Название: автоматизированное проектирование корпоративных сетей на основе нечетких гиперграфов (Макеев А С)

Жанр: Информационные системы и технологии

Просмотров: 1104


 блок схема алгоритма работы в сапр кс

Описанный механизм, структуры потоков, алгоритмы позволяют проектировать построение маршрутов в КС, осуществлять поиск оптимальных путей прохождения сетевого трафика.Четвертая глава «Реализация и внедрение САПР КС»   описывает результаты внедрения предлагаемой системы в проектирование КС в ГУЦБ РФ по Ульяновской области.Управление информатизации ГУ ЦБ РФ по Ульяновской области, в котором было выполнено внедрение САПР КС, обеспечивает передачу,защиту, обработку и хранение платежных, информационных и служебных данных государственных учреждений и их подразделений, коммерческихбанков и их филиалов, расчетно-кассовых центров. Обеспечивает сетевое взаимодействие с другими регионами Банка России.Сегмент          КС был разделен на пять основных сетевых сообществ ипредставлен в виде гиперграфа (Рис. 7.), где V75-V80,V87 вершины графа соответствующие            выборочным  серверам  и  рабочим  станциям,  V1-V74 вершины графа соответствуют сетевому оборудованию, где V81-V863  - вершины графа,   соответствующие   выборочным   серверам,   которые взаимодействуют с типом трафика, переназначенным для оптимизации. Ребра Е1  - Е107  соответствуют каналам связи, причем ребро Е26,Е27 , ребро

Е44,Е45 , ребро  Е7,Е8 Е9 , ребро  Е46,Е47, ребро  Е64,Е63, ребро  Е22,Е23 Е24 Е25,являются отображением резервных каналов связи.

1

 
СетиCn,M n,In,K,M P,S,G

V40 V61 E80 E94V75 V54 E101 E87 V68 V47

V41     V48

V38 E66E67E68 V42 V62 E81 E82 E95V76 V55V56 E102 E88V68E89 V49 E73 E74E75 V39

E69 V63 E96 E10 3      V70 E76

V43     V50

E70 E71E72 V44 E83V77E84V V64 E97 V57 E10 4 E90 V71 E91 V51 E77 E78

78E98 V58 E105 E79

E63 E64 V45 E85 V65     V72 E92 V52 V

V46 V66 E99 V59      E106 79V73

E86 E100 V60     E107 E93 V53 V80 E65

V14 V67     V74

E23 E24 E25

E22 V81E133 E20 V6          E17 V13 V12 V3E21 V82E13 4 3          Сеть B

V87V31 E46V88 V32V89V33 E49 V8E11 E16 E12V4 E18    V7 E13V5 E10 E14 E19 V84 V85E13 1

E44         E45 E48E50 E60 V90V34 E61 E51E53E55 V         E9 83E13 2V2            V9 E8 Е3E7E6           Е2 E135V1 E15 V15

5

 
СетиAT,C1

V30 E52     V91E54 V35 E57E59 E5        V10 E4            Е 1 V         V98     97

V92E56E56 E62 V36 V11 E28 V25E38 V26VE39        96

V37V93 E47 E26 E27 E32V19 V20 E33 V21 E34V22 V27E40

2

 
СетиA,M 1,M D,U,I1 V86      E13 0 V17 E30 E31 E37 V24E42 E36 E35V23E41

V16 E29 V18 V29 V28

4

 
СетиD,O V         V94     95

Рис. 7. Представление ИТС с помощью мультиграфа.Для проведения вычислительных экспериментов в рамках диссертации была предложена и апробирована следующая методика.Шаг 1. Запуск приложений, генерирующих трафик в КС. Замеры входящего и исходящего трафика на сетевых интерфейсах маршрутизаторов на начальной и конечной точках.Шаг 2. Моделирование САПР КС путем расстановки маршрутизаторов, серверов, каналов связи   Присвоение физических и технических характеристик маршрутизаторам и каналам связи.Шаг 3. Расчет таблиц маршрутизации с помощью САПР КС в каждом маршрутизаторе.Шаг 4. Внесение изменений в маршрутные таблицы. Для каждоговида  трафика  прописывается  маршрут  обязательного  взаимодействия  с подсетями и обращения к серверам.

