Данная методика может использоваться для моделирования существующих (AS-IS) или предлагаемых (TO-BE) сетей ЭВМ. Она помогает проектировщикам сетей и при анализе типа WHAT-IF ("что, если"), а также при документальном обосновании выбора проекта.

2.3. Основы методики

Большинство предприятий имеет сеть, которая через некоторое время расширяется и изменяется. Предприятия редко заменяют существующую сеть целиком – чаще всего она просто расширяется, либо частично модернизируется. Следовательно, важно фиксировать положение сети "как есть". Под этим понимается изучение и документирование существующего размещения сети и описание существующих сетевых компонентов.

Чтобы поддерживать сеть "как должно быть", методика должна иметь возможность представления требований к номенклатуре и качеству сетевых услуг. Также она должна включать описание различных технологий, применимых для каждого компонента или службы сети связи и технические спецификации, которые требуются для анализа общего проекта наряду с представлением стоимости и тарифов компонентов или услуг связи.

Методика ориентирована на следующие проблемы и потребности, связанные с сетевым проектированием.

Спецификация размещения, декомпозиция и топология сети. Сети ЭВМ в общем принято классифицировать как локальные вычислительные сети (ЛВС), сети городского масштаба (муниципальные, МВС) и глобальные сети (ГВС). Сеть любого класса может быть смоделирована с любым уровнем детализации. В наиболее "загрубленном" случае сеть представляется как одиночный узел. Такой узел может затем быть разбит на составляющие, например согласно географическому распределению по городам. Детализация каждого из получившихся узлов может продолжаться до тех пор, пока не достигнет уровня, на котором дальнейшая декомпозиция не является полезной.

Методика должна быть способна отразить структуру сети на различных уровнях декомпозиции (например, топологию сети предприятия, которое географически распределено). В то же время должна существовать возможность анализа отдельных сегментов сети внутри города, здания и даже комнаты.

Также должна иметься возможность представления как регулярной (правильной), так и нерегулярной топологий на любом уровне декомпозиции. Регулярные топологии обычно используются в ЛВС и МВС (как известно, они включают звезду, шину и кольцо). Нерегулярная топология создается при использовании множества двухточечных связей, соединяющих узлы сети.

23

Спецификация рабочей нагрузки и качества обслуживания. Рабочая нагрузка отражает характеристики заданий, которые генерирует центр запросов в сети. Качество обслуживания определяется минимальными требованиями центра запросов. Вот несколько примеров требований QoS:

•среднее время ответа не должно быть более 2 с;

•вероятность блокировки на всем маршруте не должна превышать

0.005.

Поведение элементов сети. Это – качественные характеристики сетевых компонентов, а именно:

•маршрутизация трафика на обходных маршрутах;

•правила формирования очереди в различных узлах;

•протоколы для каналов множественного доступа.

Характеристики элементов сети. Примерами количественных

характеристик сетевых элементов служат:

•интенсивность отказов моста;

•максимальная ширина полосы пропускания шины или канала "точка–точка";

•число портов в концентраторе или в мосте.

Стоимость и тарифы. Методика должна быть в состоянии учитывать информацию о стоимости, включая ее фиксированную и переменную составляющие для каждого компонента сети. Так как сеть предприятий – это комбинация отдельных элементов и общих (коммутируемых) услуг, необходима и оценка тарифов потенциальных услуг.

Средства описания сети. Сети ЭВМ традиционно моделировались на основе теории графов. Большинство аспектов ВС, относящихся к топологии и надежности, укладываются в теоретический базис, предоставляемый графами. Поскольку ясно, что методы сетевого проектирования имеют графический язык описания, имеется потребность в иллюстративном представлении различных условий и ограничений, существующих в ВС, а также манипулировании ими. Методика должна решать и эту проблему.

Результаты. Результат применения методики – сетевой проект, представленный как конфигурация сетевых компонентов и их спецификации (протоколы, ширина полосы частот и т. д.) наряду с другими моделями проекта (т. е. моделями формирования очередей, моделями надежности, стоимости), а также документация по обоснованию проекта.

