Research methods of network traffic characteristics in computer systems

Подход к расширению состава функций NMS

 и результаты тестовой реализации

 

Абросимов Л.И., Грищенко М.С., Кунякин Н.А., Челноков С.С., Макаров Е.Ю., Цыплёнков С.Р.

 

 

 

Введение 

Программный продукт NMS (Network Monitoring Suite), разработанный фирмой LanWare, [www.lanware.net] обладает широким спектром функций, предоставляемых администратору для обеспечения эффективного управления вычислительными сетями.

В состав этих функций входят следующие:

- Ping (Пингование)

NMS can check the existence and availability of any object on the network that will respond to the ping command.

- NT System Services (Сервисы NT систем)

NMS can monitor NT Services and other Services which the operating system hosts. You are able to choose whether to attempt a re-start of a failed service or only notify that a service has failed

- NT Processes (NT процессы)

NMS has process monitoring capabilities in order to give you the existence or malfunction of any particular process. It gives you the option to restart the process or notify you that it is no longer available.

- SNMPv1 and SNMPv2 support (поддержка SNMPv1 и SNMPv2)

NMS support both SNMP versions to obtain any variable that can be received natively or by compiling a custom MIB.

Port Monitoring (мониторинг портов)

NMS can monitor a connection to any given TCP/IP port. If connections to the port cannot be established or broken, NMS will notify accordingly.

- Performance Counters, Objects and Thresholds (Производительность маршрутов, объектов и предельные значения)

The NMS Performance counter engine works essentially the same way as PerfMon native to Windows NT operating systems. You are presented a list of objects and counters for a given NT Machine. Also you are able to set threshold values that will set off notification triggers.

- Event Log Filtering (Фильтация условных записей)

NMS Event Log Monitor distributes agents to target machines. The agents on each target machine will report all events in the Application, Security, and System log back to a central repository located on the NMS console. A filter is set on the console for a particular object to look for specified events. If a match is discovered the appropriate error trigger will be launched.

- Back Office Resource Monitoring Scripts (Скрипты мониторинга     ресурсов)

NMS has a wide variety of pre-configured scripts, which look at specific aspects of a given service. These Scripts are tailor made to monitor the key counters and objects that are ideal for a given server service. Threshold values can also be set within the script so you may be notified when the status reaches critical.

- Customized VB Macros (Настраиваемые VB макросы)

NMS has the capabilities of monitoring various aspects of a network. If for some reason NMS is not capable of performing a task natively, the option of attempting to do the task via a custom script still remains.

- Web-Sight Module (Модуль Web-сайта)

The Web-Sight module is a sister program of NMS. Web-Sight enables you to have an eye on to the NMS central console. This way if you are out of the proximity of the NMS console you can use a web browser to navigate to the IIS machine that Web-Sight is installed on and get an idea of what is happening with objects in the NMS console. It is meant to be a window on to the NMS console.

- Visual and Audio Notification (визуальные и аудио-сообщения)

NMS will visually show you an object in error state by highlighting the object in 'Red'. This way you can see exactly which object is having trouble. Also as soon as an object is placed in error state a default or custom audio wave will sound.

- Record events into the Window NT Event Log and NMS log (Запись условий в журнал условий Window NT и журнал NMS)

NMS upon error will automatically record the event trigger into the NMS log. You have the option to additionally record the trigger into the Window NT Event Log. This way you are keeping track of exactly when and how many times a particular event occurred

- Run an external program (Запуск внешних программ)

NMS allows you to specify a third party program to execute when an object is put in an error state. Having this option allows for a more versatile program in that it does not limit you to only its capabilities with notification.

- Send an Alpha or Numeric Page (Отправление текстовой или цифровой страницы)

With support of TAP ver1.8 you are able to send alpha pages via modem to your cell phone or pager. This goes the same for Numeric paging. Via the use of a mode NMS can alert you with a code via numeric pagers that you configure.

Send an Email (Отправление по Email)

NMS use an SMTP server to route email to an administrator or other specified email address when an object is in an error state.

- Send an SNMP trap (Отправление по SNMP прерыванию)

NMS is capable of send out SNMP traps to third party SNMP monitors or its self. You are able to utilized SNMP features as well with notification.