Шаг 5. Визуализация прохождения пакетов с генерацией трафикаШаг 6. Указание нечетких характеристик для каждого канала связи и маршрутизатора.Шаг  7.  Расчет  таблиц  маршрутизации  с  помощью  САПР  КС  в каждом маршрутизаторе        с          использованием        нечетких        характеристик.Визуализация прохождения пакетов с генерацией трафикаШаг 8. Изменение настроек маршрутизации КС в соответствии с рекомендациями САПР КС.Шаг  9.  Запуск  приложений, генерирующих трафик  в  КС,  послепереконфигурации маршрутизаторов. Замеры входящего и исходящего трафика         на   сетевых   интерфейсах   маршрутизаторов   в   начальной   и конечной точках.Шаг       10.       Анализ           выходных            данных           и          предложения по перепроектированию КС.В        рамках            диссертационной            работы            была    поставлена     задачаоптимизации трафика Т1,Т2,Т3,Т4 который создавался на  рабочих станциях отображенных на графе вершинами V88,V77,V96,V75. Оптимизация трафика Т5 сгенерированного V 91  ,V79     не производилась, а трафик выполнял роль побочного трафика. Трафик Т6,Т7 не оптимизировался, но измерения его производились для представления полной картины оптимизации.Маршрут        трафиков        Т1-T4, созданный      приложениями          выглядит следующим образом:

P1  = V88 ⎯Е⎯111 →V ⎯⎯Е6 →V ⎯⎯Е2 →V ⎯⎯Е27 →V ⎯⎯Е⎯130 →V           ;

2

 

10

 

1

 

16

 

86

 
P          V         Е111    V Е132    V

1S  = 88  ⎯⎯→ 2  ⎯⎯ → 83 ;

3

 

1

 

10

 

2

 

83

 
P2  = V77 ⎯⎯Е⎯108 →V ⎯⎯Е14 →V ⎯⎯Е2 →V ⎯⎯Е6 →V ⎯⎯Е⎯132 →V   ;

P          V         Е108    V Е14      V Е135    V

2 S  = 77  ⎯⎯→ 3 ⎯⎯→ 1 ⎯⎯→ 84 ;

18

 

16

 

86

 
P3  = V96 ⎯⎯Е⎯110 →V ⎯⎯Е29 →V ⎯⎯Е⎯130 →V   ;

3

 
P4  = V75 ⎯⎯Е⎯107 →V ⎯⎯Е19 →V ⎯⎯Е15 →V ⎯⎯Е27 →V ⎯⎯Е⎯130 →V           ;

15

 

1

 

16

 

86

 
Измерения были проведены с использованием программно- аппаратного  анализатора  трафика  HP  Internet  Advisor  J2300C. Рекомендации САПР КС   моделирования трафика с использованием нечетких параметров   были использованы при изменении в таблицах маршрутизации.Были проведены замеры трафика Т1, Т2, Т6, Т7. Для трафика Т3 сгенерированного приложения узла V96 изменения в таблицах маршрутизации не производились, так как рекомендации САПР от начальных не изменились.

P~ = V ⎯⎯Е⎯111 →V ⎯⎯Е4 →V ⎯⎯Е1 →V ⎯⎯Е27 →V ⎯⎯Е⎯130 →V           ;

1          88 2P~      V 11Е111            V 1          16        86Е132            V

1S  = 88  ⎯⎯→ 2  ⎯⎯ → 83 ;

P

 

= V

 
~

2

 
77 ⎯ ⎯Е⎯108  → V ⎯⎯Е19 → V ⎯⎯Е15 → V ⎯⎯Е3 → V ⎯⎯Е8 → V ⎯ ⎯Е⎯132  → V        ;

3

 

15

 
P~        V Е108    V Е19      V Е15      V Е135    V

2 S  = 77  ⎯⎯ → 3 ⎯⎯→ 15 ⎯⎯→ 1 ⎯⎯→ 84 ;

P~        V Е110    V Е29      V Е130    V

3S  = 96  ⎯⎯ → 18 ⎯⎯→ 16  ⎯⎯ → 86 ;

P~        V Е107    V Е14      V Е28      V Е30      V Е29      V Е130    V

4 S  = 75  ⎯⎯ → 3 ⎯⎯→ 1 ⎯⎯→ 17  ⎯⎯→ 18 ⎯⎯→ 16  ⎯⎯ → 86 ;

Замеры           трафика          Т1        проводились  до        изменения      таблиц            в маршрутизаторах КС и после.