2.4. Пользователи и потребители

Существует несколько классов потенциальных пользователей предлагаемой методики проектирования сетей.

1. Менеджеры, в конечном счете отвечающие за санкционирование изменения сети. Методика помогает им понимать требования и оценивать

24

альтернативные решения, их расчетные характеристики и издержки. Компонент обоснования помогает менеджерам понять обоснованность рекомендуемого сетевого проекта.

2.Разработчики моделей, ответственные за создание компьютерной модели предприятия "как есть". Обычно, это сотрудники отдела управления сетями на предприятии; они являются экспертами по применению методики

иотвечают за создание необходимых моделей и выполнение анализа существующих сетей.

3.Проектировщики, отвечающие за идентификацию и оценку вариантов решения для проекта новой сети. Они – члены группы разработки, где создается план его внедрения. Сетевые проектировщики – также эксперты и по использованию методики и средств проектирования. Они должны анализировать требования, разрабатывать альтернативные решения, оценивать их в терминах эффективности и стоимости, разрабатывать обоснование проекта и в заключение выбирать/рекомендовать наиболее подходящий проект реализации.

4.Рецензенты, отвечающие за анализ модели "как есть", сгенерированной разработчиками. Эта группа создается, чтобы помочь разработчикам модели сохранить непротиворечивость между существующей сетью и ее моделью. Рецензенты отвечают и за проверку достоверности новых проектов.

5.Внедренцы, отвечающие за принятие сетевого проекта и его внедрение. Они – сотрудники группы проектирования, которая занимается физической реализацией системы на основе абстрактных описаний и моделей. Внедренцы должны готовить проект реализации, участвовать в приобретении и инсталляции различных компонентов и услуг, тестировать новую сеть, и проверять выполнение всех поставленных требований.

2.5. Базовые элементы

Проектирование сети включает создание и генерацию моделей, показанных на рис. 2.3. Модель сетевой конфигурации – это графическая модель, которая фиксирует топологию, конфигурацию, спецификации и атрибуты сетевых компонентов. При использовании такой модели генерируются модели формирования очередей, надежности и стоимости. Указанные модели анализируются и используются как исходные данные для процесса принятия решений по выбору сети.

Далее рассмотрены основные преимущества, достигаемые при использовании предлагаемой методики проектирования сети.

1.Методика помогает разработчику модели формировать модели сетевой конфигурации "как есть". Конфигурационная модель, в свою очередь, приводит к созданию других моделей для анализа сети.

2.Методика обеспечивает поддержку для получения моделей формирования очередей, надежности и моделей стоимости для

25

альтернативных сетевых проектов. Анализ этих моделей используется в поддерживаемом методикой механизме принятия решений. Методика поможет тем, кто обладает достаточно глубоким пониманием вычислительных и телекоммуникационных сетей, создавать качественные сетевые проекты. Таким образом, сетевые инженеры, которые в общем случае могут не быть экспертами в сфере проектирования, смогут разрабатывать сети, используя программные средства, основанные на рассматриваемой методике.

Модель сетевой конфигурации

Система принятия решений

Рис. 2.3. Иерархия моделей при проектировании сети

Для эффективного применения процедурных и языковых компонентов методики необходимо цельное понимание назначения основных элементов проекта ВС (концептов). Основой методики служат четырнадцать

ограничения; 14) библиотеки компонентов.

Целью дальнейшего изложения является описание этих элементов с использованием примеров вида и назначения каждого из них.

Узел. В понимании методики представляет из себя набор аппаратных средств, которые являются частью сети. Примерами узлов могут служить персональные компьютеры, файловые серверы, рабочие станции, мэйнфреймы, терминалы, маршрутизаторы, мосты, повторители, шлюзы, коммутаторы, спутниковые антенны (VSAT) или любые другие аппаратные модули, которые соединены с сетью. Все типы узлов имеют общие атрибуты, например, каждый узел имеет имя независимо от своего типа. Однако имеются и атрибуты, специфические для каждого типа (например, параметр "количество портов" для коммутатора).

