Файл: Дипломный проект 230201. 65. Информационные системы и технологии.pdf
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 53
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
23
Лист
23
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
R(C, μ0) маркировка μ0 достижима из μ.
Покрываемость. Маркировка μ покрываема, если существует другая маркировка μ’ R(C, μ0) такая, что в каждой позиции μ’ фишек не меньше, чем в позициях маркировки μ.
Устойчивость. Сеть Петри называется устойчивой, если для любых двух разрешѐнных переходов срабатывание одного из них не приводит к запрещению срабатывания другого.
2.2 Метод математического моделирования
Использование математических методов моделирования связано с необходимостью построения математических моделей ЛВС в строгих математических терминах. Математические модели ВС носят обычно вероятностный характер и строятся на основе понятий аппарата теорий массового обслуживания, вероятностей и марковских процессов, а также методов диффузной аппроксимации.
Могут также применяться дифференциальные и алгебраические уравнения.
Математические методы имеют самостоятельное значение лишь при исследовании процессов функционирования ЛВС в первом приближении и в частных, достаточно специфичных задачах.
Преимущества математического моделирования:
Позволяет получать зависимость результатов моделирования от совокупности исходных данных;
Недостатки математического моделирования:
Не может оперировать всеми необходимыми параметрами сетевого оборудования, которые позволят с максимальной достоверностью и точностью смоделировать ЛВС;
Сложность математического описания вычислительных процессов
ЛВС;
24
Лист
24
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
Громоздкость вычислений для сложных моделей;
Произведѐм анализ существующей сети методом математического моделирования.
Анализ существующей до модернизации ЛВС методом математического моделирования.
Расчет информационного потока dBase базы.
Существующая до модернизации ЛВС отделения, включала в себя 15 рабочих мест, 1 сервер БД, 1 файл-сервер, 1 BackupServer, 1 ProxyServer и 3 сетевых принтера. Для расширения сети до 30 рабочих мест (из которых новые
15), с целью предупреждения возникновения «узких» мест, и дальнейшей перспективой развития принято добавить сервера БД и FILE-сервер. Что касается BackupServer: используется для резервных копий первых двух серверов.
Перед расчетом представим особенности определения информационных потоков для многопользовательских БД формата dBase. В БД формата dBase основная нагрузка ложится на рабочие станции пользователей, т.к. наборы данных для обработки передаются с сервера на рабочие станции, что характеризует большое значение информационного потока, при этом сервер используется лишь для хранения информации. Информационный поток определяется на основе размеров файлов необходимых для выполнения этих операций, т.к. при их выполнении происходит копирование файлов данных на локальные машины с сервера, либо обратная операция сброса информации на сервер.
Размеры передаваемой информации и количество обращений к dBase базы были взяты исходя из работы их на локальных компьютерах.
Чтобы сравнить разные методы моделирования был произведен математический расчет некоторых параметров сети.
1. Расчет среднего потока информации dbf базы объѐмом 180 Мб, на 15 рабочих мест.
25
Лист
25
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
Расчет сети производен по следующей формуле: где П – поток информации кбит/с; a – размер передаваемого файла по сети, МБайт; b – размер индексов передаваемых по сети, Мбайт; k1 – коэффициент для перевода MБайт в кБит, k1 = 8192 k2 – коэффициент для перевода часов в секунды, k1 = 3600 с – количество раз чтение/записи базы с сервера в 8-ми часовой рабочий день
8 – продолжительность рабочего дня, час
При открытии файла по сети будет передаваться копия в среднем 6 Mb, а также индексы размером 1 Mb, с периодичностью 16 раз в день.
При записи на диск файла будет передаваться копия в среднем 8 Mb, а также индексы размером 1 Mb, с периодичностью 16 раза в день.
Средний поток при открытии файла будет равен: кБит/сек
Средний поток при сбросе на диск файла будет равен: кБит/сек
Итак, общий средний поток информации между одной рабочей станцией и dbf-базой сервера за 8-ми часовой рабочий день будет равен:
27,3 кбит/с+36,4 кбит/с = 63,7 кбит/с
c
k
k
b
a
2 1
8
)
(
Поткр/закр
3
,
27 16 3600 8
8192
)
1 5
(
Пчтен
4
,
36 16 3600 8
8192
)
1 7
(
Пзап
26
Лист
26
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
Рассчитаем суммарный средний поток dbf-баз: где ΣП1 – суммарный средний поток от dbf-баз, кбит/с; a – поток от dbf-базы, кбит/с; b – количество пользователей базы.
