Проектирование структурированной кабельной системы предприятия в среде OpNet
Курсовая работа
по дисциплине: «Инфокоммуникационные
системы и сети»
На тему:
Проектирование структурированной
кабельной системы предприятия в среде OpNet
Содержание
Введение
1. О среде
моделирования OPNET
1.1 Основные
компоненты сетевой модели в среде OPNET
.2 Элементы
сети
.3 Базовые
объекты
.4 Процессы в
среде OPNET
.5 Результаты
имитационного моделирования
Вывод
2. Выбор
топологии и архитектуры сети
2.1 Базовые
сетевые топологии
.2 Базовые
сетевые архитектуры
.3
Обоснование выбора топологии и архитектуры сети
3.
Проектирование сети в среде OPNET
3.1 Движение
сетевого трафика
3.1.1 Поток
трафика между внешним «Web & Email» сервером и пользователями
.1.2 Поток
трафика между внешним FTP сервером и пользователями
.1.3 Поток
трафика между внутренним почтовым сервером и пользователями
.1.4 Поток
трафика между внутренним сервером FTP и пользователями
Вывод
4. Симуляция
работы сети
4.1 Основной
сценарий. Обычные нагрузки
4.1.1
Загруженность соединения
.1.2 Задержки
очереди
.1.3 Задержки
при использовании Email сервера
.1.4 Загрузка
файлов
.1.5 Работа
веб-приложений
4.2 Второй
сценарий. Средние нагрузки
4.2.1
Загруженность соединения
.2.2 Задержки
очереди
.2.3 Задержки
при использовании Email сервера
.2.4 Загрузка
файлов
.2.5 Работа
веб-приложений
4.3 Третий
сценарий. Пиковые нагрузки
4.3.1
Загруженность соединения
.3.2 Задержки
очереди
.3.3 Задержки
при использовании Email сервера
.3.4 Загрузка
файлов
.3.5 Работа
веб-приложений
Вывод
Заключение
Список
литературы
Введение
Целью курсовой работы является обобщение и систематизация знаний
полученных за время обучения в университете по такому предмету как
«Инфокоммуникационные системы и сети».
Данная курсовая работа посвящена выполнению заданий с помощью комплекса
программ «OPNET IT Guru Academic Edition», входящего в состав семейства
«Optimum Performance Network». А именно проектированию сети, состоящей из сети
предприятия: три отдела, в каждом по десять пользователей, два сервера -
электронная почта и «FTP»,
один роутер и одно «WAN-соединение», с
пропускной способностью 1,544 Мбит/сек, соединяющего сеть предприятия с внешней
сетью: состоит из двух серверов - «Web&Email» и «FTP». Обоснованию выбора топологии сети и ее архитектуры,
взятых за основу проектирования. Созданию потока трафика во внутренней сети,
между пользователями и серверами электронной почты и «FTP», и во внешней, между пользователями и внешними
серверами «Web&Email» и «FTP».
Проведению симуляций и дальнейшему анализу работы сети при разных нагрузках на
соединение, в том числе пиковых.
1. О среде
моделирования OPNET
Комплекс инструментальных средств «Optimum Performance Network» (OPNET)
представляет собой виртуальную сетевую среду («Virtual Network Environment»),
которая моделирует поведение сетей, включающих маршрутизаторы, коммутаторы,
протоколы, серверы и сетевые приложения. Виртуальная сетевая среда позволяет
эффективно диагностировать сложные проблемы, тестировать модификации сетей
перед их практической реализацией, планировать будущие сценарии, такие как рост
трафика, сбои и отказы сети. Комплекс позволяет моделировать локальные и
глобальные сети; анализировать работу клиент-серверных приложений в сети,
исследовать влияние различных факторов и технологий на работу сети;
осуществлять оценку и анализ производительности, анализ и проверку
взаимодействий сетевых протоколов, выполнять оптимизацию и планирование сетей и
т.д. OPNET включает пять компонент, представленных в таблице 1.
Таблица 1
Компоненты системы OPNET
|
Компонент
|
Назначение
|
|
OPNET Modeler
|
Моделирование и анализ производительности сетей,
компьютерных систем, приложений и распределенных систем
|
|
OPNET Planner
|
Оценка производительности коммуникационных сетей и
распределенных систем
|
|
OPNET Xpress Developer
|
Организация совместного моделирования в составе рабочей
группы
|
|
OPNET IT Decision Guru
|
Сравнение нескольких сетевых проектов и помощь в выборе
оптимального решения
|
|
OPNET IT Guru Academic Edition
|
Обучение основам моделирования, анализа и прогнозирования
производительности сетевой инфраструктуры (приложений, серверов и сетевых
технологий)
|
Все перечисленные компоненты поддерживают рекомендации стандарта
проектирования сетей IDEF14.
