будет простаивать. В этой связи рассмотрим рис. 4 (б), где имеется одна очередь ко всему набору т ресурсов с суммарной интенсивностью X — система О/О/ш. В данном случае ожидается более эффективная работа, так как задание не будет находиться в состоянии ожидания, если свободен какой-либо ресурс. Заметим, что обе конфигурации обладают одним и тем же показателем использования р = Х1 цС. Для рис. 4(б) величина р может быть интерпретирована как математическое ожидание доли занятых ресурсов. Эта структура с единой очередью обеспечивает также то, что запросы будут обслуживаться согласно дисциплине обслуживания в порядке поступления (ОПП); на рис. 4(а) это необязательно. В то время как система с единой очередью более эффективна, чем система с разделенными средствами, все же остается некоторая нерациональность, когда очередь отсутствует, но не все ресурсы заняты. В этом случае некоторые ресурсы остаются свободными и их мощности не используются для ускорения работы остальных занятых ресурсов. Чтобы преодо-легь указанную нерациональность, рассмотрим рис. 4(в), где объединен как поток заданий, так и ресурсы — это система в/СД с интенсивностью потока на входе Л и пропускной способностью ресурса С. На рис. 4(г) показан набор таких систем с единым ресурсом; эта структура подобна показанной на рис. 4(а), но теперь каждый ресурс получает поток в т раз большей интенсивности и обладает в т раз большей пропускной способностью — такая система может выполнять больше заданий в секунду.

Мы совершили полный цикл и вновь пришли к неэффективной системе, изображенной на рис. 4(а). Теперь, естественно, рассмотрим систему, показанную на рис. 4(д), в которой имеется объединенный поток заданий с ин-

тенсивностью тХ. На рис. 4(е) представлена лучшая система с объединенной очередью и объединенными ресурсами. Отличие двух систем с одним ресурсом — рис. 4(б) и рис. 4(е) — состоит в том, что в последней интенсивность на входе и пропускная способность умножены на т при неизменном показателе использования р = Л / цС.

Все шесть показанных систем имеют одно и то же значение р, но последняя из них часто оказывается лучше, чем остальные (потому что она обладает меньшим временем ответа Т). Если продолжить увеличение входной интенсивности и пропускной способности, то можно добиться еще большего улучшения.

Для системы М/М/т, показанной на рис. 4(6), п ррир,1щ6 четы дают вероятность того, что система содержит запросов (включая как запросы, стоящие в очереди, так и запросы, находящиеся в процессе выполнения) в виде

где

Пользуясь этими основными стационарными вероятностями, можно легко найти среднее время ответа:

мс мС(1-р)

где Рт — вероятность того, что система содержит т или более запросов; она

выражается в виде

С помощью этих равенств можно найти связь между Т,Я,С,р и т. В частности, значение т, которое минимизирует Т при постоянном р,равнот=\.

Кроме того, было найдено, что Т можно уменьшить при постоянном р, увеличивая Ли С. Существует много способов демонстрации обменного соотношения, некоторые из которых будут представлены ниже.

По-видимому, наиболее убедительный эффект, связанный с большими системами, демонстрируется на рис. 5, где показано нормированное среднее время ответа:

О 02 " 04 ' „06 08 " " " Г го

Р

Рис.5. Нормированное среднее время ответа.

Нормировка дает среднее время обслуживания запроса в одном из приборов; она устраняет из выражения все параметры, оставляя лишь (р-Х!цС). Из рис. 5 видно, что все кривые проходят через точку 1 при так как в этой точке С ростом при заданном зна-

чении нормированная задержка очень быстро убывает и при кри-

вые стремятся к кривой, описывающей чисто детерминированную систему D/D/1, в которой очереди не образуются, если значение р = 1 не превышается.

В больших системах основной характеристикой будем считать полное время ответа, поэтому более предпочтительны системы с объединенным ресурсом.

Улучшение системы можно продемонстрировать другим способом, если сосредоточить внимание на системе с одним ресурсом М/М/1. Например, на рис. 6 показано влияние роста Л на среднее время ответа при т = 1; соответствующее этому случаю выражение для Т имеет вид

1 -р

Рис. 6. Среднее время ответа для различных входных интенсивностей.

