4.7. Імітаційне моделювання однорангових і розосереджених мереж

На сьогодні невід’ємною частиною процесів проектування, підтримки та обслуговування корпоративних та глобальних мереж є використання методів і засобів моделювання комп’ютерних мереж (МКМ). Серед таких засобів в першу чергу виділяються спеціалізовані імітаційні середовища МКМ. Розробленню, використанню та впровадженню таких середовищ присвячені численні наукові праці. В провідних світових університетах викладаються спеціальні курси, присвячені середовищам МКМ.

Крім того, компанії, які займаються виготовленням та супроводом широкого спектру телекомунікаційної апаратури (зокрема, CISCO Systems) влаштовують власні та делеговані підготовчі курси та власні програми сертифікаційних екзаменів, до яких входять питання роботи з середовищами МКМ. Переважна більшість існуючих на сьогодні середовищ МКМ є комерційними продуктами, виробники яких також, в свою чергу, пропонують підготовчі курси та програму сертифікаційних екзаменів.

Середовища МКМ широко використовуються також підприємствами, які спеціалізуються на системній інтеграції, від надання консалтингових послуг до безпосереднього монтажу та налагодження обладнання. В таких випадках середовище МКМ залучається на етапі проектування майбутньої ІТ-інфраструктури підприємства-замовника.

Безпосередньо середовище МКМ є спеціалізованим програмним забезпеченням, користувач якого має змогу будувати довільну топологію мережі, використовуючи такі компоненти:

- комп’ютер — робоча станція, сервер або мобільний вузол (смартфон, комунікатор, ноутбук, нетбук);

- обладнання для комутації на канальному рівні — комутатор, концентратор або точка доступу бездротової мережі (WiFi, WiMAX, Bluetooth тощо);

- обладнання для маршрутизації на мережному рівні — маршрутизатор, базові станції бездротової мережі (GSM, UMTS тощо)

- канали зв’язку — serial, ISDN/xDSL, BRI, Ethernet тощо;

Як правило, топологія мережі задається в графічному режимі, але деякі середовища МКМ підтримують вхідні дані також і в спеціальних текстових форматах.

Узагальнений алгоритм використання середовища МКМ полягає в наступному (рис.4.10):

- розташування вузлів типу «комп’ютер» відповідно до структури робочих місць та серверних приміщень підприємства;

- планування та розміщення комутаційного обладнання канального рівня зі зв’язками до кожного комп’ютера мережі;

- планування та розміщення маршрутизаційного обладнання зі зв’язками до комутаційного;

- з’єднання маршрутизаційного обладнання верхніх, рівних та нижніх рівнів ієрархії мережної інфраструктури;

- розміщення допоміжної мережної апаратури, в тому числі точок доступу, базових станцій тощо;

- встановлення зв’язку на одному або декількох пограничних маршрутизаторів із оператором зв’язку вищого рівня (upstream ISP);

Рисунок 4.10. Структурно-алгоритмічна схема конфігурації середовища МКМ.

Наступним кроком ініціалізації моделі в середовищі МКМ є налаштування параметрів каналів зв’язку між вузлами моделі. До таких параметрів можуть належати:

- Довжина каналу зв’язку;

- Максимальна швидкість передачі;

- Імовірність виникнення помилок передачі (задається як кількість помилкових біт із 10n біт);

Слідуючим кроком ініціалізації моделі є налаштування кожного вузла мережі. В залежності від типу вузла (комп’ютер, комутатор,маршрутизатор тощо) налаштування складають:

- для комп’ютера — конфігурація кожного присутнього мережного інтерфейсу параметрами IPv4; як правило — IP-адреса та маска підмережі;

- для некерованого маршрутизатора з відмінними інтерфейсами портів (наприклад: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) — планування розподілу типів інтерфейсів;

- для маршрутизатора необхідні налаштування можуть коливатися від звичайної пари IP-адреси та маски підмережі на кожний мережний інтерфейс до використання повністю емулюючого гіпервізора з реальним набором мікропрограм для маршрутизатора;

При використанні гіпервізора, як, наприклад, це зроблено в середовищі МКМ GNS3, користувач середовища повинен завантажити в нього набір мікропрограм від тих моделей маршрутизаторів, які планується використовувати в реальній мережі.

