Методика проектирования вычислительных сетей
Проектирование современной информационной системы состоит из трех базовых направлений (рис. 1):
формализации бизнес-процессов предприятия и выработки
концепции их автоматизации;
разработки и реализации оптимального проекта корпоративной
вычислительной сети с учетом существующей информационной
инфраструктуры;
создания прикладного программного обеспечения (ПО) и
интеграции его с выбранными системными средствами.
Концептуальное
проектирование
Проектирование вычислительной сети
Проектирование
ПО
Рис. 1. Составные части современных информационных систем
Каждое из этих направлений может быть детализировано, и для их поддержки разработан ряд методик и инструментальных средств. Далее лишь вкратце рассматриваются основные характеристики средств реализации первого и третьего направления. Основной темой является второе направление – сетевое проектирование, все последующие разделы отведены детальному изучению соответствующего научного и практического инструментария.
Задача сетевого проектирования
Сети цифровых ЭВМ являются средством передачи информации в любую географически удаленную от ее источника точку. Сегодня сети ЭВМ проникли в промышленность, управление и образование, и создали новые сообщества, в которых тесно взаимодействуют пользователи, находящиеся на различных территориях. Сети ЭВМ произвели информационную революцию двадцатого столетия.
Сети ЭВМ – существенная часть и основа информационной инфраструктуры предприятия. Они создают технологии для новых парадигм обработки и представления информации, таких как клиент-сервер, бизнес-процессы,
складирование информации (банки данных), а также для электронной торговли. Поскольку корпоративная информация и ее интеграция становятся все более значимыми для современных предприятий, вычислительная сеть (ВС) должна поддерживать высокие качество, точность, эффективность и своевременность распределения информации.
Подобно любому другому компоненту предприятия, сеть ЭВМ подвергается непрерывным изменениям. Эти изменения вызваны двумя
базовыми факторами:
Потребностью в новых услугах, предоставляемых с помощью вс;
стремительным прогрессом в развитии сетевых технологий, предоставляющим более эффективные, более надежные и более дешевые сетевые решения. Это, в свою очередь, приводит к большей доступности новых услуг связи.
Оптимальное решение проблемы проектирования сети предприятия задается следующими целями (рис 2):
минимизацией стоимости (т. е. формирование по возможности
наиболее дешевой сети);
максимизацией отношения цена/производительность (ускорение возврата капиталовложений);
повышением качества обслуживания (QoS) (например, снижение времени задержки при предоставлении услуги);
минимизацией риска потерь (повышение надежности);
максимизацией прибыли предприятия (например, завоевание
новых рынков посредством работы в национальных и в общемировых сетях);
максимизацией расширяемости (т. е. гибкости) сети;
укреплением престижа фирмы;
Перечисленные цели не ортогональны по отношению друг к другу,
(Идея ортогональности в архитектуре программ очень проста – разделять на независимые части все что только можно разделить. Если какая-то задача может быть решена независимо от других, то в решении этой задачи не должно появляться лишних связей любой природы с другими частями программы.
Высокая степень ортогональности позволяет легко менять вашу программу в соответствии с изменяющимися требованиями, делает код более понятным, легче тестируемым и во многих случаях даже уменьшается объем кода.)
однако хорошо разработанная сеть должна поддерживать большинство из них. Кроме того, различные предприятия придают каждой из этих целей различное значение. Например, для проекта сетей оборонных предприятий определяющим параметром будет являться надежность.
Далее перечислены основные исходные данные для процесса проектирования сети:
Локализация потребностей в услугах.
Функциональные возможности или услуги, которые необходимо предоставлять.
Выбор структуры сети с определением доступности конкретных услуг для конкретных областей.
Стоимость сетевых компонентов и тарифная информация по услугам.
Для выполнения сетевого проекта необходим формальный метод фиксации указанной информации. Метод должен поддерживать создание альтернативных проектов, а также возможность оценки их преимуществ и недостатков
Рост прибыли
Укрепление престижа фирмы
Повышение качества
Рост производительности
Повышение гибкости
СОЗДАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СЕТИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Минимизация стоимости
Минимизация рисков
Рис. 2. Цели сетевого проектирования
Требования к методике
Методика должна обеспечивать надежную процедуру, которая поддерживает сбор данных (информационное обследование), создание множества проектов (собственно проектирование) и их оценку (анализ), а также окончательный выбор оптимального проекта и его внедрение (рис. 3). Процесс сетевого проектирования включает моделирование сети AS-IS ("как есть"). Для облегчения создания сетевых проектов TO-BE ("как должно быть"), поддерживается фиксация текущих и возможных в будущем рабочих нагрузок. Для каждого альтернативного проекта выполняются многоаспектные исследования, результатом которых является документация по обоснованию проекта. Методика также предусматривает разработку и дополнение библиотек описания сетевых технологий, представляющих современные и перспективные технологии вычислительных и телекоммуникационных сетей. Таким образом, предлагаемая методика разработана для использования совместно со средствами моделирования сетей для помощи в разработке сетевой архитектуры, которая затем может быть проверена и проанализирована с учетом различных сетевых технологий
Существующая
сеть
Модель
WHAT-IF
Разработанная
сеть
Обследование
Анализ
Внедрение
Модель
AS-IS
Модель TO-BE
Модель TO-BE
Модель
TO-BE
Выбор
О
Оптимальный
проект
Рис.
