Models and methods for the estimation of networks designing quality

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЕЙ ОТ ПРОТОКОЛОВ МАРШРУТИЗАЦИИ

 

Данилин Г.Г., Окороков А.И.

 

(г. Москва. Московский Энергетический Институт (технический университет) Россия)

 

 

 

 

 

            В настоящее время наблюдается устойчивый рост интереса к способам повышения эффективности функционирова­ния корпоративных сетей. Особого  внимания заслуживает выбор протокола маршрутиза­ции, поскольку переход на более совершенный протокол может привести к значительному росту эффективности функционирова­ния корпоративных сетей при минимальных затратах.

         В настоящее работе с по­мощью инструментов имитационного моделирования исследуется эффективность ра­боты трёх наиболее распространённых протоколов маршрутизации (RIP,OSPF,IGRP) в различных условиях функционирования корпоративной сети. Структура логического ядра выбрана на основе анализа ряда существенных и проектируемых корпоративных сетей  масштаба города.

 

         Целью исследования явля­ется оценка протоколов маршрутизации (RIP,OSPF, IGRP)  с точки зрения эффек­тивности функционирования корпоративной сети в целом при различных условиях работы.

         Под эффективностью кор­поративной сети понимают то, насколько поведение системы соответствуют тем целям, для достижения которой она приме­няется. Сосредоточимся на сети передачи данных, которая пред­ставляет собой «скелет» корпоративной сети. Тогда, аб­страгировавшись от особенностей функциониро­вания различных приложений и сервисов можно рассматривать различные виды трафика (пере­даваемых данных), что ограничивает виды различных задач типами передаваемых данных. Каждый вид трафика предъявляет к сети передачи данных свои требо­вания, но в конечном итоге можно говорить о двух основ­ных требованиях, характеризующих эффектив­ность работы сети передачи данных – это результативность и своевременность доставки информации.

         Требование к результатив­ности   доставки определяет положи-тельный элемен­тарный числовой прирост эффективности функциони­рования сети в случае успешной передачи одной информа­ционной единице либо отрицательную величину  штрафа в случае её потере ли искажения.

         Требование к современ­ности доставки определяет функциональную зависимость элементарного значения эффек­тивности от времени передачи одной информационной еди­ницы. Эта зависимость имеет  следующий вид:

         Начальная точка прямой, её  наклон и время жизни зависят от  конкретного вида трафика.

         Следовательно, можно получить числовое элементарное значение, характеризующее эффективность корпоративной сети при передаче одиночного сообщения M(i,j,h), состоящего из N информационных единиц.

,

 где i – номер узла-отправителя

       j – номер узла получателя

       h – тип трафика

       N – количество информационных единиц в сообщении.

       ET_M(i,j,h)  - эффективность передачи сообщения с заданным типом тра­фика, состоящего из N  информационных единиц от узла i к  узлу j  в корпо­ративной сети.

       D_h(E_k) – функция результативности передачи информационной еди-ницы для конкретного типа (h) трафика.

       E_k – результат передачи k-ой информационной единицы.

       W_h(T_k) – функция своевременности передачи.

       T_k -  время передачи k-ой информационной единицы от узла i к узлу j.

         Тогда эффективность  функционирования корпоративной сети в целом для конкретного вида трафика равна:

         Получается, что на эффективность функционирования корпора-тивной сети влияют следующие факторы:

·        E_k - результат передачи k-ой информационной единицы.

·    T_k – время передачи k-ой информационной единицы.

Теперь, получив  критерий оценки эффективности корпоративной сети,  можно работать над оценкой протоколов маршрутизации с точки зрения эффективности функционирования корпоративной сети.

В данном случае параметром, влияющим на эффективность функционирования корпоративной сети, является выбор маршрута передачи сообщения.

       Данные, необходи-мые для расчета эффек-тивности, были получе-ны  в результате имита-ционного моделирова-ния процессов маршру-тизации в корпоратив-ной сети.

         После анализа ряда существующих  и проектируемых корпоративных сетей масштаба города, была построена обобщенная  концептуальная структура логического ядра корпоративной сети (рисунок слева).

         Затем, описана математическая модель сети, в виде нагруженного графа, вершинами которого являются маршрутизаторы, а рёбрами каналы связи.

         Далее на графе имитируются процессы маршрутизации и посылки сообщений для выбранных протоколов маршрутизации.

         Для протоколов маршрутизации, в соответствии с заложенными в них алгоритмами, строятся таблицы маршрутизации. Далее строится маршрут от одного узла к другому. Эти маршруты часто различаются для разных протоколов. После построения маршрута по нему  посылается сообщение, состоящее из N  информационных единиц с определённой скоростью поступления. При посылке сообщения маршрут, в общем случае состоящий из нескольких каналов, рассматривается как одно обслуживающее устройство с очередью. Так как маршрут представляет собой вырожденную сеть, то здесь применима теорема «о  минимальном сечении», т. е. пропускная способность маршрута будет равна мини-мальной пропускной способности среди каналов, входящих в маршрут. Организация очереди не требует дополнительных ограничений, поскольку её длина контролируется за счет ограниченного времени жизни сообщений, по истечению которого сообщения покидают систему (теряются). Также учитывается вероятность потери сообщения при передаче.

, где k – номер канала в маршруте

                                      m – количество каналов в маршруте

                                      P_k – вероятность потери сообщения в канале k.

         При потере сообщения из общей суммы элементарных эффективностей сразу вычитается штраф за потерю информационной единицы. Если информационная единица дошла, то к общей сумме элементарных эффективностей прибавляется премия за доставку сообщения плюс значение W_k(T_k). В итоге, перебрав все возможные связи между узлами сети (от каждого к  каждому) получаем значение для эффективности функционирования корпоративной сети в целом.

         В ходе исследования были рассмотрены различные условия функционирования сети в зависимости от надёжности и загруженности каналов связи, причем было рассмотрено два типа трафика:  данные (передача файлов) и  мультимедиа (сжатое видео) как два основных вида  трафика с наиболее ярко выраженными различиями в требованиях. В результате получилось, что протоколы  IGRP и  OSPF показали явное превосходство над RIP   практически во всех случаях. Единственной ситу-ацией, когда протокол RIP  не отставал, была  передача небольших объемов информации, малочувствительной к задержкам (данные) с низкой интенсивностью поступления  по малонагруженным каналам связи.  IGRP  лишь немного опередил OSPF  и только при передаче мультимедийных данных в сложных ситуациях (ненадёжные каналы связи с разнородной нагрузкой). Эффективность протокола маршрутизации в основном зависит от его способности адаптироваться к условиям работы корпоративной сети и чем жестче условия тем сильнее проявляется эффект  от этой способности.

Основываясь на результатах моделирования, можно рекомендовать в качестве протоколов маршрутизации корпоративных сетей масштаба города протоколы IGRP и  OSPF, которые не имеют решающих преимуществ друг перед другом. По возможности, следует отказаться от применения устаревшего протокола RIP, который не адаптируется к изменяющимся условиям работы.

ЛИТЕРАТУРА

1)     Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия – СПб; Питер, 2000 –704 с.

2)     Окороков А.И. Исследование зависимости  эффективности корпоративных ВС от протоколов маршрутизации. // Тезисы докладов XXIX  Международной молодежной конференции  «Гагаринские чтения». том 5. М.: МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2003. с. 38-39.