Программное обеспечение комплекса OPNET используется в тысячах
коммерческих и государственных организаций по всему миру и более 500 университетов.обеспечивает
следующие функциональные возможности.
) Графическое иллюстративное моделирование. Создание многоуровневой
(т.е. имеющей разные уровни детализации) масштабной схемы размещения узлов и
соединений сети с использованием уникальных пиктограмм для различных объектов.
На рисунке 1 показан пример графического представления сети в системе OPNET.
Рисунок 1. Графическое представление сети
При этом сеть может быть интегрированная с учетом расстояний на
географическую карту требуемого региона. Система содержит множество библиотек
компонентов, в том числе конкретных сетевых устройств, типов соединений,
протоколов и сетевых приложений. Существует возможность подключения новых
библиотек и создания собственных компонентов сети.
3) Моделирование процесса обработки и стоимости использования
оборудования передачи данных. Для имитационного моделирования (теория массового
обслуживания) задаются такие параметры, как интенсивность создания пакетного
трафика на генерирующих узлах, характеристики обработки пакетов на процессорных
узлах и ряд других параметров. Для оценки стоимости дополнительно указываются
цены устройств и/или соединений, определяется стоимость обработки и передачи
пакетов информации.
) Импорт существующей конфигурации сети. Система предоставляет возможность
импорта реальной существующей сети для моделирования пакетного трафика, анализа
ее работу и производительности с целью последующей оптимизации.
) Импорт трафика реальной сети для его использования в исходных
данных при моделировании. Система предоставляет возможность импорта трафика
реальной сети для использования его в качестве базы при имитационном
моделировании новых сетей. После импорта можно выполнить имитационное
моделирование сети и определить такие характеристики, как задержка, пропускная
способность, коэффициент использования и др.
) Экспорт топологической модели сети. Созданную в графическом
редакторе системы OPNET модель сети
можно экспортировать в формат HTML или в формат Visio2000 для Web-публикации или использования в
других системах.
) Сравнение различных сетевых проектов. Система IT Decision Guru
предлагает инструменты для анализа, представления и публикации данных,
полученных при моделировании и экспериментальном исследовании различных
проектов сетевых решений.
.1
Основные компоненты сетевой модели в среде OPNET
Модель сети в среде OPNET может быть представлена с разным уровнем
глубины в зависимости от целей анализа. Основные уровни моделирования
представлены в таблице 2.
Таблица 2
Уровни моделирования
|
Уровень
|
Составляющие
|
|
Категория
|
Примеры
|
|
Сеть
|
Элементы сети
|
Подсети, узлы, каналы связи, приложения
|
|
Элемент сети
|
Базовые объекты
|
Приемники, передатчики, обработчики
|
|
Базовый объект
|
Процессы
|
Инициализация, ожидание, чтение, запись, завершение
|
|
Процесс
|
Процедуры
|
Программа поведения
|
1.2
Элементы сети
В качестве основных элементов сети могут использоваться детализируемые и
не детализируемые подсети, устройства, сетевые приложения, протоколы и каналы
связи.
Рисунок 2. Пример атрибутов элемента сети
Каждому из них могут быть присвоены соответствующие параметры (см.
рисунок 2), которые хранятся в базе данных атрибутов. Для устройств существуют
библиотеки промышленных образцов большинства производителей.
Для приложений определяются тип создаваемой нагрузки и функциональное
назначение (файловый обмен, электронная почта, работа с удаленной БД и т.д.).
Для каналов связи определяются сетевая технология, протокол и интерфейсы.
К элементам сетей относятся:
· Шинная связь (bus link). Среда передачи, позволяющая узлам,
присоединенным к шине, связываться друг с другом;
· Интерфейс шины (bus tap). Обеспечивает узлам возможность
связи с шиной;
· Дуплексное соединение "точка-точка". Обеспечивает
двухстороннюю связь между двумя узлами;
· Локальная вычислительная сеть ЛВС (LAN Communication nodes). Представляет собой ЛВС как единый объект и
определяет информацию о трафике, числе сетевых адресов, скорости обработки
пакетов и спецификацию внутренних серверов и очередей;
· Стационарный узел. Узел сети со своей внутренней структурой и
модель, которую можно определить или изменить. Такие узлы могут быть объединены
друг с другом с помощью различных связей;
· Подвижный узел. Узел, который может менять свои координаты с
течением времени;
· Спутниковый узел. Узел, расположенный на искусственном
спутнике Земли;
· Однонаправленное соединение "точка-точка".
Обеспечивает среду передачи между двумя узлами, причем передача возможна только
в одном направлении, задаваемом стрелкой в графическом редакторе;
· Стационарная подсеть. Группа узлов и связей между ними с
любым уровнем вложения;
· Подвижная подсеть. Сочетает параметры стационарной сети и
передвижного узла;
· Спутниковая подсеть. Сочетает параметры стационарной сети и
спутникового узла.
