5.4. Система имитационного моделирования COMNET

Компания "CACI Products" является одним из лидеров рынка систем имитационного моделирования сетей, разрабатывая подобные средства уже 35 лет. Система иллюстративного моделирования COMNET позволяет анализировать работу сложных сетей, работающих на основе практически всех современных сетевых технологий и включающих как локальные, так и глобальные связи. Состав программных продуктов семейства COMNET приведен в табл. 5.4.

При моделировании в COMNET затрагиваются следующие уровни эталонной модели OSI ISO: прикладной, транспортный, сетевой, канальный. На уровне приложений описываются источники трафика – сообщения, сеансы, отклики, вызовы, поведение программного обеспечения. На транспортном уровне – транспортные протоколы и их параметры. На сетевом уровне – алгоритмы маршрутизации, потоки пакетов, таблицы маршрутизации штрафные функции. Канальный уровень – непосредственно передача пакетов, ретрансляция, описание каналов.

106

5.4.1. COMNET III

Система имитационного моделирования сетей COMNET III обеспечивает анализ как фрагментов небольших сетей, так и сетей крупных предприятий и предлагает простой и интуитивно понятный способ конструирования модели, основанный на применении готовых базовых блоков, соответствующих стандартным сетевым устройствам (компьютеры, маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры) и каналам связи. Система оснащена обширной библиотекой вычислительного и активного сетевого оборудования, технологий обработки и передачи информации, а также позволяет, используя стандартные средства, строить отсутствующие в библиотеке модели оборудования и технологий, применяемых в процессе работы вычислительной системы. Основной экран COMNET III с набором библиотечных классов приведен на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Основной экран системы COMNET III

Подход к построению моделей в COMNET III может быть представлен

ввиде стандартной последовательности шагов:

•описание топологии ИС и определение параметров оборудования;

•описание источников трафика, их поведения и загрузки сети;

•определение сценария моделирования.

107

Очевидным путем моделирования сложных систем является их декомпозиция. Конечная стадия процесса декомпозиции определяется низшим уровнем абстракции, применяемым в каждой конкретной модели.

Обычно рассматривают два основных вида декомпозиции – алгоритмическую, разделяющую исследуемую систему по ее активным началам (протекающим процессам и их порядку), и объектноориентированную, позволяющую разделить исследуемую систему на классы однотипных абстракций.

Определение топологии и связей источников трафика с узлами топологии – идеальное поле для применения объектно-ориентированной декомпозиции. Для описания поведения источников трафика и изменений загрузки сети во времени необходима алгоритмическая декомпозиция.

Как отмечалось, граничные условия для декомпозиции сетевой инфраструктуры КИС определяются требуемым уровнем абстракции. Абстрагирование позволяет проектировщику отделить наиболее существенные особенности поведения системы от деталей ее реализации. Хорошей является такая абстракция, при которой подчеркиваются существенные для рассмотрения и использования детали и опускаются те, которые на данный момент несущественны или отвлекают внимание. Так, в одной ситуации при описании компьютера достаточно определить его, как источник трафика, не вдаваясь в детальное описание его архитектуры, в другой же может потребоваться детальное рассмотрение таких его характеристик, как количество процессоров и параметров дисковой подсистемы.

В системе COMNET полностью применим объектно-ориентированный метод декомпозиции, что позволяет существенно сократить сроки моделирования и сделать его процесс интуитивно понятным, четко коррелируемым с реальной системой. Модель создается из объектов – своего рода "строительных блоков", знакомых пользователю из опыта реальной жизни. С системой COMNET поставляется большая библиотека таких объектов – моделей реального сетевого оборудования и методов доступа к среде.

Элементы моделирования. В общем случае вычислительная система характеризуется составляющим ее оборудованием, топологией и информационным трафиком. В соответствии с этим модель сети состоит из моделей объектов трех видов: устройств, создающих, обрабатывающих и передающих информацию; источников информации; средств и технологий связи устройств и передачи информации. Модель строится из базовых объектов по принципу "drag-and-drop". Перечень базовых объектов и их прототипы приведены в табл. 5.5.

При использовании любой системы моделирования возникает вопрос об адекватности модели, выборе базового набора объектов, суперпозицией которых строится любая модель, а также набора параметров, описывающего базовый объект. В системе COMNET III обеспечена возможность установления принципа разумной достаточности в соотношении производительность/стоимость. При определении списка параметров объектов в него включаются только те, которые вносят наибольший вклад в общую производительность сети.

108

COMNET III является системой стохастического моделирования. Она позволяет задавать статистические параметры оборудования и процессов и поддерживает 18 основных видов дискретных и непрерывных распределений. Кроме того, пользователь может задать табличные распределения. Система дает возможность проанализировать около 200 различных параметров компонентов вычислительной сети (загрузка каналов, рабочих станций серверов, задержка сообщений и т. д.). При этом принимается во внимание информация о реальных процессах, имеющих место в используемом оборудовании.