3.
Сфера
действия
методики
В настоящем разделе содержится краткий обзор исследований, проведенных при разработке методики сетевого проектирования, нацеленной на моделирование и проектирование вычислительных сетей и сетей связи.
Данная методика может использоваться для моделирования существующих (AS-IS) или предлагаемых (TO-BE) сетей ЭВМ. Она помогает проектировщикам сетей и при анализе типа WHAT-IF ("что, если"), а также при документальном обосновании выбора проекта.
Большинство предприятий имеет сеть, которая через некоторое время расширяется и изменяется. Предприятия редко заменяют существующую сеть целиком – чаще всего она просто расширяется, либо частично модернизируется. Следовательно, важно фиксировать положение сети "как есть". Под этим понимается изучение и документирование существующего размещения сети и описание существующих сетевых компонентов.
Чтобы поддерживать сеть "как должно быть", методика должна иметь возможность представления требований к номенклатуре и качеству сетевых услуг. Также она должна включать описание различных технологий, применимых для каждого компонента или службы сети связи и технические спецификации, которые требуются для анализа общего проекта наряду с представлением стоимости и тарифов компонентов или услуг связи.
Методика ориентирована на следующие проблемы и потребности, связанные с сетевым проектированием.
Спецификация размещения, декомпозиция и топология сети. Сети ЭВМ в общем принято классифицировать как локальные вычислительные сети (ЛВС), сети городского масштаба (муниципальные, МВС) и глобальные сети (ГВС). Сеть любого класса может быть смоделирована с любым уровнем детализации. В наиболее "загрубленном" случае сеть представляется как одиночный узел. Такой узел может затем быть разбит на составляющие, например согласно географическому распределению по городам. Детализация каждого из получившихся узлов может продолжаться до тех пор, пока не достигнет уровня, на котором дальнейшая декомпозиция не является полезной.
Методика должна быть способна отразить структуру сети на различных уровнях декомпозиции (например, топологию сети предприятия, которое географически распределено). В то же время должна существовать возможность анализа отдельных сегментов сети внутри города, здания и даже комнаты.
Также должна иметься возможность представления как регулярной (правильной), так и нерегулярной топологий на любом уровне декомпозиции. Регулярные топологии обычно используются в ЛВС и МВС (как известно, они включают звезду, шину и кольцо). Нерегулярная топология создается при использовании множества двухточечных связей, соединяющих узлы сети.
Спецификация рабочей нагрузки и качества обслуживания. Рабочая нагрузка отражает характеристики заданий, которые генерирует центр запросов в сети. Качество обслуживания определяется минимальными требованиями центра запросов. Вот несколько примеров требований QoS:
среднее время ответа не должно быть более 2 с;
вероятность блокировки на всем маршруте не должна превышать
0.005.
Поведение элементов сети. Это – качественные характеристики сетевых компонентов, а именно:
маршрутизация трафика на обходных маршрутах;
правила формирования очереди в различных узлах;
протоколы для каналов множественного доступа.
Характеристики элементов сети. Примерами количественных
характеристик сетевых элементов служат:
интенсивность отказов моста;
максимальная ширина полосы пропускания шины или канала
"точка–точка";
число портов в концентраторе или в мосте.
Стоимость и тарифы. Методика должна быть в состоянии
учитывать информацию о стоимости, включая ее фиксированную и переменную составляющие для каждого компонента сети. Так как сеть предприятий – это комбинация отдельных элементов и общих (коммутируемых) услуг, необходима и оценка тарифов потенциальных услуг.
Средства описания сети. Сети ЭВМ традиционно моделировались на основе теории графов. Большинство аспектов ВС, относящихся к топологии и надежности, укладываются в теоретический базис, предоставляемый графами. Поскольку ясно, что методы сетевого проектирования имеют графический язык описания, имеется потребность в иллюстративном представлении различных условий и ограничений, существующих в ВС, а также манипулировании ими. Методика должна решать и эту проблему.
Результаты. Результат применения методики – сетевой проект, представленный как конфигурация сетевых компонентов и их спецификации
(протоколы, ширина полосы частот и т. д.) наряду с другими моделями
проекта (т. е. моделями формирования очередей, моделями надежности, стоимости), а также документация по обоснованию проекта.