(63,7 кбит/с•15)=955,8 кбит/с
2. Расчет среднего потока информации от простого обмена файлами.
Страница текста будет занимать в среднем от 15 до 800 кбайт в зависимости от сложности текста и формата передаваемой информации. На сегодняшний момент для передачи текста наиболее распространены такие приложения как Word и Excel. Основываясь на эти приложения, средние потоки информации, рассчитаны по следующей формуле. где Ппр – простой поток кбит/с; a – количество страниц, шт; b – размер страницы, кБайт; k1 – коэффициент для перевода кБайт в кБит, k1 = 8 k2 – коэффициент для перевода часов в секунды, k1 = 3600 8 – продолжительность рабочего дня, час
Рассчитаем максимальное значение Ппр.max (для 300 стр.) и минимальное значение Ппр.min (для 10 стр.) и определим примерное среднее значение для одной рабочей станции. кбит/с
)
(
1
b
a
П
1
П
2 1
8 k
k
b
a
Ппр
3
,
333 3600 8
8 4000 300
max
Ппр
27
Лист
27
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
кбит/с кбит/с
Общий средний поток информации запроса от простого обмена страницами будет примерно равен:
Σ Ппр = 172,2•15 = 2583,3кбит/с
Итак, суммарный средний информационный поток всей сети будет равен:
ΣП=ΣП1+ΣП2=955,8 кбит/с+2583,3 кБит/с =3539,1 кБит/с
Анализ существующей сети методом математического моделирования показал, что средний информационный поток равен 3539,1 кБит/с, что является критическим значением для существующей сети, т.к. информационный поток в
ЛВС, работающей в режиме Fast Ethernet 100Мбит/с не должен превышать допустимую норму в 4050 Мбайт/час. Во время пиковой нагрузки значение информационного потока превышает допустимую норму, сетевое оборудование не справляется с возложенной на него нагрузкой и это является причиной возникновения ошибок при передаче данных.
Ранее упоминалось, что с введением дополнительных функций в систему увеличился объѐм передаваемой информации, возросла нагрузка на сетевое оборудование. При передаче данных стали возникать ошибки. В связи с увеличением числа сотрудников и как следствие подключением их к ЛВС при автоматическом согласовании настроек подключения сетевого оборудования был установлен скоростной режим Fast Ethernet 100Мбит/с, при том, что активное сетевое оборудование поддерживает стандарт Fast Ethernet
1
,
11 3600 8
8 4000 10
min
Ппр
2
,
172 2
1
,
11 3
,
333
Ппрср
28
Лист
28
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
100BaseTХ.
В будущем, при увеличении числа сотрудников использующих ЛВС, значение среднего информационного потока будет расти и сетевое оборудование, работающее в режиме Fast Ethernet 100Мбит/с будет не способно выдержать возросшую нагрузку.
29
Лист
29
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
2.3 Метод имитационного моделировани
Особым классом математических моделей являются имитационные модели. Такие модели представляют собой компьютерную программу, которая шаг за шагом воспроизводит события, происходящие в реальной системе.
Применительно к вычислительным сетям их имитационные модели воспроизводят процессы генерации сообщений приложениями, разбиение сообщений на пакеты и кадры определенных протоколов, задержки, связанные с обработкой сообщений, пакетов и кадров внутри операционной системы, процесс получения доступа компьютером к разделяемой сетевой среде, процесс обработки поступающих пакетов маршрутизатором и т.д.
При имитационном моделировании сети не требуется приобретать дорогостоящее оборудование - его работы имитируется программами, достаточно точно воспроизводящими все основные особенности и параметры такого оборудования. Результатом работы имитационной модели являются собранные в ходе наблюдения за протекающими событиями статистические данные о наиболее важных характеристиках сети: временах реакции, коэффициентах использования каналов и узлов, вероятности потерь пакетов и т.п. Существуют специальные, ориентированные на моделирование вычислительных сетей программные системы, в которых процесс создания модели упрощен. Такие программные системы сами генерируют модель сети на основе исходных данных о ее топологии и используемых протоколах, об интенсивностях потоков запросов между компьютерами сети, протяженности линий связи, о типах используемого оборудования и приложений.
