Имитационное моделирование компьютерных сетей

 

Netsimulator.

NETSIMULATOR предназначен для моделирования сетей с пакетной коммутацией и различными методами маршрутизации пакетов.  
 
  NETSIMULATOR позволит разработчику или обслуживающему персоналу сети моделировать поведение сети, изменяя: топологию сети, способ маршрутизации пакетов, пропускные способности любого канала сети, нагрузку на сеть (интенсивности входных потоков), длины пакетов и распределение числа пакетов в одном сообщении, размеры памяти на узлах коммутации, ограничения на максимальное время пребывания сообщений в сети, приоритеты различных сообщений. 
Система позволяет моделировать такие методы маршрутизации пакетов, как метод рельефов, метод Форда, метод Дейкстры, метод Бэрена, метод обмена задержками пакетов между узлами сети, метод Галлагера, метод решения уравнений Беллмана (для специального вида сети), а также случайную маршрутизацию, протоколы RIP, EGP, IGRP, BGP, OSPF и т.п. Большинство методов реализовано в нерандомизированной и рандомизированной модификациях. 
Система использует принцип разделения сообщений на типы, различающиеся по длинам и приоритетам пакетов, распределением их числа, интенсивностям входных потоков и т.д.

 

 

---

В результате работы модели получается информация о :

• средних задержках (временах доставки) сообщений различных типов;
• гистограммах и функциях распределения задержки (времени доставки) сообщений;
• гистограммах плотностей и функций распределения занятой памяти по узлам коммутации;
• количествах сообщений различных типов, дошедших до адресата;
• количествах отказов в доставке сообщений по различным причинам (нехватка памяти, превышение допустимого времени пребывания в сети и т.д.);

В процессе моделирования, по желанию пользователя возможно заполнение "журнала регистрации событий сети" для последующего статистического анализа.

Opnet.

Opnet Modeler предлагает пользователям графическую среду для создания, выполнения и анализа событийного моделирования сетей связи. Это удобное программное обеспечение может быть использовано для большого ряда задач, например, типичные создание и проверка протокола связи, анализ взаимодействий протокола, оптимизация и планирование сети. Также возможно осуществить с помощью пакета проверку правильности аналитических моделей, и описание протоколов.

     В рамках,  так называемого,  редактора проекта  могут быть созданы палитры  сетевых объектов, которым пользователь  может присвоить различные формы  соединения узлов и связи вплоть  до имеющих вид головоломки. Автоматизированное  порождение сетевой топологии - кольца, звезды, случайной сети, также поддерживается и резервируется утилитами для импортируемых сетевых топологий в различных форматах. Случайный трафик может быть автоматически сгенерирован из алгоритмов, указанных пользователем, а также импортирован из входящих в стандартную комплектацию пакета форматов реальных трафиков линий. Результаты моделирования могут быть проанализированы, а графы и анимация трафика, опять же будут сгенерированы автоматически. Новая особенность - это автоматическое преобразование в формат html 4.0х.

     Одним из  плюсов из создания модели  сети с помощью программного  обеспечения является то, что  уровень гибкости, обеспечиваемый  ядром моделирования, тот же, что  и для моделирования, написанных  с нуля, но объектное построение среды позволяет пользователю намного быстрее делать разработку, усовершенствования и производить модели для многократного использования..

     Есть несколько  сред редактора - по одной для  каждого типа объекта. Организация  объектов - иерархическая, сетевые объекты (модели) связаны набором узлов и объектов связи, в то время как объекты узла связаны набором объектов, типа модулей очерёдности, модулей процессора, передатчиков и приемников. Версия ПО для моделирования радиоканала содержит модели антенны радиопередатчика, антенны приемника, перемещающихся объектов узла (включая спутники).

     Логику поведения  процессора и модулей очередности  определяет модель процесса, которую  пользователь может создавать  и изменять в пределах редактора  процесса. В редакторе процесса пользователь может определить модель процесса через комбинацию алгоритма работы конечного автомата (finite-state machine - FSM) и операторов языка программирования C/C++.