При цьому користувачу засобами інтерфейсу з гіпервізором надається доступ до стандартного терміналу маршрутизатора, в якому користувач має змогу виконувати його налаштування шляхом, повністю ідентичним налаштуванню реального маршрутизатора. Такий підхід зміщує акценти використання середовища МКМ до навчально-тренувальних або тестових, які стосуються безпосередньо активного мережного обладнання, і є виправданим лише в тих сценаріях системної інтеграції, в яких більшість людино-годин витрачається саме на роботу з активним обладнанням і передбачається навчання персоналу організації з використанням середовища МКМ.

Все вищенаведене в значній мірі стосується всіх програмних пакетів, присутніх на сьогоднішній день на ринку середовищ МКМ, зокрема GNS3, NS2Boson NetSim, Tetcos NetSim та інших, як таких що розповсюджуються безкоштовно, так і комерційних програмних продуктів.

Перераховані вище типові риси розповсюджених сьогодні середовищ МКМ дозволяють зробити наступні висновки:

- основною метою, закладеною при розробці сучасних середовищ МКМ, є моделювання саме поведінки транспортної інфраструктури та результуючих ефектів, які впливають на її стан, без ґрунтовного врахування гетерогенної структури трафіку, динамічної реконфігурації оверлейних мереж, правил QoS, які можуть бути закладені в мережі щодо різних класів трафіку тощо;

- засоби, які входять до пакету середовища МКМ, дозволяють накопичувати різноманітну статистичну інформацію, зокрема стосовно відсотків пакетного оверхеду (overhead), кількості колізій, середнього часу затримки відповіді та низки інших кількісних характеристик, які впливають на ефективність проектної мережі взагалі; з іншого боку, параметри, за якими ведеться збір статистичної інформації є фіксованими в кожному середовищі МКМ і теж не враховують конкретний сценарій використання ПЗ для різних типів мережної взаємодії на комп’ютерах;

По-перше, при дослідженні поведінки однорангових та розосереджених мереж властивості транспортної інфраструктури в кожному сегменті оверлейної мережі впливають на процеси, що відбуваються в оверлейній мережі, лише опосередковано і таким чином, що їх можна описати в математичній моделі невеликою кількістю параметрів, які задають умови QoS транспортної мережі в даному сегменті.

По-друге, для моделювання частини транспортної мережі, якою оперує даний сегмент оверлейної мережі, немає потреби заглиблюватися в деталі налаштування та функціонування всіх складових частин транспортної інфраструктури. Навпаки, завдяки великій кількості учасників однорангових мереж та їх значної топологічної та територіальної розповсюдженості, детальне моделювання всіх таких сегментів в рамках традиційного підходу до використання МКМ буде недоцільною витратою надмірних людських та обчислювальних ресурсів.

По-третє, специфіка організації, така як кластеризація та контроль за насиченням каналу (congestion control), та можливості оперативного переконфігурування оверлейної структури однорангової мережі не може бути адекватно відображена засобами керування транспортної інфраструктури, наявними в типових сучасних МКМ.

Наприклад, для симуляції старту та роботи оверлейної мережі, сегментованої за будь-якою метрикою локальності (автономна система, traceroute та ping тощо) потрібне гнучке керування параметрами самої оверлейної мережі саме під час виконання її моделі в середовищі МКМ. Таку можливість надають тільки програмні інтерфейси до МКМ, що дозволяє користувачу МКМ створювати програмний код для підключення і виконання як елемента логіки взаємодії мережного обладнання, що моделюється.

В той самий час дослідники динаміки розосереджених та однорангових мереж можуть скористатися перевагою того, що поведінка вузла такої мережі та алгоритми функціонування ПЗ однорангових мереж на ньому, навіть із залученням додаткового прошарку обчислення локальності, в більшості випадків описуються в термінах кінцевого автомату.

Це дає можливість припустити, що створення програмного коду для реалізації вузькоспеціалізованої імітаційної моделі для вирішення конкретної задачі оцінки ефективності оверлейної мережі за допомогою метрики топологічної локальності може бути ефективнішим в термінах відношення необхідної функціональності до витрат людино-днів на розробку та програмування.

В такому контексті питання вибору обчислювальної платформи, ОС, середовища розробки та інші питання прикладного характеру набувають особливого значення.