При постоянном р задержка уменьшается при увеличении Я (и, следовательно, С. При заданном масштабном коэффициенте система с единым ресурсом лучше, чем система с разделенным ресурсом

На рис. 7 показано улучшение эффективности системы (т. е. увеличение показателя использования) с ростом масштабного коэффициента при постоянном среднем времени ответа.

Таким образом, можно сделать вывод, что улучшение среднего времени ответа системы можно получить при использовании большой системы коллективного пользования с единым ресурсом, если при этом достаточно пропускной способности.

Рис. 7. Выигрыш как функция входной интенсивности для различных времен ответа.

При проектировании сетей часто приходится иметь дело с задачей организации доступа множества удаленных терминалов к некоторому одному центральному вычислительному устройству.

Решение, соответствующее частной системе — это звездообразная сеть (рис. 8), в которой отдельная линия связывает каждый удаленный терминал с центральным устройством. Данная модель представляет собой классический способ при организации удаленного доступа, но является слишком дорогой.

В качестве другого экстремального решения можно предложить самое дешевое решение, которое заключается в соединении терминалов и ЭВМ так, чтобы общая длина линий была наименьшей. Это решение дается хорошо известным минимально покрывающим деревом. К сожалению, оно фактически

приводит к одному средству связи, которое должно коллективно использоваться всеми терминалами.

Полученное дешевое, но низкоскоростное решение (которое требует достаточно сложного управления при распределении ресурса среди терминалов), известное под названием многоточечной системы.

Рис. 8. Решение в виде звездообразной сети.

Между этими системами находится система, показанная на рис. 9, в которой добавлена точка концентрации (называемая уплотняющим устройством, мультиплексором, концентратором или связным процессором трафика (СПТ), соединенная с центральным вычислительным устройством средне-скоростной (или даже высокоскоростной) линией. Эта линия является дорогой, но ее могут коллективно использовать все терминалы путем объединения своих потоков данных.

Рис. 9. Решение, использующее СПТ.

Заменив каждый из удаленных терминалов на вычислительное устройство, получим сеть ЭВМ (рис. 10), в которой любой местный терминал может использовать любую ЭВМ из сети.

Рис. 10. Сеть ЭВМ.

При планировании реализации глобальной сети с неизбежностью встает проблема выбора скорости передачи данных между связываемыми локальными сетями. Завышение необходимой пропускной способности ведет к непроизводительным расходам средств. При выборе линии с недостаточной пропускной способностью канал не сможет обеспечить требуемые скорость и качество связи между локальными сетями. Таким образом, выбор оптимальной скорости работы глобальной сети представляет собой интересную задачу, имеющую большое практическое значение.

Теория массового обслуживания предоставляет инструментарий анализа влияния скорости передачи в глобальной сети на производительность канала связи между локальными сетями.

В диссертации предложена методика расчета пропускной способности канала связи между локальными сетями.

В четвертой главе диссертации сформулировано технико-инструментальное обеспечение, используемое при проектировании сети, разработана трехуровневая модель сети масштаба предприятия.

Рассмотрены вопросы применения современных управляемых коммутаторов, построения неблокирующих коммутируемых сетей. Предложены методы настройки и оптимизации сети при проектировании сетевой структуры Intranet и реализации Intranet-среды на основе существующей сетевой инфраструктуры.

Используя эксплуатационные характеристики трафика сети университета, произведен расчет пропускной способности канала связи с глобальной сетью Internet. На основе полученных результатов (рис. 11,12) проведен анализ и предложены варианты оптимизации канала.

Рис. 11. Степень использования канала и вероятность отсутствия кадров.

0 8------------Полное время ожадания

- О 5 П5

Рис. 12. Производительность канала.

Ш. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе проведенных исследований в диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1) Обобщены и методически описаны общие критерии, которым должны удовлетворять сети, организующие связь между информационными вычислительными системами и внутри них, применяемые для процесса деятельности образовательных комплексов.