 Вызов события модели  процесса в течение моделирования  управляется возбуждением прерывания, а каждое прерывание соответствует  событию, которое должно быть  обработано моделью процесса.

     Основа связи  между процессами - структура данных, называемая пакетом. Могут быть заданы форматы пакета, то есть они определяют, какие поля могут содержать такие стандартные типы данных, как целые числа, числа с плавающей запятой и указатели на пакеты (эта последняя способность позволяют инкапсулировать моделирование пакета). Структура данных, вызывающая информацию по контролю за интерфейсом (interface control infor-mation - ICI), может быть разделена между двумя событиями моделей процесса - это ещё один механизм для межпроцессорной связи, это очень удобно для команд моделирования и соответствует архитектуре многоуровневого протокола. Процесс также может динамически порождать дочерние процессы, которые упростят функциональное описание таких систем, как серверы.

     Несколько  основных моделей процесса входят  в базовую комплектацию пакета, моделируя популярные протоколы работы с сетями и алгоритмы, вроде протокола шлюза границы (border gateway protocol - BGP), протокола контроля передачи.  Интернет протокол (TCP/IP), ретрансляции кадров (frame relay), Ethernet, асинхронного режима передачи (asynchronous transfer mode -ATM), и WFQ (weighted fair queuing). Базовые модели полезны для быстрого развития сложных имитационных моделей для общих архитектур сети, а также для обучения, чтобы дать точное функциональное описание протокола студентам. Существует возможность сопровождения комментариями и графикой ( с поддержкой гипертекста) моделей сети, узла или процесса.

     В режиме  прямого диалога доступна подробная  документация в формате pdf. Обучающее руководство содержит простые примеры, по которым возможно сравнительно быстро обучиться всем тонкостям программы. Я включил Opnet  в студенческие лабораторные по курсу сетей в Университете Калифорнии, Сан Диего, и обнаружил, что примерно за неделю, большинство студентов приобретает базовые знания о том, как синтезировать имитационные модели, с помощью этого программного продукта.

NetMaker XA.

Вычислительное ядро моделирования, используемое в NetMaker XA от Make Systems, - одно из наиболее мощных на рынке, и это сыграло немаловажную роль в том, что продукт зарекомендовал себя столь хорошо. За что ни возьмись - все работает в полном соответствии с описаниями. У нас не возникло никаких проблем ни с моделированием спроектированной нами небольшой сети, ни с усовершенствованием системы, приведенной производителем в качестве примера. Кроме того, генерируемые программой отчеты содержали всю необходимую информацию.

Главные недостатки NetMaker XA - необходимость серьезного обучения пользователя и высокая стоимость. Если к цене базовой конфигурации изделия добавить стоимость дополнительных модулей, получится довольно значительная сумма.

Основу продукта составляют модули Visualizer, Planner и Designer. Каждый из них выполняет какую-то одну функцию; чтобы смоделировать работу сети, необходимы все три.

Visualizer служит для получения информации о сети и ее просмотра. В его состав входят SNMP-модули автоматического распознавания, которые опрашивают сетевые устройства и создают соответствующие им объекты. Информацию об этих объектах можно затем редактировать с помощью Visualizer.

Planner - это библиотека устройств, которая помогает проанализировать, что получится при установке  в сети нового устройства (например, дополнительного маршрутизатора). Make Systems поставляет встраиваемые модули (plug-in), содержащие объекты с данными о продуктах различных производителей. В таких объектах содержится полное описание различных моделей устройств (от числа сетевых интерфейсов до типа процессора); вся информация заверяется производителем. С помощью Planner пользователь может самостоятельно строить свои собственные объекты для описания сетевых устройств и каналов связи, не включенных в библиотеку.

Designer нужен для построения  схем сетей. Данное средство позволяет  легко и быстро создавать модели  и анализировать альтернативы. Если пользоваться им совместно с Planner, можно получать информацию о том, как будет работать сеть заданной конфигурации.