1.3 Базовые объекты
В OPNET существует достаточное количество типов объектов, из которых
компонуется модель элемента сети (см. рисунок 3). Для каждого из них имеется
свой набор параметров, которые влияют на процесс моделирования и характеристики
сети.
Рисунок 3. Модель элемента сети
К базовым объектам относятся:
· Антенна. Используется при моделировании радиосвязи и связана с
радиоприемниками и радиопередатчиками с помощью потока пакетов;
· Шинный приемник (bus receiver).
Используется в узлах как точка входа для пакетов, приходящих с шинных связей;
· Канал приемника шины (bus receiver channel). Через объект "шина связи" связан с объектом
"канал передатчика шины" и поддерживает широкий спектр собираемой
статистики;
· Шинный передатчик (bus transmitter). Аналогичен шинному
приемнику, но выступает в роли выходной точки для генерируемых пакетов;
· Канал передатчика шины (Bus transmitter channel). Через объект "шина связи" связан с объектом
"канал приемника шины";
· Логическая ассоциация (logical association). Позволяет
установить ассоциацию между двумя сетевыми объектами, чтобы показать, что они
функционируют как пара. Такая возможность существует только для пар
приемник-передатчик типа "точка-точка" и для шинных устройств.
Наличие данной связи между устройствами означает, что они используются для
образования дуплексной связи и образуют порт, к которому можно присоединять
связи;
· Поток пакетов (packet stream). Осуществляет связь между
выходом одного объекта и входом другого. Направление потока данных задается
стрелкой в графическом редакторе системы. При передаче потока пакетов между
модулями они не могут пропадать и попадают во входной модуль без задержки (вне
зависимости от размера пакета). Однако, можно задавать интервал времени между
отправкой пакета и его приемом;
· Процессор (обработчик пакетов). Данный объект предлагает
возможности по заданию собственного поведения модели. С помощью редактора
процессов можно задать обработку информации или просто случайную генерацию/поглощение
пакетов;
· Приемник «точка-точка» и канал приемника «точка-точка»;
· Передатчик «точка-точка» и канал передатчика «точка-точка».
Данные типы объектов по назначению и параметрам аналогичны
соответствующим шинным объектам, но предназначены для связи типа «точка-точка».
Очередь (queue). Обладает не только возможностями объекта «процессор», но
и ресурсами (буфером) для хранения очереди пакетов, которые могут быть
последовательно обработаны. По умолчанию очередь работает по модели FIFO
(«первый на входе, первый на выходе»).
1.4
Процессы в среде OPNET
Поведение базового объекта может быть представлено в виде модели
процессов, заданной в нотации конечных автоматов. Пример такой модели приведен
на рисунке 4.
Рисунок 4. Модель процесса
Каждое состояние автомата или переход могут быть описаны в виде процедуры
на языке С++ с использованием поставляемых вместе с системой OPNET библиотек
классов и функций. Таким образом, пользователь может самостоятельно создавать
новые элементы сети и определять их поведение. При этом в качестве базовой
модели можно использовать существующие в библиотеке разработки. Основное
преимущество создания пользовательских моделей состоит в задании дополнительных
параметров и их использовании внутри процедур.
1.5
Результаты имитационного моделирования
После того, как построена модель сети, сконфигурированы сетевые
приложения и заданы интенсивности потоков данных, становится возможным сам
процесс имитационного моделирования. При этом в специальном окне пользователь
может задать такие характеристики модели, как число прогонов, время симуляции,
возможность оптимизации трафика, условия остановки моделирования и параметры
эффективности. В результате моделирования возможно получение следующих данных:
· Динамические характеристики сетевой системы в виде выходных векторов
(«output vectors»), графики, показывающие изменения параметров сети во времени;
· Статистическая информация о параметрах сетевой системы в виде
выходных скаляров («output scalars»).
При многократных симуляциях сетевой системы существует возможность
накапливать статистику по выходным скалярам и тем самым сравнивать параметры
системы в разные моменты времени. Это необходимо, так как модель сети является
стохастической и в зависимости от начальных значений исходных данных,
задаваемых посредством генератора случайных чисел, могут быть получены
различные результаты моделирования. (Финогеев А.Г., Финогеев А.А. Сети и
телекоммуникации. Часть 1. Моделирование локальных сетей в среде OPNET:
методические указания к лабораторным работам - Пенза: изд-во ПГУ, 2013 - 40 с.
С. 4-11)
Вывод
Программа Opnet Modeler позволяет анализировать как существующие, так и
проектируемые сети (в стадии системного проектирования). При использовании
Opnet Modeler отпадает необходимость трудоемких расчетов для слабых мест сети.