350030002500Подпись: bps200015001000500

0

 
0 300025002000Подпись: bps15001000500

1

 

2

 

9   10    11    12    13    14    15    16    17

 

0

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

10

 

11

 

12

 

13

 

14

 

15

 

16

 

17

 
0

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 
Time Time

T 1 - In            T1 - Out T1o - In           T1o - Out

Рис.8. Загрузка каналов связи трафиком Т1 и Т1о.

Трафик

Т1

Т1o

Время выполнения задачи

15 мин 25 сек

8 мин 45 сек

Общее время выполнения приложения

16 мин 55 сек

11 мин 50 сек

Общий исходящий трафик

127 215 байт

130 851 байт

Общий входящий трафик

59 442 байт

64 361 байт

Максимум занимаемая полоса исходящего трафика

2 996 бит/сек

2 825 бит/сек

Максимум занимаемая полоса входящего трафика

1 141 бит/сек

1 243 бит/сек

Потери пакетов исходящего трафика

248 байт

220 байт

Потери пакетов входящего трафика

98 байт

76 байт

Процент потери пакетов исходящего трафика

0,19 \%

0,17 \%

Процент потери входящего трафика

0,16 \%

0,12 \%

Таб. 3. Результаты измерений оптимизации Т1Измерения оптимизированного трафика Т1о показали, что время выполнения  задач   сократилось  с   15   до   8   минут,   а   время   работы приложения 17 до 11 минут. Эффективность работы приложения наблюдалось уже со 2-ой минуты, что отчетливо видно на диаграмме. (Рис.8). Процент потери пакетов уменьшился на 3 \%. Результаты замеров (Таб.3) показывают эффективность проведенной оптимизации трафика Т1.

300025002000Подпись: bps15001000500

0

 
0 25002000Подпись: bps15001000500

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8      9    10    11    12    13    14    15

 

0

 

1

 

2

 

3

 

4       5       6       7

 

8

 

9

 

10

 

11

 

12

 

13

 

14

 

15

 
0

Time Time

T 2 - In            T2 - Out T2o - In           T2o - Out

1

 

83

 

9

 

2

 
Рис.9 – Загрузка каналов связи трафиком Т1 и Т1о.

 