26

Подсеть. Сеть может содержать одну подсеть или быть разбита на несколько подсетей. Имеются два типа подсетей, которые могут использоваться в рамках рассматриваемой методики:

•сети или подсети предприятий, которые имеют подразделения. Например, международная корпорация может иметь сети в каждой из стран, где есть ее деловое представительство. В этом случае на самом высоком уровне моделирования сети, соответствующие каждой стране, составляют подсети;

•сети или части сетей, которые являются общественными или являются частью какой-либо услуги (например, Internet и различные коммерческие сети). Проектировщику необязательно рассматривать такие подсети детально; следовательно, такие подсети более подробно и не раскрываются. Так как, в конечном счете, имеется соединение между узлами сети предприятия и узлом подсети, в методике представляется лишь узел подсети, осуществляющий это соединение.

Соединение. В терминах методики соединение – это связь двух точек сети с помощью среды передачи, по которой осуществляется обмен данными. Примеры соединений – витая пара, радиолиния, канал спутниковой связи, канал T1, коаксиальные и волоконно-оптические кабели

ит. д. Общим для всех соединений атрибутом является максимальная ширина полосы пропускания.

Топология. Наиболее современные ЛВС и МВС имеют фиксированную топологию, в соответствии с которой конфигурируются компьютеры. Концепт "топология" предназначен для представления стандартных топологий для ЛВС и МВС. В качестве примеров топологий можно перечислить звезду, шину, кольцо, двойную шину, двойное кольцо и т. д. Атрибуты топологии – используемая среда передачи данных (витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель и т. д.) и максимальная для этой среды ширина полосы пропускания.

Рабочая нагрузка. Для сетей передачи данных атрибутами рабочей нагрузки обычно являются число пакетов, сгенерированных, переданных или принятых в секунду, и их распределение. Рабочая нагрузка может быть разделена на несколько классов. Например, IP-пакеты, создаваемые компьютером, могут быть далее поделены на пакеты TCP, UDP, ICMP и т. д. Или трафик, генерируемый компьютером в сети FDDI, может быть синхронным либо асинхронным. Атрибуты рабочей нагрузки (частота и распределение) должны определяться для каждого из классов, образующих рабочую нагрузку. Поскольку нагрузка изменяется в течение дня, необходимо определять рабочую нагрузку как функцию от времени суток. Это может выглядеть как средняя рабочая нагрузка в течение первого часа (12:00 –13:00), второго часа и т. д. Часто нагрузка должна быть определена внутри определенного временного интервала, в этом случае интервал времени становится частью ее спецификации.

Протокол. Концепт соответствует протоколу канального уровня модели OSI ISO. Это – характеристика соединения или ЛВС. Примеры протокола для соединений – последовательный канальный протокол (SLIP)

27

ипротокол связи "точка–точка" (PPP). Для ЛВС примерами могут служить протокол IEEE 802.3 CSMA/CD и протокол IEEE 802.4 Token Bus,

соответствующие шинной топологии. В случае двухточечной связи оба узла, соединенные линией связи, должны поддерживать одинаковый протокол. При работе в ЛВС все узлы, соединенные с нею, должны поддерживать общий протокол локальной сети.

Модель формирования очереди. Как будет показано далее (см.

разд. 3), теория очередей применяется при анализе эффективности сетей ЭВМ. Вот типичные критерии качества работы сети:

•сквозная задержка, используемая для определения среднего времени обработки запроса на обслуживание;

•сквозная пропускная способность;

•блокировка, показывающая недоступность запрашиваемого ресурса или услуги;

•потеря данных – критерий, особенно характерный для широкополосных сетей. Можно рассматривать потерю ячеек в сетях ATM, потерю кадров в сетях Frame Relay, потерю протокольных блоков данных (PDU) в территориально-распределенных сетях с коммутацией пакетов

(SMDS) и т. д.