- Run a customizable VB macro (Запуск настраиваемых VB макросов)

If there is a particular action that you would like to perform when an object is in an error state. You can use the versatility of the VB scripting engine that is include with NMS. Try it your self or have Lanware customize a VB script for you.

 

Состав дополнительных функций

В лаборатории Вычислительных сетей Московского энергетического института (Технического университета), руководимой профессором Абросимовым Л.И. [http://network-journal.mpei.ac.ru], был произведен анализ работы ряда администраторов, управляющих работой ЛВС, содержащих 1000 и более рабочих станций. Установлено, что кроме перечисленных выше функций администратор, управляющий работой вычислительной сети должен иметь возможность:

- иметь возможность оценить производительность сети в текущий момент времени,

- детально контролировать структуру сети,

- иметь возможность оценить, как изменится производительность сети при изменении структуры, и/или состава оборудования, и/или направления трафика.

Для реализации указанных возможностей необходимо иметь модель вычислительной сети, которая учитывает структуру сети, характеристики производительности компонентов вычислительной сети, характеристики трафика сети в различные интервалы времени, которые интересуют администратора сети.

Состав дополнительных программных модулей

Разработки, выполненные в лаборатории Вычислительных сетей МЭИ, позволили создать аналитическую модель вычислительной сети, которая позволяет в автоматизированном режиме задавать структуру сети, параметры для определения характеристики производительности компонентов вычислительной сети и дифференцированно задавать трассы потоков передаваемых данных. [1, 2].

 Для проведения проверки реализуемости на практике разработанных методик в качестве платформы администрирования была использована демонстрационная версия продукта NMS, который производит фирма LanWare.

Экспериментальные работы, проведенные в лаборатории вычислительных сетей МЭИ  показали, что существует возможность расширить состав функций NMS, который производит фирма LanWare, путем разработки дополнительных программных модулей, снабженных необходимыми интерфейсными средствами, которые обеспечивают взаимодействие администратора вычислительной сети со средствами программного комплекса NMS. Обращение к разработанным модулям обеспечивается посредством использования функций, уже имеющихся в составе NMS

В лаборатории Вычислительных сетей МЭИ разработаны и реализованы макеты следующих программных модулей, которые используют возможности NMS фирмы LanWare для измерения параметров сети и могут запускаться из среды NMS. К разработанным макетам программных модулей относятся:

1. Блок вычисления характеристик производительности вычислительной сети,

2. Блок измерения параметров

3. База данных параметров вычислительной сети

 

Блок вычисления характеристик производительности вычислительной сети, который базируется на соотношениях аналитической модели[1,2]– предназначен для вычисления функциональных характеристик сети, к которым относятся: среднее время обслуживания сообщений узлом, среднее время отклика сообщений для замкнутого контура, коэффициент загрузки узла. Расчеты будут проводиться в соответствии с математической моделью и методом контуров.[1,2] Для вычисления характеристик используются данные, хранимые в базе данных блока.

Блок измерения параметров – включает в себя измеряющие агенты и модуль управления ими. В самой программе- администраторе должен находиться только модуль, позволяющий выдавать команды измеряющим агентам на проведение измерений в сети.

База данных (БД) – блок, содержащий информацию о сети, ее структуре и параметрах. Данные внутри базы могут обновляться пользователем и самой программой сетевого администрирования при проведении измерений в сети.

 

 

Интерфейс модуля сбора данных

Так как программа представляет собой стандартное Windows-приложение, то интерфейс программы построен по стандартной, понятной пользователю форме. Интерфейс главного окна программы с пояснениями показан на рис.1.

	Рис. 1. Интерфейс модуля сбора данных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После запуска программа соединяется с базой данных и отображает её содержимое, а именно название сегмента, запись о котором является первой в таблице SubNetTable. Для этого сегмента отображаются все устройства, и для устройства, запись о котором является первой в таблице DevTable, отображаются ранее полученные характеристики. Пользователь может выбирать любой сегмент, просматривать все узлы сегмента и данные для каждого узла. Также программа даёт возможность посмотреть графические зависимости характеристик от времени измерения для любого узла, причём на одной форме можно построить до 4-х разных графиков либо для разных характеристик одного узла, либо одинаковых характеристик разных узлов.

