BC/NW 2006, №2, (9) :9.3

 

ПОСТРОЕНИЕ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЕРАРХИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

 

Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А.

 

(Москва, Московский энергетический институт (технический университет), Россия)

Практическая невозможность постановки и решения в рамках одной математической задачи всего комплекса проблем проектирования большой корпоративной сети приводит к необходимости использования процедуры, основанной на декомпозиции.

Декомпозиция означает, что проектирование корпоративной сети сводится к независимому проектированию ряда подсетей при соблюдении условий совпадения или близости оптимальных решений задачи проектирования корпоративной сети и соответствующих решений для подсетей. К числу таких условий относятся следующие: подсети по области ограничений должны быть независимы; целевая функция корпоративной сети является строго монотонной функцией от целевых функций подсетей [1]. Ниже приводится один из возможных вариантов логического разбиения корпоративной сети.

Разбиение в соответствии с бизнес процессами предприятия. При таком способе разбиения сеть организации представляется в виде системы иерархических уровней корпоративной сети (далее уровень). Обычно выделяют не более трех уровней: сеть уровня отдела, сеть уровня кампуса (подразделения), сеть уровня организации (сама корпоративная сеть). В сети отдела обычно имеется не более 30 компьютеров пользователей, один-два сервера. Сети уровня подразделения или кампусные сети объединяют множество сетей отделов одного здания или нескольких рядом стоящих зданий. Глобальные соединения (соединения, основанные на технологиях глобальных сетей, таких, как X.25, Frame Relay) в сетях кампусов используются редко. Корпоративные сети, называемые также сетями масштаба организации, объединяют в единую сеть все вычислительные устройства организации. Для объединения различных сетевых ресурсов в корпоративных сетях часто применяются глобальные связи. В корпоративную сеть могут входить несколько кампусных сетей, а также отдельные пользователи, подключающиеся к информационным ресурсам предприятия с помощью технологий удаленного доступа.

         На иерархических уровнях корпоративной сети располагаются функциональные единицы уровня, L^a_i – логически обособленные части сети организации, где a переменная, обозначающая текущий функциональный уровень, a=1,b, b максимальное число функциональных уровней корпоративной сети. Индекс i обозначает текущую функциональную единицу уровня a, i=1,d^a, где d^a число  функциональных единиц на уровне а.   Функциональная единица уровня сети отделов – это сеть отдела, уровня сети подразделения – сеть подразделения.  На уровне может быть несколько функциональных единиц, чем ниже уровень, тем единиц больше. На  самом высоком уровне сети организации только одна функциональная единица – сама сеть организации. Основная цель взаимодействия моделей различных уровней – это получение локальных требований для построения сети. Локальные требования передаются на вышестоящий уровень в качестве входных данных.

Построение сети выполняется за два прохода:

·        Сверху вниз (декомпозиция): логическое разбиение сети на уровни и единицы в соответствии с бизнес моделью организации. В результате получаем иерархическую систему уровней a=1,b и расположенных на них сетей функциональных единиц L^a_i, i=1,d^a;

·        Снизу вверх (интеграция): на этой стадии для каждой функциональной единицы строится модель, с помощью которой решается задача оптимизации и выработка локальных требований для вышестоящего уровня.

Рассмотрим модель и задачу оптимизации сети уровня a=2.

Дальнейшее изложение посвящено выбору структуры сети подразделения, т.е. будут рассматривать вопросы объединения сетей отделов, что соответствует проектированию магистральной подсистемы здания [2]. Задача оптимизации магистральной подсистемы здания состоит в определении сетевой технологии, а значит, пропускных способностей  каналов связи (КС) таким образом, чтобы соотношение этих параметров сети уровня 2 было минимально по стоимости и обеспечивало необходимую производительность сети.

Требования для сети функциональной единицы L²_i ,  i = 1, d ²;

Локальные требования и входные данные:   

1.     Число РП этажа (количество узлов), n²_i;

2.     Число сетей уровня а=1, принадлежащих i-ой функ. единице уровня а=2, d¹_i;

3.     Информация о внешнем трафике, каждой сети уровня а=1, принадлежащей данной функциональной единице, f ¹_{ext i} ;

4.     Множество технологий построения ЛВС и их характеристики, Q²;

5.  Расстояние между узлами сети, ½L²½;

Критерий оптимальности: минимальная стоимость.

Требуется найти наименьшую по стоимости структуру сети (выбрать технологию построения, пропускные способности КС), сформировать локальные требования для вышестоящего уровня. Пропускная способность сети должна удовлетворять предполагаемым запросам пользователей с учетом перспективного роста трафика. Сеть должна удовлетворять стандарту ANSI/TIA/EIA-568-A, ANSI/TIA/EIA-568-B [2].  

Выходные данные:

1.     Оценочная стоимость сети, E ²_i;

2.     Размер внешнего трафика,  f ²_{ext i} ;

3.     Технология построения сети, q²_m.

Модель сети уровня a=2, L²_i ,   i = 1, d ²:     

При составлении математической модели сети используем подход, в соответствии с которым, система представляется в виде объекта с входными сигналами, выходными сигналами, управляющими сигналами и системой ограничений. Управляющими параметрами, т.е. параметрами, которые можно менять при проектировании, влияя при этом на выходные параметры, будут параметры, определяющие структуру сети – сетевые технологии.