В случае применения системы моделирования для проведения модификации существующей сети имеется возможность определить топологию сети с помощью системы мониторинга сети и управления ею и использовать эти данные для автоматического построения модели, а также измерить величину трафика, создаваемого приложениями, и использовать полученные данные для построения модели сети.

Описание топологии. Под топологией понимается связный граф, в вершинах которого расположены узлы (Node) – объекты, описывающие аппаратное обеспечение (компьютеры, каналообразующее и сетевое оборудование со своими блоками характеристик). Это первый тип объектов, используемых в COMNET. Еще одним типом объектов, размещаемых в вершинах графа, являются объекты, принадлежащие классу Link, описывающие механизм разделения среды передачи данных между узлами и осуществляющие обмен информацией между узлами. Дуги графа, связывающие узлы и соединения, определяют, какие узлы использует то или иное соединение. Фактически, дуги представляют собой порты узлов, расположенных в вершинах графа.

Кроме узлов, соединений и дуг для описания иерархических топологий и для моделирования независимых маршрутизируемых доменов в сис-

109

тему COMNET включен еще один дополнительный класс, объекты которого также могут располагаться в вершинах графа. Это подсеть (Subnet).

Использование механизма наследования, в том числе и множественного, расширяет круг используемых классов. В частности, класс Node наследуют четыре новых класса:

•Computer and communications node (C&C node). Эти объекты могут служить источниками или приемниками трафика, а также применяются для моделирования сложных программных систем, учитывающих загрузку процессора и дисковых подсистем либо для моделирования программных маршрутизаторов;

•Computer group node. Может быть использован только для моделирования компьютерных систем, так как их функциональность включает в себя только источник и приемник трафика. Как правило, этот объект используется для описания групп компьютеров, имеющих идентичное поведение;

•Router node. Объекты этого типа применяется для моделирования аппаратных маршрутизаторов. Так же, как и C&C node, объект класса Router node может выступать и источником и приемником трафика, выполнять приложения, использующие аппаратные ресурсы узла (процессоры, дисковые подсистемы). Кроме того, для более детального описания аппаратной реализации моделируемых объектов введен ряд дополнительных свойств, таких, например, как наличие и параметры внутренней шины, что позволяет моделировать внутреннее прохождение трафика между входными и выходными портами объекта;

•Switch node. Такие объекты, обладая возможностью маршрутизации, служат для моделирования коммутаторов, затрачивающих на передачу трафика между внутренними портами крайне малое время. Однако этот объект, в отличие от трех предыдущих, не может быть использован ни как источник, ни как приемник трафика.

Объекты классов C&C Node, Computer Group Node и Router Node для моделирования сложных программных систем дополнительно включают репозиторий команд, использующих такие свойства объектов, как дисковая подсистема.

Объект Link наследуют два новых объекта:

•Point-to-point link. Этот класс используется для описания каналов между двумя узлами. Примером таких соединений могут быть выделенные линии, соединяющие маршрутизаторы в глобальных сетях, или соединения

всетях с коммутацией каналов;

•Multiaccess link. Полем для применения данного класса являются ситуации, когда более чем два узла имеют доступ к одной среде передачи данных. В свою очередь, этот объект наследуется рядом новых объектов, описывающих конкретные реализации метода доступа к среде, таких как

Carrier Detection, Token Passing, SONET и т. п.

Система COMNET поддерживает и механизм множественного наследования. В частности, он используется при создании объектов таких важных классов, как Transit Network и WAN Cloud. Оба класса наследуют два родительских класса – Subnet и Link. Рассмотрим их подробнее.

110

Класс Subnet. Используется при создании иерархических топологий и позволяет корректно описывать подсети с различными алгоритмами маршрутизации. Другой целью использования подсетей является необходимость скрытия излишней детализации при моделировании сложных сетей. Позволяет описывать системы с произвольной глубиной вложения и может содержать произвольное количество точек доступа.

Класс Transit Net. Транзитная сеть может одновременно рассматриваться как соединение и как подсеть. В качестве соединения Transit Net пересылает пакеты из выходного буфера одного узла, подключенного к нему, во входной буфер другого узла, а в качестве подсети

– формирует область с собственным алгоритмом маршрутизации.

Класс WAN Cloud. Служит для абстрактного представления ГВС. С точки зрения топологии, функционирует подобно объекту Link, а с точки зрения внутренней структуры, состоит из набора виртуальных соединений и каналов доступа.

Описание трафика и рабочей нагрузки. Модель в COMNET

включает в себя две части – описание топологии системы и описание источников трафика и загрузки сети. Рассмотрим объекты, описывающие трафик.

Класс Message. Предназначен для посылки сообщений как одному объекту-адресату, так и их множеству. Посылка при этом рассматривается как последовательность датаграмм, где каждый пакет маршрутизируется независимо от других.

Класс Response. Используется для посылки ответных сообщений и управляется приходами сообщений, созданных объектами классов Message или Response. Получателем сообщений класса Response является объект класса Node, к которому подключен источник управляющих сообщений.