Системы имитационного моделирования обычно включают также набор средств для подготовки исходных данных об исследуемой сети - предварительной обработки данных о топологии сети и измеренном трафике.
Эти средства могут быть полезны, если моделируемая сеть представляет собой вариант существующей сети и имеется возможность провести в ней измерения
30
Лист
30
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
трафика и других параметров, нужных для моделирования.
Имитационное моделирование позволяет производить комплексную оценку оборудования и процессов (технологий, программного обеспечения), используемых в ЛВС. При этом воспроизводятся реальные процессы в обследуемом объекте, исследуются особые случаи, воспроизводятся реальные и гипотетические критические ситуации.
Основным достоинством имитационного моделирования является реальная возможность проведения экспериментов с исследуемым объектом, не прибегая к физической реализации, что позволяет предсказать и предотвратить большое число неожиданных ситуаций в процессе эксплуатации, которые могли бы привести к неоправданным затратам при их устранении.
Преимущества имитационного моделирования:
Оно помогает получить ответ на вопрос "что, если..."
Возможность подмены процесса смены событий в исследуемой системе в реальном масштабе времени на ускоренный процесс смены событий в темпе работы программы. В результате за несколько минут можно воспроизвести работу сети в течение нескольких дней, что дает возможность оценить работу сети в широком диапазоне варьируемых параметров.
Учитывает большое количество реальных деталей функционирования моделируемого объекта.
Недостатки имитационного моделирования:
Сложность проведения экспериментов.
Данный подход требует многократного повторения имитируемого процесса при изменяющихся значениях случайных факторов с последующим статистическим усреднением (обработкой) результатов отдельных однократных расчетов. Применение статистических методов, неизбежное при имитационном моделировании, требует больших затрат машинного времени и вычислительных ресурсов.
31
Лист
31
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
1 2 3 4 5
2.4 Выбор системы моделирования
Существует достаточное множество систем моделирования. Отражены основные характеристики наиболее популярных систем имитационного моделирования.
Netmaker (фирмы OPNET Technologies) – проектирование топологии, средства планирования и анализа сетей широкого класса. Состоит из различных модулей для расчета, анализа, проектирования, визуализации, планирования и анализа результатов.
NetCracker - система имитационного моделирования (фирмы NetCracker
Technology). Позволяет анализировать работу сложных сетей, работающих на основе практически всех современных сетевых технологий и включающих как локальные, так и глобальные связи.
Система имитационного моделирования NetCracker используется для разработки и исследования вычислительных сетей и сетей связи, позволяет анализировать работу сложных сетей, работающих на основе практически всех современных сетевых технологий и включающих как локальные, так и глобальные связи.
Основные направления - это сбор данных о работе сети; детальное моделирование сети; быстрая оценка производительности сети.
NetCracker предоставляет пользователю:
обширную базу данных, содержащую информацию о технических характеристиках тысяч реальных устройств;
возможность соединения этих устройств (с учетом их типов и совместимости) каналами связи с реальными свойствами;
современный графический интерфейс, позволяющий по технологии втаскивания drag and drop включать в проект необходимые устройства, оснащать их встраиваемыми дополнительными элементами (сетевыми картами), задавать установку математического обеспечения различных видов
32
Лист
32
ДП-230201.65-0803795 ПЗ
Изм. Колич.
Подпись Дата
Лист. № док
трафика (отдельно для клиентов и сервера), дополнять проект рисунками и текстом, выполненным как встроенными средствами самой системы, так и внешними (Visio);
наглядное представление процесса моделирования в форме анимации, показывающей пути и характер передаваемой информации;
многоуровневое иерархическое построение проектов, позволяющих исследовать сети от локального до глобального уровня;
средства формирования отчетов о составе, стоимости и рабочих характеристиках сети.
Чтобы отобразить все недостатки и уязвимые места существующей ЛВС построим имитационную модель в профессиональной имитационной среде
NetCracker v.4.0 от компании NetCracker Technology. Цель имитационного моделирования – наглядно изобразить все недостатки существующей ЛВС.
Рассмотрим небольшой фрагмент имитационной модели, который представлен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Серверный шкаф