Если требуется пойти несколько дальше, придется приобрести еще три модуля: Accountant, Interpreter и Analyzer. В состав Account входит тарификационная база данных; этот модуль помогает проанализировать затраты, связанные с использованием тех или иных сетей общего доступа. Нам показался очень полезным модуль Interpreter, предназначенный для сбора данных от средств анализа трафика. Затем данные автоматически импортировались в нашу модель, что позволяло использовать их почти в режиме реального времени, а не строить гипотезы относительно работы сети. Наконец, Analyzer и предназначенный для него встраиваемый модуль "выживаемости" помогают разрабатывать планы восстановления после аварий, а также добиваться того, чтобы ни одна неисправность (после ее локализации) не могла привести к отказу сети в целом.

Стоит все это богатство функций очень дорого - от 37 тыс. дол. за базовый комплект плюс доплаты за встраиваемые модули. Тому, кто захочет приобрести модули Accountant, Interpreter и Analyzer, придется раскошелиться еще на 30 тыс. дол. Установить NetMaker XA можно только на SPARCstation от Sun Microsystems.

К этому надо добавить стоимость обучения, поскольку без него у вас просто ничего не получится. В Make Systems осознают, что пользоваться их продуктом не так-то просто; во время испытаний к нам прислали специалиста, который обучил нас работе с пакетом.

Тем не менее для счастливого обладателя большой сети на несколько тысяч узлов NetMaker XA - то что нужно.

SES/Strategizer - альтернативный подход

Тот, кто не собирается включать возможность роста в свою модель сети, вполне удовлетворится значительно менее дорогим продуктом SES/Strategizer от Scientific and Engineering Software (цена 9995 дол.).

SES/Strategizer просчитывает модели  очень быстро. Мы установили этот  продукт на рабочей станции  на базе Pentium II, и всего за 2 с  программа рассчитала, как будет  работать довольно сложная сеть  в течение 24 ч. Можно также собирать тонкие статистические данные о каком-то одном конкретном элементе модели, например, следить за степенью загрузки центрального процессора с разбивкой по процессам, пользователям и моделям поведения.

Один из серьезных недостатков программы - необходимость перезапуска модели при каждом внесении каких-либо изменений. Другие продукты позволяют вставлять в модель различные переменные (например, учитывающие рост сети); в результате можно опробовать несколько вариантов в ходе одного прогона программы.

Установка не вызвала никаких затруднений, хотя мы были очень удивлены, получив программу на дискетах. Как и прочие пакеты, SES/Strategizer позволяет без труда задавать и модифицировать значения параметров, таких как пропускная способность. Кроме того, продукт выдает запрос на подтверждение ("Применить" или "Отмена"), если пользователь пытается закрыть диалоговое окно, щелкнув мышью на крестике в правом верхнем углу. Такая функция не предусмотрена в других продуктах, что неудобно, поскольку с ними никогда нельзя быть уверенным, какое действие будет предпринято по умолчанию.

И все же отдельные стороны SES/Strategizer нуждаются в доработке. Например, для просмотра результатов моделирования на том же ПК, где работает сама программа, требуется запустить Microsoft Excel; данные он должен брать из создаваемых SES/Strategizer файлов, где для разделения числовых полей используются знаки табуляции. Если Excel не установлен, пользователь получает странное сообщение об ошибке, указывающее на совершенно другую причину сбоя. Надо просто информировать пользователя, что ему следует установить Excel, или обеспечивать возможность просмотра средствами какой-нибудь другого приложения.

Различия между SES/Strategizer и Predictor отнюдь не так велики, как позволяет предположить разница в их ценах (19 тыс. дол.). Predictor хорош тем, что расчеты могут охватывать продолжительный период существования сети, а пользователь - учитывать рост трафика с течением времени. По части функций SES/Strategizer отстает совсем не так сильно - пользователю просто придется смириться с необходимостью постоянно просчитывать модель заново.

И все же NetMaker XA остается королем. Он - для тех, кто может раскошелиться на немалую сумму и хочет заполучить лучшее средство моделирования сети.