Класс Call. Применяется для создания моделей сетей с коммутацией каналов. Источник вызова может быть описан набором таких параметров, как закон временного распределения, длительность, и (с учетом класса маршрутизации) требований к пропускной способности.

Класс Session. Используется для моделирования сеансов, включающих наборы сообщений или сообщений, маршрутизируемых по виртуальным соединениям. Сеанс инициализируется отправкой пакета установки сеанса и получением пакета-подтверждения. В дальнейшем в рамках сеанса может быть послано произвольное количество сообщений, которые могут маршрутизироваться либо как датаграммы, либо как виртуальные соединения в зависимости от алгоритма маршрутизации.

Класс Application. Является результатом множественного наследования классов Message, Response, Call и Session. Использование объектов этого класса позволяет наиболее гибко описывать рабочую нагрузку сети и поведение источников трафика. Более того, с помощью объектов класса Application могут быть легко смоделированы практически любые виды программных систем, таких как СУБД, почтовые системы и пр.

С помощью классов Application, Message, Response, Session и Call

возможно как гибкое моделирование текущей загрузки сети, так и детальное описание поведения программных систем, входящих в ее состав.

111

Кроме того, трафик может быть описан с помощью так называемых файлов описания внешнего трафика, которые могут быть получены в результате использования различных анализаторов трафика.

Параметризация объектов. Предположим, мы строим большую модель, имеющую очень сложное топологическое описание. Здесь мы можем пойти двумя путями. Во-первых, можно всю топологию системы совместить в одном файле. Во-вторых, можно построить несколько фрагментов и объединить их впоследствии воедино. Второй вариант является наиболее удобным для разработчика по целому ряду причин. Это и простота отладки каждого отдельного фрагмента, это и хорошая обозримость, это, в конечном итоге, большая достоверность. В дальнейшем вся проблема состоит в переносе объектов из одной модели в другую. Для решения данной проблемы удобно пользоваться режимом "Intermodel copypaste", с помощью которого возможен перенос вновь создаваемых объектов со всеми свойствами из одной модели в другую, за исключением тех свойств, которые являются локальными для модели-источника. Процедура параметризации в этом случае очень проста (рис. 5.6). В частности, для сообщения можно указать его направленность в соответствии со списком имен из новой модели, который присоединяется к объекту автоматически.

Рис. 5.6. Окно параметризации источника трафика

Применение описанного метода открывает широкие возможности в построении любых моделей из гибко расширяемого набора объектов, что позволяет существенно снизить затраты на моделирование.

112

Создание новых узлов. Рассмотрим подробнее процедуру создания пользователем объекта нового класса. Предположим, перед разработчиком ставится задача построения подробной модели маршрутизатора, имеющего несколько интерфейсных модулей, объединенных общей шиной. При этом целью построения модели является определение задержки на интерфейсной шине. Стандартная шина описывается двумя параметрами – пропускной способностью и частотой. Допустим, что для такого описания информации недостаточно. В этом случае целесообразно использовать объект, позволяющий описать шину как отдельное устройство – Link. Это нестандартное решение, однако, проведя необходимую параметризацию объекта класса Link, мы получим модель шины, как полнофункционального устройства, реализующего такие функции, как арбитраж. Однако следует отметить, что разработчику не стоит злоупотреблять подобными приемами, поскольку слишком точное описание каждого объекта в некоторых ситуациях дает обратный эффект, который выражается в снижении достоверности модели в целом. Этот прием применим в тех случаях, когда необходимо подробное описание характеристик.

Представление результатов. COMNET III позволяет при модели-

ровании задавать форму отчета о результатах для каждого отдельного элемента модели. Для этого необходимо в пункте меню Report выбрать требуемый элемент (пункт Network Element) и задать для него определенный тип отчета (Type of report). Отчет генерируется каждый раз при запуске определенной модели. Он представляется в стандартной текстовой форме, и его легко можно распечатать на любом принтере. Можно задать генерацию нескольких отчетов для каждого элемента сети.

Кроме отчетов, существуют и другие способы получения статистических результатов прогона модели, например сбор статистики для каждого типа элемента модели – узлов, каналов, источников трафика, маршрутиза-торов, коммутаторов и т. п. Монитор статистики каждого элемента можно установить для сбора только базовых статистических параметров (мини-мум, максимум, среднее значение и дисперсия) или же для сбора данных во временном масштабе для построения графиков. Если результаты наблюдений сохранены в файле для последующего построения графиков и анализа, то возможно построение гистограмм и процентных показателей.

Перед моделированием или во время него можно установить режимы анимации и трассировки событий с помощью пунктов меню Animation и Trace. Параметры меню Animation позволяют изменять скорость тактов моделирования и скорость передвижения маркеров – графических символов, соответствующих кадрам и пакетам. В анимационном режиме система COMNET III показывает:

•поступление маркеров в каналы связи и выход их из каналов;

•текущее количество пакетов в узлах;

•количество сессий, установленных с данным узлом;

•процент использования;

•дополнительные статистические параметры.

113