Окно выбора каталога с лог-файлами показано на рис.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Окно выбора каталога

 

Форма для вывода графиков представлена на рис. 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интерфейс модуля моделирования

Программа представляет собой стандартное Windows-приложение с понятным и удобным интерфейсом. Интерфейс главного окна программы с пояснениями показан на рис. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После запуска программа соединяется с базой данных и отображает её содержимое, а именно название сегмента, запись о котором является первой в таблице SubNetTable из БД измерений. Для этого сегмента отображаются все устройства, и для каждого устройства из таблицы DevTable отображаются характеристики, являющиеся исходными данными для моделирования. Пользователь может выбирать любой сегмент из БД измерений, добавлять или удалять узлы и редактировать характеристики для каждого узла. Также программа отображает результаты моделирования.

Графические зависимости полученных ВВХ от длины транзакций отображаются в отдельном окне (рис.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	Рис. 5  Форма вывода графических зависимостей

 

 

 

Описание оборудования, использовавшегося при проверке программного модуля

С целью проверки  работоспособности модуля сбора данных в был проведён эксперимент по получению характеристик узлов сегмента ЛВС. Сегмент изолирован и состоит из следующих устройств:

-                                      ПК с процессором Intel Celeron 680 MHz, ОЗУ 256 Мб, сетевая карта PCI Genius LAN GF100TXRIII Series Fast Ethernet NIC, ОС Windows 2000 Server Service Pack 2 (имя компьютера “2000_Server”);

-                                      ПК с процессором Intel Pentium-4 1800 MHz, ОЗУ 512 Мб, сетевая карта Realtek RTL8139 Family PCI Fast Ethernet NIC, ОС Windows XP Professional Service Pack 1 (имя компьютера “XP_Pro1800”);

-                                      ПК с процессором Intel Pentium-4 1500 МГц, ОЗУ 256 Мб, сетевая карта Realtek RTL8139 Family PCI Fast Ethernet NIC, ОС Windows XP Professional Service Pack 1 (имя  компьютера “XP_Pro1500”);

-                                      ПК с процессором Intel Celeron 1000 MHz, ОЗУ 192 Мб, сетевая карта Realtek RTL8139 Family PCI Fast Ethernet NIC, ОС Windows XP Professional Service Pack 1 (имя компьютера “XP_Pro1000”);

-                                      Концентратор intel inBusiness 16-Port 10/100 Hub.

Все устройства с помощью концентратора и кабеля «витая пара» категории 5 соединены в сегмент, схема которого представлена на рис. 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание и результаты тестирования

Для проведения эксперимента на компьютере 2000_Server тестового сегмента установлена программа NMS, в которую интегрированы разработанные модуль сбора данных и блок вычисления характеристик производительности ВС.

 

 В программе NMS построена карта тестового сегмента (рис. 7), а затем каждому устройству назначена контрольная функция – выполнение скриптов Visual Basic, с помощью которых данные из MIB-таблиц узлов сохраняются в log-файлах в определённом каталоге на компьютере 2000_Server. В результате работы программы NMS получены четыре log-файла с данными (таблица .1).

Таблица 1. Описание log-файлов программы NMS

Имя log-файла	Имя устройства	Период измерений	Имя Подсети	Кол-во Строк
NMS_Data_2000_Server.log	2000_Server	31.01.02 с 13:35 по 14:20	192.168.0	76
NMS_Data_XP_Pro1000.log	XP_Pro1000	31.01.02 с 13:35 по 14:20	192.168.0	76
NMS_Data_XP_Pro1500.log	XP_Pro1000	31.01.02 с 13:35 по 14:20	192.168.0	76
NMS_Data_XP_Pro1800.log	XP_Pro1000	31.01.02 с 13:35 по 14:20	192.168.0	76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7. Карта тестового сегмента в программе NMS

 

После получения log-файлов был запущен модуль сбора данных. В каталоге, указанном при в форме выбора расположения log-файлов, программой обнаружены 4 файла с подходящим форматом. После считывания данных в БД измерений в таблицах БД появились следующие данные:

-                                      в таблице SubNetTable появилась запись о тестовом сегменте «192.168.0.2»;

-                                      в таблице DevTable появились 4 записи о всех узлах тестового сегмента;

-                                      в  таблице NMSData появилось по 75 х 4 строк данных для каждого узла сегмента (в каждом log-файле, полученном в эксперименте, по 76 строк, первая строка с информацией об устройстве, остальные с данными, разделёнными «,» и «|»).

