1.2. Методы моделирования информационных сетей
Система массового обслуживания − одна из основных моделей, используемых инженерами-системотехниками. Как модель СМО рассматривается в теории массового обслуживания (другое название – теория очередей). Первые работы в этой области были вызваны потребностями практики, в частности широким развитием телефонных сетей. Поэтому в работах по теории СМО широко используется терминология, заимствованная из телефонии: требования, вызовы, заявки, каналы (приборы) обслуживания и т.п.
Теория массового обслуживания связана с разработкой и анализом математических, т.е. абстрактных, моделей, которые описывают процесс обслуживания некоторых объектов, поступающих на вход обслуживающего прибора в виде некоторого потока, и образующего в общем случае очередь на входе обслуживающего прибора.
Поскольку рассматриваются абстрактные модели, совершенно не важна природа обслуживаемых объектов и их физические свойства (будь то вызовы, управляющие или информационные кадры в сети связи или посетители магазина, или детали на автоматической линии и т.п.). Существенным являются моменты появления этих объектов и правила, законы (математические) их обслуживания, так как от этих моментов и законов зависит адекватное отображение эволюции моделируемого объекта во времени. Поэтому, когда говорят о методах анализа очередей, имеют в виду математические (абстрактные) модели, а из контекста всегда должно быть ясно, для исследования какой реальной системы применяются эти модели.
Целью использования СМО как модели является анализ качества функционирования указанных систем-оригиналов.
В свою очередь, СеМО используют для определения важнейших системных характеристик информационных систем: производительности; времени доставки пакетов; вероятности потери сообщений и блокировки в узлах; области допустимых значений нагрузки, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания и др.
В теории СеМО фундаментальным является понятие состояния сети. Важнейшая характеристика сетей МО − вероятности их состояний. Для определения вероятностей состояний СеМО исследуют протекающий в сети случайный процесс. В качестве моделей протекающих в СеМО процессов наиболее часто используют марковские и полу-марковские.
Марковским процессом с непрерывным временем описывают функционирование экспоненциальных СеМО. Сеть называется экспоненциальной, если входящие потоки требований в каждую СМО пуассоновские, а времена каждого этапа обслуживания, реализуемого на любой СМО сети, имеют экспоненциальное распределение. Это позволяет считать, что этапы обслуживания независимы между собой и не зависят ни от параметров входящего потока, ни от состояния сети, ни от маршрутов следования требований.
Теория экспоненциальных СеМО наиболее разработана, и ее широко применяют как для исследования сетей ПД так и для исследования мультипроцессорных вычислительных систем (ВС). Разработаны практические формы расчета вероятностно-временных характеристик (ВВХ) таких сетей и систем.
Попытки глубокого анализа немарковских моделей сетевых систем наталкиваются на значительные трудности, которые обусловлены в частности отсутствием независимости длительностей пребывания требований в различных узлах моделей сетевых систем с нестандартными дисциплинами. Так например, при достаточно реалистическом предположении о том, что длина требования остается постоянной в процессе его передачи через узлы сети, необходимо прослеживать путь каждого требования, что делает невозможным аналитический расчет характеристики для сети с числом узлов М>2.
Анализ работ, посвященных исследованию или расчету немарковских моделей, показывает, что решения, как правило, получены алгоритмически путем сложных численных расчетов с использованием преобразований Лапласа-Стилтьеса, реализуются программно, отличаются большой трудоемкостью, либо значительными погрешностями в оценке показателей производительности информационных систем (ИС) в области средней и большой нагрузки. Поэтому для моделирования СеМО, выходящих из класса мультипликативных, используют приближенные методы.
Пользоваться приближенными методами расчета СеМО необходимо с большой осторожностью, при расчете конкретных СеМО в процессе решения различных прикладных задач представляется необходимым проведение исследований в целях оценки точности и чувствительности применяемого метода, а также проведение эксперимента по имитационному моделированию исходной СеМО для достаточно большого множества значений варьируемых параметров.
Таким образом, аналитические методы расчета характеристик ИС базируются, как правило, на анализе экспоненциальных СеMO. При использовании этого математиче- ского аппарата удается получить аналитические модели для решения широкого круга задач исследования систем. CеМО − это, прежде всего, совокупность взаимосвязанных систем массового обслуживания. Поэтому необходимо вспомнить основные особенности этих систем.
Топ 5 инструментов моделирования сетей в 2020 году
С момента появления вычислительной техники и интернета компьютерная сеть играет жизненно важную роль для обмена ресурсами и информацией как внутри организации, так и на глобальном уровне. Люди, которым поручено контролировать эти сети, называются сетевыми инженерами или сетевыми администраторами.
Сетевые инженеры и администраторы используют различные инструменты для проектирования, мониторинга или анализа компьютерных систем. Что бы не экспериментировать на реальных сетях (что чревато сбоем или выходом из строя сетевой инфраструктуры) системные администраторы для этого используют инструменты сетевого моделирования.
