Моделирование локальной вычислительной сети учебного центра

Для моделирования сети были изучены и использованы для построения сетей следующие программы:

Autodesk Revit – программа, основанная на технологии информационного моделирования зданий (BIM) и объединяющая в рамках единого комплекса инструменты для проектирования строительных конструкций и инженерных систем здания, таких как электропроводная. Программа использовалась для построения чертежа и 3D – модели 3 этажа корпуса № 16 НУК.

Dia –простое приложение с открытым исходным кодом, предназначенное для рисования и редактирования диаграмм. С помощью приложения были прорисованы основные элементы схем ЛВС.

NetCracker® Professional 4.1 – инструмент для проектирования и моделирования как локальных (одно- и многоуровневых), так и распределенных сетей, который представляет модель сети в динамическом и визуальном виде. Программа содержит базу данных с тысячами сетевых устройств различных производителей и позволяет создавать и добавлять в базу дополнительные устройства. Одной из наиболее интересных и полезных функций программы является наглядная имитация работы сети с помощью анимации.

После того, как сеть спроектирована, в ней можно задать различные типы трафика и проверить ее работу, используя функцию NetCracker Professional AutoSimulation™. В случае небольших проектов имитация работы сети происходит в режиме реального времени. В процессе имитации работы проекта, например, локальной сети с параметрами, максимально приближенными к реальным, программа отображает и накапливает различные статистические данные, которые по окончании имитации работы можно будет просмотреть и распечатать в виде отчѐтов, а также построить основные характеристики эффективности, такие как график производительности сети. Главное окно программы приведено на рисунке 1.

 

Рисунок 1 ‒ Главное окно NetCracker Professional 4.1

 

При создании моделируемой схемы сети можно использовать обширную базу сетевых устройств, производители которых представлены в окне браузера (рисунок 2). В диалоговых окнах задаются протоколы взаимодействия, длина кабеля и тип кабеля, пропускная способность и т.д., что делает модель максимально приближенной к реальной ЛВС.

Рисунок 2 ‒ Задание основных параметров ЛВС

 

Основная рабочая модель ЛВС с выбранным аппаратным обеспечением, типом и заданной длиной кабельной системы, параметрами трафика (устанавливаются и могут варьироваться длина кадров, межкадровый интервал, интенсивность нагрузки) в нормальном рабочем режиме приведена на рисунке 13. На серверах обеспечена максимальная для Fast Ethernet нагрузка. Каждая рабочая станция связана с серверами, трафик настроен корректно, коллизий не обнаружено. Моделирование показало, что сеть на кафедре работает без сбоев при рабочей нагрузке трафика, задаем размер кадра от 512 байт, межкадровый интервал 0.96 мкс. Основные модели ЛВС (Информатика и вычислительная техника) МУ «Средняя общеобразовательная школа №9», работающие в нормальном режиме и аварийный режим («крах») сети приведены в Приложении В.

Варьируя такие параметры, как размер кадра, интенсивность трафика, межкадровый интервал, моделируем ситуацию «краха» сети Ethernet, т.е. возникает перегрузка центрального коммутатора, который перестает справляться с наплывающим потоком кадров, превышающем максимальную производительность коммутатора, сеть больше функционировать не может.

 

Рисунок 3 ‒ Фрагмент модели ЛВС (Информатика и вычислительная техника) МУ «Средняя общеобразовательная школа №9» в нормальном режиме

Крах сети происходит при максимальном увеличении длины кадра, максимальной интенсивности трафика. Исходя из результатов моделирования, можно сделать следующие выводы: наибольшая нагрузка приходится на коммутатор серверной при нагрузках, которые могут быть достигнуты при непрерывной работе всех станций одновременно и с большой степенью загруженности (рисунок 4).

Рисунок 4 ‒ Крах ЛВС (Информатика и вычислительная техника) МУ «Средняя общеобразовательная школа №9»в аварийном режиме

 

Графика производительности ЛВС (Информатика и вычислительная техника) МУ «Средняя общеобразовательная школа №9»

Для оценки производительности сети Ethernet были разработаны как аналитические, так и эмпирические модели, но они не учитывали такую важную особенность технологии Ethernet, как коллизии. При моделировании была поставлена задача определения соотношения количества рабочих пакетов и коллизионных. Под рабочими кадрами подразумеваются кадры, которые достигают рабочих станций сети без искажений. При этом изменяемым параметром был выбран размер кадров, который принимал значения от 100 до 1500 с шагом 200. Расчетная полезная пропускная способность (производительность) соответствует идеальному случаю, когда в сети отсутствуют коллизии.

Расчетная производительность сети вычисляется:

П_расч= 10⁶ / (L ×8+(T_МКИ −1))×0.1, [кадр/с.].

Рабочая производительность сети с учетом коллизий вычисляется: П_раб=10⁶·D/(L×8+(T_МКИ −1))×0.1, [кадр/с.],

Где L – длина кадра, TМКИ – межкадровый интервал, 96 bt,

D – относительный коэффициент рабочих кадров, вычисляемый по формуле:

D=R / (R+К),

Где R – число рабочих кадров; K – число коллизионных кадров.

Параметр К можно приблизительно определить по работе модели сети в среде Netcracker. График работы сети с учетом коллизий строится с помощью Netcracker (рисунок 15).

Рисунок 5 ‒ График работы ЛВС (Информатика и вычислительная техника) МУ «Средняя общеобразовательная школа №9»с учетом коллизий

 

 

Заключение

В работе была поставлена задача проанализировать сетевых технологий ЛВС кафедры (Информатика и вычислительная техника) МУ «Средняя общеобразовательная школа №9». Произвести оценку критериев эффективности работы сети и основных параметров, составляющих критерии. Критериями эффективности ЛВС являются производительность и надежность работы сети. Основными параметрами критериев служат время задержек при передачи информации, пропускные способности сети: полезная, эффективная.

Сеть рассчитана с точки зрения пропускной способности, нагрузки сети, а также коэффициента ее использования. Анализ показал, что существующая конфигурация сети полностью удовлетворяет требованиям по обеспечению обработки информации, совместного использования сетевых ресурсов, таких как локальные диски, сетевой принтер, доступ в Интернет, контроль доступа к информации и т.д. Было доказано, что сеть удовлетворяет всем критериям построения локальных вычислительных сетей.

На основании трех принципов построения структурных кабельных систем доказано, что в основе кабельной системы кафедры Распределенных интеллектуальных систем лежат принципы построения открытых систем, что свидетельствует о возможности увеличения масштаба уже существующей сети.

Для модернизации сети даны некоторые рекомендации по усовершенствованию кабельной системы и сетевого оборудования. В работе приведены конкретные модели оборудования, ориентированные на их стоимость и функции.

Рассмотрены следующие основные направления модернизации сети на кафедре Распределительных интеллектуальных сетей:

- замена сетевого оборудования на участке сети от серверного оборудовании до ГРП. Это позволит существенно повысить скорость передачи данных, а также уменьшить время отклика серверного оборудования при одновременных больших запросах рабочих станций.

- организация беспроводного доступа в сеть. Попытка реализации такого доступа, осуществленная 2 года назад студентами кафедры РИС, не привела к успеху. Из анализа существующей ситуации видно, что благодаря правильной настройке беспроводного оборудования можно избежать значительных затрат на покупку нового оборудования.

В работе была спроектирована ЛВС со следующими характеристиками:

Топология – типа «звезда», модель – клиент-сервер, стандарт – 100Base-TX (Fast Ethernet), кабель - неэкранированная витая пара 5e категории.

В выборе программного обеспечения было отдано предпочтение программным продуктам фирмы Microsoft.