По данным, полученным из log-файлов, с помощью модуля сбора данных, построены четыре графические зависимости, показывающие скорость поступления в сеть байт данных от каждого узла тестового сегмента за весь период измерений  (см. таблицу .1) с интервалом обновления данных примерно 36 сек. Эти зависимости показаны на рис. 8.

Таким образом, программный модуль работоспособен и может быть использован для сбора данных из log-файлов NMS в регистрационную БД, а также построения графиков зависимостей полученных данных.

 

Тестирование модуля моделирования

Блок вычисления характеристик производительности вычислительной сети предназначен для расчёта ВВХ  сегмента ЛВС и в качестве структуры подсети для экспериментальной проверки работоспособности модуля взято описание тестового сегмента,,показанного на рис.7..

В БД необходимо лишь записать исходные  данные, используемые для расчёта характеристик, и выбрать узел, который будет рассматриваться как сервер.

Графические зависимости времени отклика для узла XP_Pro1800, а также коэффициентов загрузки и очередей к серверу и каналу связи, построенные с помощью модуля моделирования, представлены на рис. 9

В результате тестирования модуля моделирования проверена его возможность работы с центральной БД измерений по считыванию исходных данных из БД и записи результатов в БД. Проверена работоспособность модуля по вычислению характеристик и построению графических зависимостей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка аппаратных ресурсов, необходимых для  функционирования комплекса интерфейсных средств

1. Использование памяти.

NMS использует около 6 Мбайт оперативной памяти (ОП) для размещения основной программы и агентов. Дополнительно при работе программе потребуется для  хранения переменных API Visual Basic (в расчёте 30 переменных по 4 байт для каждого из 300 узлов) около 40 Кбайт ОП. Модули сбора данных и моделирования используют порядка 3,5 Мбайт ОП. Эти данные получены с помощью диспетчера задач Windows NT. Таким образом, для работы комплекса интерфейсных средств требуется наличия в системе около 10 Мбайт свободной ОП.

2. Использование дискового пространства.

NMS использует около 21 Мбайт на диске для размещения программных файлов, модули сбора данных и моделирования используют около 1,5 Мбайт без БД измерений. Одна запись в log-файле NMS занимает максимум 200 байт, в БД – 400 байт. Например, для 300 узлов по 10 записей на узел необходимо 585 Кбайт для log-файлов и 1170 Кбайт для БД.

3. Использование процессора

Работа комплекса интерфейсных средств тестировалась на компьютере с процессором Intel Celeron 680 МГц и ОП 256 Мбайт (ОС Windows 2000 Server). Загрузка процессора в среднем составляла 25-30% при обновлении данных (с периодом 1-2 сек для 4-х узлов), и 80-90% при записи данных из 4-х log-файлов в БД (с периодом 5-7 сек для

4-х файлов).

 

Заключение

 

Выполненные  в лаборатории вычислительных сетей МЭИ разработки являются полезными для администраторов вычислительных сетей.

Продолжение работ по переводу макетов в законченные программные модули может производиться только при организации официальной кооперации с фирмой LanWare

 

Литература

1. Lehr- und Uebungsbuch Telematik /Hrsg. Gerhard Krueger ; Dietrich Reschke. Autoren Leonid I. Abrosimov, Jцrg Deutschmann, Werner Horn, Holger Reif, Dietrich Reschke, Jochen Schiller, Jochen Seitz. Muenchen; Wien:Fachbucherverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl., 2000.S 85-98(412 s)

2. Абросимов Л.И. Анализ и проектирование вычислительных сетей: Учеб. пособие - М.:, Изд-во МЭИ. 2000.-52с.

3. Abrosimov L.I. Conception creation of inntellegent integrated management platform for heterogene ous computer networks on the basis of ten sorplatform modelling Intrnational Connference   "Distributed  Computer Communication networks". Theory  and Applications November  4-8,1997, Tel-Aviv(Israel)  p.3-11 

4. Электронный журнал «Вычислительные сети. Теория и практика. – Network Journal. Theory and practice. http://network-journal.mpei.ac.ru/ »