Сегодня мы рассмотрим 5 лучших инструментов сетевого моделирования, которые могут помочь вам в проектировании и улучшении производительности системы.
После изучения нашего списка инструментов сетевого моделирования, вы сможете выбрать себе наиболее оптимальное программное обеспечение для эмуляции сетей. Данное ПО позволит решить проблемы и провести тесты, которые невозможно применить на реально-существующих сетях из-за риска нарушить нормальное функционирование.
GNS3
GNS3: это одна из самых популярных программ эмуляции сети, которая позволяет наблюдать взаимодействие сетевых устройств в различных топологиях сетей. Это программное обеспечение, которое является интегрированным сегментом в международной сети обучения сертификации. Одного такого факта достаточно, чтобы показать, насколько современным и всеобъемлющим является этот программный инструмент, когда речь заходит об успешном моделировании сети. Он прост в установке и реализации, что делает его популярным выбором как на любительском, так и на профессиональном уровне.
Cisco Packet Tracer
Cisco Packet Tracer: одна из основных причин, по которой этот инструмент моделирования сети, разработанный CISCO systems, занял второе место в ТОП-5, заключается в том, что он кросс-платформенный. Этот уникальный инструмент моделирования поможет вам не только построить топологию сети, но и воспроизвести ее в современных компьютерных сетях. Cisco PT позволяет имитировать соответствующую конфигурацию через CLI. А еще Packet Tracer отлично подходит для VoIP
EVE-NG
EVE-NG: Emulated Virtual Environment Next Generation or EVEN-NG- это единственный в своем роде многопользовательский сетевой симулятор, предназначенный для небольших предприятий и частных лиц. Реализация этого инструмента моделирования виртуальной сети является как платным, так и бесплатным. Бесплатная версия имеет ограничение в 63 узла на лабораторию. Для виртуализации, связывания и настройки сетевых устройств нет необходимости загружать и устанавливать дополнительное приложение помимо сервера. Все проектирование, подключение и управление сетевыми топологиями можно легко выполнить с помощью интегрированного HTML5- клиента.
Важным фактором, который делает EVE-NG одним из лучших инструментов моделирования сети, является то, что приложение экономит время, позволяя вам вносить изменения в топологию сетей во время их одновременного запуска. Кроме того, она подходит как для Ethernet, так и для последовательных интерфейсов.
Boson NetSim
Boson NetSim: это приложение, имитирующее сетевые коммутаторы и маршрутизаторы Cisco. Одна из ключевых особенностей этого инструмента моделирования заключается в том, что он поставляется вместе со всеми лабораторными работами от Boson, и нет необходимости загружать отдельные файлы и импортировать их позже в NetSim. Весь процесс загрузки, отделки и сортировки лабораторных работ осуществляется в самом приложении. Построение и загрузка топологий сетей могут быть легко выполнены с помощью приложения. И наоборот, вы также можете просматривать топологии, загруженные другими участниками сообщества, и загружать их в приложение. Функции терминала чрезвычайно реалистичны.
Также стоит отметить, что Boson NetSim заимствует интуитивно понятную систему настройки от GNS3. Дополнительные модули (называемые надстройками) могут быть включены для настройки сетевого устройства. Когда устройство подключено к топологии сети, программное обеспечение спрашивает, какие именно модули вы хотите добавить.
VIRL
VIRL: Virtual Internet Routing Lab или VIRL- это эмулятор виртуальной сети от Cisco, который был специально разработан для удовлетворения потребностей образовательных учреждений и частных лиц. Будучи одним из топ-5 инструментов моделирования сетей в 2020 году, он поставляется в высоко масштабируемых вариантах, специально разработанных для средних и крупных предприятий. VIRL, поддерживающий клиент-серверную модель и сервер, могут быть легко установлены на виртуальной машине под управлением ESXi от VMware или даже на «голом железе» сервера.
Использование инструмента моделирования VIRL позволяет вам получить доступ к целому ряду лицензированных образов программного обеспечения Cisco, таких, как NX-Osv, IOS-Xrv, ASAv и IOSv (как второго уровня, так и третьего уровня). Хорошо то, что эти образы можно легко извлечь из сервера VIRL и установить поверх других эмуляторов, таких как EVE-NG и GNS3. Кроме того, VIRL ввела функцию, известную как AutoNetKit, которая облегчает базовые функции конфигурации на узлах для автоматического заполнения всей топологии сети. Эта функция очень эффективна в том случае, если вам необходимо быстро оценить модель поведения конкретной технологии или, практически воссоздать всю существующую сеть.
Подведем итоги
Приведенный выше список, безусловно, является кратким, но он определенно является всеобъемлющим для личных целей. Цель этого списка состоит не только в том, чтобы познакомить вас со списком инструментов моделирования сети входящих топ- 5, но и познакомить вас с возможностями специализированных функций этих инструментов.