2) Проанализированы — на основе семиуровневой эталонной модели 081 — современные протоколы и технологии, обеспечивающие взаимодействие и передачу потоков в вычислительных сетях.

3) Предложена процедура организации распределенного доступа к ресурсам в современных информационных сетевых системах (ИСС) с точки зрения избыточности, скорости и надежности. Установлено, что технология разработки ИСС в большей степени зависит от трех основных параметров, на которые рекомендуется обращать внимание при проектировании: Т— временная задержка, при передаче информации в сети, от источника получателю, С, — пропускная способность каналов, а также топология сети. Эти три компоненты, решаемые при проектировании, позволяют:

a) обеспечить быструю передачу данных и организовать обработку больших объемов информации в ИСС;

b) обеспечивают надежность и предсказуемость поведения при больших нагрузках на организованную ИСС;

c) обеспечивают возможность организации управляемости и подбора аппаратных платформ для той или иной решаемой задачи.

4) При разработке проекта и организации ИСС показана возможность предсказания поведения большого объема потоков передаваемой

информации и максимального числа процессов, возникающих при автоматизированном управлении.

5) Разработаны и обоснованы несколько вариантов применения моделей теории массового обслуживания для описания поведения трафика в ИСС. Из рассмотренных вариантов выделена система М/М/1, которая показала наиболее реальное соответствие поведению трафика в сети и имела наименьшие погрешности.

6) Обоснованы алгоритмы анализа задержки в сети при передаче пакетов от источника к получателю, выявлены основные параметры, влияющие на передачу информации по сети. Предложена методика расчета параметров при проектировании сети, основанная на теории очередей.

7) На основе технико-инструментального обеспечения разработана трехуровневая модель ИВС масштаба предприятия. Исходя из эксплуатационных данных о трафике сети был проведен расчет и анализ канала связи локальной сети с глобальной сетью Internet.

IV. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андреев В. И., Монахов А. Е. О некоторых направлениях применения СВТ в информационных технологиях учебного процесса // Научно-методическая конференция — 98. Тезисы докладов. Часть I / Под редакцией проф. Бутова А. С. СПб: СПГУВК, 1998. С. 112.

2. Монахов А. Е. Взгляд наружу изнутри или к вопросу о контроле трафика // Сб. науч. тр. «Методы прикладной математики в транспортных системах» / Под ред. проф. Кулибанова Ю. М. СПб: Политехника, 2003. С. 253-256.

3. Монахов А. Е. Критерии качества функционирования компьютерных сетей // Сб. науч. тр. «Методы прикладной математики в транспортных

системах» / Под ред. проф. Кулибанова Ю. М. Вып. 11 СПб:СПГУВК, 2003. С. 195-198.

4. Монахов А. Е. Автоматизация и управление коллективным использованием ресурсов в компьютерных сетях // Сб. науч. тр. «Методы прикладной математики в транспортных системах» / Под ред. проф. Кулибанова Ю. М. Вып. 11. СПб: СПГУВК, 2003. С. 190-195.

5. Монахов А. Е. Задача выбора пропускных способностей для организации заданного качества обслуживания в компьютерных сетях // Сб. науч. тр. «Методы прикладной математики в транспортных системах» / Под ред. проф. Кулибанова Ю.М. Вып. 11. СПб: СПГУВК, 2003. С. 199-203.

6. Монахов А. Е. Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов // Сб. науч. тр. «Методы прикладной математики в транспортных системах» Под ред. проф. Кулибанова Ю. М. СПб: СПГУВК, 2003. С. 124-128.

7. Монахов А. Е. Методика расчета пропускной способности глобальной сети // Материалы международной научно-технической конференции «Транском — 2004». СПб: СПГУВК, 2004. С. 296-298.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 22.03.05. Сдано в производство 22.03.05.

Лицензия № 000283 от 19.10.98. Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,46. Уч.-изд.л. 1,76. Тираж 60 экз. Заказ № 90

Отпечатано в ИПЦ Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

\ ; 22АПРШ

í