Трафик

Т2

Т2o

Время выполнения задачи

8 мин 50 сек

8 мин 20 сек

Общее время выполнения приложения

14 мин 55 сек

11 мин 00 сек

Общий исходящий трафик

137 753 байт

146 374 байт

Общий входящий трафик

63 384 байт

64 774 байт

Максимум занимаемая полоса исходящего трафика

2 761 бит/сек

2 202 бит/сек

Максимум занимаемая полоса входящего трафика

1 053 бит/сек

1 059 бит/сек

Потери пакетов исходящего трафика

342 байт

228 байт

Потери пакетов входящего трафика

184 байт

86 байт

Процент потери пакетов исходящего трафика

0,25 \%

0,13 \%

Процент потери входящего трафика

0,29 \%

0,15 \%

Таб. 4. - Результаты измерений оптимизации Т2В результате оптимизации маршрутов появилась возможность прохождения трафика Т2 через маршрутизаторы с большими вычислительными способностями при реализации механизма QoS (Рис.9.), что в первую очередь отразилось на уменьшение полосы пропускания трафика и более плотного ее использованияРезультаты замеров (Таб.4.) показывают эффективность проведенной оптимизации трафика Т2. Процент потери пакетов уменьшился в 2 раза.Формирование и моделирование общего трафика в КС, состоящей из порядка  80  маршрутизаторов,  100  каналов  связи,  40  серверов  можетдостигать 6-8 часов. При использовании САПР КС на оптимизацию каждого трафика КС ГУ ЦБ РФ по Ульяновской области в сегменте 3 (сеть B) было потрачено 6-7 минут на каждый трафик. На описание объектов КС и     их  сетевых  характеристик  потребовалось  12  минут.  Общее  времяпроектирования составило около 33 минут.Проектирование в САПР КС всех этапов осуществляется с помощью представления графа КС как гиперграфа и назначением гиперребрам, вовложении которых находятся целые подсети, общих нечетких параметров,что уменьшает время на описание сети.Отдельное проектирование сегмента 2 в САПР КС заняло 8 минут,сегмента 1 около 18 минут, сегмента 5 – около 6 минут, сегмента 7 – 7 минут. Общее описание всех элементов сети 1 ч 40 минут. Общее описание полной КС, представленной графом – 2 ч 50 минут. Причем сегменты 1,2,5 оптимизации не подлежали. Достаточным было описание только гиперграфа сети B,D,O , полное затраченное время которого около 12 минут.Заключение.         На       сегодняшний день    не            существует     протокола маршрутизации, который         может использовать нечеткие                     данные,определенные          экспертами,     эксплуатирующими     КС,     о     составе оборудования,  его   поведении  в   разные   моменты   времени,   качествеканалов, параметры местности, помещений эксплуатации. Однако, используя  именно   эти   данные,   САПР   КС   дает   рекомендации   по корректировке           стандартных    протоколов    маршрутизации,    которыеосуществляются   путем   изменения   маршрутных            таблиц            в

маршрутизаторах. При  оптимизации  трафика  в  КС  существуют  этапы, когда необходимо оценить ситуацию в КС целиком и только потом оптимизировать ее отдельные части.Используя     систему            автоматизированного           проектирования        КС,специалист может создавать наглядные проекты сетей, достаточно быстро их оценивать и динамически перестраивать, проводить предварительныеэксперименты, не влияя на производственные процессы. Использование подобного инструмента ведет к существенному повышению качества эксплуатируемых КС.Результаты экспериментов, произведенных в ходе исследования, подтверждают, что оптимизация с использованием предлагаемых моделей и методов, дает лучший результат качества проектируемого объекта посравнению с ручным проектированием.Основные результаты работы:1. Выполнен     сравнительный     анализ     существующих     систем автоматизированного проектирования и моделирования КС, а так же анализ            существующих   языков   имитационного   моделирования,который   показал   актуальность  метода   оптимизации   на   основе нечетких гиперграфов;2.  Построена           модель            распределенной        КС            на        основе            нечеткихгиперграфов;3. Разработана модель маршрутизации в условиях неопределенности, алгоритм          поиска оптимального пути по нечеткому гиперграфу с использованием нечетких метрик;4.  Разработана  система   проектирования  КС   с   учетом   вложенных сетевых структур;5.  Разработана      система           моделирования          маршрутизации         враспределенных  КС  с  использованием  четких  и  нечетких параметров;6.  Проведены          вычислительные       эксперименты            по        исследованиюэффективности разработанной программы нечеткой маршрутизации;7. Определена эффективность использования САПР КС, достигнуто более  плотное  заполнение  предоставленной  полосы  канала,  чтоотразилось на уменьшении времени работы приложений  с 15 минут до   8   минут,   достигнуто   увеличение   пропускной   способности каналов, путем уменьшения суммарной полосы выделенной для приложений c 2 761 бит/сек до 2 202 бит/сек, уменьшен процентпотери пакетов с 29\%   до 15 \%. (По результатам отдельных экспериментов);8.  Программа нечеткой маршрутизации внедрена и используется припроектных работах для выявления узких мест прохождения трафика и его перераспределения в КС ГУ ЦБ РФ по Ульяновской области;9.  САПР  КС  используется  при  проектировании  сетей  и  обучениисетевым технологиям в организации АНО “ Образовательный Центр

Сетевых Технологий Диамонда” г. Москва;10. САПР    КС       и          сопроводительные    материалы            переданы        для использования в ФНПЦ ОАО НПО “МАРС” г. Ульяновск.