Побудова пілотних проектів проектованих мереж

Розглянемо особливості моделювання та можливості використання деяких пакетів програм на прикладі задачі дослідження продуктивності при проектуванні мереж зв’язку. Аналізатори протоколів незамінні для дослідження реальних мереж, але вони не дозволяють одержувати кількісні оцінки характеристик для ще не існуючих мереж, що знаходяться в стадії проектування. У цих випадках проектувальники можуть використовувати засоби моделювання, за допомогою яких створюються моделі, що відтворюють інформаційні процеси у мережах. 

Моделювання являє собою потужний метод дослідження мереж зв'язку, при використанні якого мережа заміняється моделлю. При фізичному (натурному) моделюванні досліджувана мережа заміняється відповідною їй матеріальною системою, що відтворює властивості досліджуваної системи зі збереженням їх фізичної природи. Прикладом цього виду моделювання може служити пілотна мережа, за допомогою якої вивчається принципова можливість побудови мережі на основі тих чи інших комп'ютерів, комунікаційних пристроїв та операційних систем. Однак можливості фізичного моделювання мереж досить обмежені. Воно дозволяє вирішувати окремі задачі при задаванні невеликої кількості з’єднань досліджуваних параметрів системи. Дійсно, при натурному моделюванні мережі практично неможливо перевірити її роботу для усіх варіантів з використанням різних типів комунікаційних пристроїв - маршрутизаторів, комутаторів і т.п. Перевірка на практиці біля десятка різних типів маршрутизаторів пов'язана не тільки з великими часовими витратами, але і з чималими матеріальними витратами. 

Однак навіть і в тих випадках, коли при оптимізації мережі змінюються не типи пристроїв і операційних систем, а тільки їхні параметри, проведення експериментів у реальному масштабі часу для величезної кількості всіляких комбінацій цих параметрів практично неможливо за доступний для огляду час. Навіть проста зміна максимального розміру пакета в якому-небудь протоколі вимагає переконфігурування операційної системи в сотнях комп'ютерів мережі, що вимагає від адміністратора мережі проведення дуже великої роботи. 

Тому, при оптимізації мереж у багатьох випадках перевага віддається використанню математичного моделювання на ЕОМ. Математична модель мережі являє собою сукупність співвідношень (формул, рівнянь, нерівностей, логічних умов), що визначають процес зміни стану системи в залежності від її параметрів, вхідних сигналів, початкових умов і часу. Особливим класом математичних моделей є імітаційні моделі. Такі моделі являють собою комп'ютерну програму, що крок за кроком відтворює події, які відбуваються в реальній системі. Стосовно мереж, їхні імітаційні моделі відтворюють процеси генерації повідомлень, розбивання повідомлень на пакети і кадри конкретних протоколів, затримки, пов'язані з обробкою повідомлень, пакетів і кадрів всередині мережі, процес одержання доступу до подільного мережного середовища, процес опрацювання пакетів і т.д. При імітаційному моделюванні мережі не потрібно набувати дороге устаткування - його робота імітується програмами, що досить точно відтворюють всі основні особливості і параметри такого устаткування. 

Перевагою імітаційних моделей є можливість підміни процесу зміни подій у досліджуваній мережі в реальному масштабі часу на прискорений процес зміни подій у темпі роботи програми. У результаті за кілька хвилин можна відтворити роботу мережі протягом декількох днів, що дає можливість оцінити роботу мережі в широкому діапазоні варіаційних параметрів. Результатом роботи імітаційної моделі є зібрані в ході спостереження за подіями, що протікають, статистичні дані про найважливіші характеристики мережі: часи реакції, коефіцієнти використання каналів і вузлів, імовірності втрат пакетів та інше. 

Існують спеціальні мови імітаційного моделювання, що полегшують процес створення програмної моделі в порівнянні з використанням універсальних мов програмування. Прикладами мов імітаційного моделювання можуть служити такі мови, як SIMULA, GPSS, SIMDIS. Існують також системи імітаційного моделювання, що орієнтуються на вузький клас досліджуваних систем і дають можливість будувати моделі без програмування. Подібні системи для обчислювальних мереж розглядаються нижче. 

Такі програмні системи самі генерують модель мережі на основі вхідних даних про її топологію і використовувані протоколи, про інтенсивності потоків запитів між комп'ютерами мережі, довжини ліній зв'язку, про типи використовуваного устаткування. Програмні системи моделювання можуть бути вузько спеціалізованими і досить універсальними, що дають можливість імітувати мережі всіляких типів. Якість результатів моделювання значною мірою залежить від точності вихідних даних про мережу, переданих у систему імітаційного моделювання. 

Програмні системи моделювання мереж - це інструмент, що може знадобитися будь-якому адміністратору мережі, особливо при проектуванні нової мережі чи внесенні кардинальних змін у вже існуючу. Продукти даної категорії дозволяють перевірити наслідки впровадження тих чи інших проектних рішень ще до оплати устаткування, що набувається. Звичайно, більшість з цих програмних пакетів коштує досить дорого, але і можлива економія може бути теж дуже відчутною. 

Програми імітаційного моделювання мережі використовують у своїй роботі інформацію про просторове розташування мережі, кількість вузлів, конфігурації зв'язків, швидкості передачі даних, використовуваних протоколах і типу устаткування. Звичайно, імітаційна модель будується не з нуля. Існують готові імітаційні моделі основних елементів мереж: найбільш розповсюджених типів маршрутизаторів, каналів зв'язку, методів доступу, протоколів і т.п. Ці моделі окремих елементів мережі створюються на підставі різних даних: результатів тестових випробувань реальних пристроїв, аналізу принципів їхньої роботи, аналітичних співвідношень. У результаті створюється бібліотека типових елементів мережі, які можна налаштовувати за допомогою заздалегідь передбачених у моделях параметрів. 

Системи імітаційного моделювання звичайно включають також набір засобів для підготовки вихідних даних про досліджувану мережу - попередньої обробки даних про топологію мережі й виміряний трафік. Ці засоби можуть бути корисні, якщо мережа, що моделюється являє собою варіант існуючої мережі і існує можливість провести в ній вимірювання трафіка й інших параметрів, потрібних для моделювання. Крім