Анализ, осуществленный с помощью теории очередей, помогает в выборе наиболее подходящего проекта из нескольких предлагаемых вариантов. Исследование моделей формирования очереди для компьютерных и телекоммуникационных сетей хорошо проработано в литературе. Теория очередей используется для определения качественных

иколичественных характеристик каждого компонента сети, которые необходимы при исследованиях формирования очереди. В состав таких характеристик включены следующие.

•Спецификация различных классов пакетов. Например, в сети ATM имеются четыре различных класса услуг. Ячейка, попадающая в коммутатор ATM, принадлежит одному из четырех классов.

•Частота поступления пакетов/ячеек/кадров для каждого класса услуг. Это – часть характеристики рабочей нагрузки тех узлов, которые генерируют трафик.

•Распределение поступления пакетов/ячеек/кадров для каждого класса услуг. Это также характеристика узлов генерации трафика.

•Дисциплина формирования очереди (с приоритетами, FIFO и т. д.) в каждом центре формирования очереди.

•Распределение обработки в каждом центре формирования очереди сети.

•Максимальная длина каждой очереди. Связана с максимальным размером буфера и средней длиной пакетов.

Модель надежности. Исследование надежности осуществляется при анализе функционирования ВС. Типичными критериями качества работы являются:

•надежность для двух терминалов. Это – вероятность того, что существует путь между любыми двумя конкретными узлами сети;

28

•надежность для всех терминалов. Это – вероятность того, что для каждой пары узлов в сети существует соединяющий их путь;

•надежность для k терминалов. Это – вероятность того, что для k > 2 определенных узлов сети найдется путь между любым двумя из них.

Вообще говоря, надежность сети повышается при использовании улучшенных компонентов и при наличии их избыточности в критических участках сети. Поскольку оба эти решения влекут за собой увеличение стоимости, анализ надежности необходим при принятии решения о выборе проекта. Задача методики состоит в определении качественных и количественных параметров различных компонентов сети, которые необходимы для анализа надежности. Примеры таких величин – вероятность отказа и среднее время между отказами (MTBF) для каждого компонента сети. Все три типа критериев надежности, перечисленные ранее, – сложные проблемы для общей теории графов.

Качество обслуживания. Методика обеспечивает поддержку определенного качества обслуживания. Параметр QoS может быть задан для компонента, подсети или всей сети определенного уровня. Он может относиться как к производительности (например, суммарная задержка не должна превысить 10 с), так и к надежности (надежность для двух терминалов между точками А и B должна быть не менее 0.995).

Стоимостная модель. Моделирование стоимости используется как часть процесса принятия решений по выбору сетевого проекта. В данном случае задача методики состоит в определении качественных и количественных атрибутов различных компонентов сети, которые необходимы для расчета стоимости. Они включают фиксированные издержки, стоимость сопровождения, длину жизненного цикла оборудования и т. д.

Поддержка принятия решений. Методика предназначена для того, чтобы позволить проектировщикам разрабатывать различные варианты проекта сети, обладающие различными характеристиками. Необходима методическая поддержка процесса выбора, которая по крайней мере должна включать в себя механизм для отображения результатов анализа, выполненного на основе моделей формировании очередей, надежности и стоимости для каждого проекта, и пояснения, относящиеся к каждому проекту.

Проектировщик должен быть способен назначить веса для величин эффективности, надежности и стоимости, чтобы выбрать наиболее подходящий проект реализации.

Обоснование проекта. Концепт облегчает сбор и представление обоснований проектов, используемых при их разработке, и обращение с этими обоснованиями. Обоснование – это причины, оценки и движущие силы, которыми руководствуется проектировщик при выборе конкретных особенностей проекта. Необходимо фиксировать внимание на том, почему разработчиком выбран именно тот или иной путь.

Концепт обоснования должен покрывать все фазы процесса разработки: первоначальная концептуализация – создание детализированного проекта – его оценка – выбор окончательного проекта реализации.

29