Представим структуру сети в виде неориентированного графа Г²_i=(V²_i,R²_i),       i = 1, d ², V²_i – множество вершин графа, соответствующих узлам сети. Под узлами следует понимать РП этажей и РП здания, где располагается коммутационное оборудование, возможно РП одного из этажей совпадает с РП здания; R²_i – множество ребер графа, соответствующих каналам связи сети. Множество V²_i состоит из двух непересекающихся подмножеств V²_i = V_э u V_з, где v_эjÎV_э – множество РП этажей, j=1,n_э; V_з – РП здания. Физическая топология сети традиционная иерархическая звезда [2], рисунок 1.

Входные параметры сети разделим на две группы – параметры, характеризующие узлы сети отдела, параметры, характеризующие сетевые технологии.

 

Характеристиками узлов сети являются:

1. n²_i – общее число узлов сети v²_jÎV²_i, j=1, n ²_i , n²_i = n_э + n_з, где n_э – число РП этажа, n_з – число РП здания n_з=1, r¹_j – канал связи, r¹_jÎ R¹_i, j=1,n_э;

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Физическая топология сети отдела

 

2. d¹_i  – число сетей уровня а=1, принадлежащих i-ой функ. ед. уровня а=2, i = 1, d ²;

3.½T½ – матрица, размера n²_i ´ d¹_i, где t_sh = 1, если h сеть принадлежит s-му РП этажа,

                                                            t_sh= 0, в противном случае;        s=1, n²_i ,h = 1, d¹_i

4. Величина трафика через узел v²_jÎV²_i, j=1, n²_i, Мбит/сек.;

 

f_s = S  f ¹_{ext h} *t_sh , s=1, n²_i                                                                       (1)

 

5.½L²½ – матрица, размера n²_i ´ n²_i, где l²_sh – расстояние (длина кабеля) между узлами м., s,h=1, n²_i, s ¹ h. Если между узлами не предусмотрен КС, то расстояние равно ¥;

 

Характеристиками сетевых технологий (управляющие параметры) являются:

6. Q² – множество сетевых технологий, q²_mÎQ², m =1,k², k² мощность множества Q².

    Q² = {High Speed Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet};

Допущение 5:  низкоскоростные Token Ring, Ethernet, а также лицензируемые технологии (ATM) не  рассматриваются.

7. C²_П(q²_m) – стоимость погонного метра кабеля для m-ой технологии (можно включить коэффициент, характеризующий стоимость оборудования), руб.,  m =1,k²;

8. C²_sh(q²_m) – стоимость КС  m-го типа между s и h  узлами s,h=1, n²_i, s ¹ h;

C²_sh(q²_m) = C²_П(q²_m)* l²_sh , s,h=1, n²_i , s ¹ h , m =1,k²,                                  (2)

9.  p(q²_m) – пропускная способность m-ой технологии, m =1,k², Мбит/сек.

Выходные параметры включают в себя следующие показатели сети:

1.     Ориентировочные затраты на создание сети отдела

 

E ²_i = S    S   S  C²_sh(q²_m) d ²_m ,                                       (3)

 

где d ²_m – вспомогательная пременная, призванная обеспечить выбор одной сетевой технологи из множества Q². d ²_m = {0,1}, чтобы обеспечить данное требование введем ограничения:               

S d ²_m £1.                                                             (4)

 

2.     f ²_{ext i} – Значение внешнего трафика сети подразделения с учетом возможного роста, Мбит/сек.:

 f ²_{ext i} =  S  f_s ´ f,                                                        (5)

 

где коэффициент f обозначает долю внешнего трафика. Значения данного коэффициента могут быть получены из анализа бизнес структуры функциональной единицы или методом имитационного моделирования.

 

Требования к активному оборудованию:

3.     оборудование должно поддерживать технологию, выбранную в результате решения задачи оптимизации;

Ограничения на параметры сети:

1. Ограничение на пропускную способность r_j канала j =1, n_э:

 

S  p(q²_m)´ d ²_m > max f_s,       s=1, n²_i                                                        (6)

 

2. Ограничение на длину кабеля от РП этажа до абонента – согласно стандарту ANSI/TIA/EIA-568-A длинна вертикальной проводки для любой технологии не должна превышать 500 метров [2]:

l²_sh £ 500,  s,h=1, n²_i , s ¹ h.                                           (7)

Постановка задачи оптимизации  структуры сети подразделения (выбор сетевой технологии):

Найти min E ²_i = S    S   S  C²_sh(q²_m) d ²_m ,                               (8)

 

при ограничениях (6), (7). Решение задачи оптимизации возможно методами дискретной математики, например: метод ветвей и границ, динамическое программирование, целочисленное линейное программирование.

ЛИТЕРАТУРА

1.       В.М. Вишневский. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. – 512 с.

2.       А.Б. Семенов, С.К. Стрижаков, И.Р. Сунчелей. Структурированные кабельные системы. Стандарты, компоненты, проектирование. М.: Лайт ЛТД, 2003. – 608 с.