Любую сетевую ситуацию, расширение или преобразование сети можно сначала
смоделировать и оценить последствия и только потом начинать монтажные работы и
закупку оборудования. Сравнение различных сценариев развития сети позволит
избежать ошибок еще на этапе проектирования и снизить издержки на переработку
проекта к минимуму.
2. Выбор
топологии и архитектуры сети
2.1 Базовые сетевые топологии
Описание топологии «шина»
Рисунок 5. Топология «шина»
Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства
локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую
линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство,
например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному
кабелю с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце
согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал,
не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине. Когда
источник передает сигналы в сетевую среду, они движутся в обоих направлениях от
источника. Эти сигналы доступны всем устройствам в ЛВС.
В случае возникновения коллизии, данные от каждого устройства
взаимодействуют друг с другом (т.е. импульсы напряжения от каждого из устройств
будут одновременно присутствовать в общей шине), и таким образом, данные от
обоих устройств будут повреждаться. Область сети, в пределах которой был создан
пакет и возник конфликт, называется доменом коллизий. В шинной топологии, если
устройство обнаруживает, что имеет место коллизия, сетевой адаптер отрабатывает
режим повторной передачи с задержкой. Поскольку величина задержки перед
повторной передачей определяется с помощью алгоритма, она будет различна для
каждого устройства в сети, и, таким образом, уменьшается вероятность повторного
возникновения коллизии.
Преимущества и недостатки шинной топологии
Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с
короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями
стоимость ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации
компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим
недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование
сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько
точек концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы,
подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не
сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля
может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно
компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии,
может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается,
то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.
Описание топологии «звезда»
Рисунок 6. Топология «звезда»
В сетях, использующих топологию «звезда», сетевой носитель соединяет
центральный концентратор с каждым устройством, подключенным к сети. Физический
вид топологии «звезда» напоминает радиальные спицы, исходящие из центра колеса.
В этой топологии используется управление из центральной точки, а связь между
устройствами, подключенными к сети, осуществляется посредством двухточечных
линий между каждым устройством и центральным каналом или концентратором. Весь
сетевой трафик в звездообразной топологии проходит через концентратор. Вначале
данные посылаются концентратору, а затем концентратор переправляет их
устройству в соответствии с адресом, содержащимся в данных. В сетях с
топологией «звезда» концентратор может быть активным или пассивным.
Активный концентратор не только соединяет участки среды передачи, но и
регенерирует сигнал, т.е. работает как многопортовый повторитель. Благодаря
выполнению регенерации сигналов, активный концентратор позволяет данным
перемещаться на более значительные расстояния. В отличие от активного
концентратора, пассивный концентратор только соединяет участки сетевой среды
передачи данных.
Преимущества и недостатки топологии «звезда»
. Большинство проектировщиков сетей считают топологию «звезда» самой
простой с точки зрения проектирования и установки. Это объясняется тем, что
сетевая среда выходит непосредственно из концентратора и прокладывается к месту
установки рабочей станции. Другим достоинством этой топологии является простота
обслуживания: единственной областью концентрации является центр сети. Также
топология «звезда» позволяет легко диагностировать проблемы и изменять схему
прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию «звезда», легко добавлять
рабочие станции. Если один из участков сетевой среды передачи данных обрывается
или закорачивается, то теряет связь только устройство, подключенное к этой
точке. Остальная часть сети будет функционировать нормально. Короче говоря,
топология «звезда» считается наиболее надежной. В некотором смысле достоинства
топологии «звезда» могут считаться и ее недостатками. Например, наличие
отдельного отрезка кабеля для каждого устройства позволяет легко диагностировать
отказы, однако, это же приводит и к увеличению количества отрезков. В
результате повышается стоимость установки сети с топологией «звезда». Другой
пример: концентратор может упростить обслуживание, поскольку все данные
проходят через эту центральную точку; однако, если концентратор выходит из
строя, то перестает работать вся сеть. (Топологии компьютерных сетей)
2.2 Базовые сетевые архитектуры
Распределенная магистраль (Distributed backbone)
Самой ранней формой построения межсетевых соединений в СКС была
архитектура распределенной сетевой магистрали. В такой архитектуре сети
коммутаторы собирают все кабельные соединения внутри одного этажа, а соединения
между этажами строятся на базе коммутаторов или маршрутизаторов по технологии
древовидной вычислительной сети Ethernet, либо по технологии кольцевой
оптоволоконной сети FDDI.
Каждый этажный сетевой сегмент представляет собой самостоятельную подсеть
с основным этажным коммутатором (маршрутизатором). Все этажные коммутаторы
(маршрутизаторы) соединены последовательно в цепь. Главный коммутатор
(маршрутизатор) здания, расположенный на первом (нулевом) этаже соединен только
с коммутатором первого этажа, который в свою очередь соединен с коммутатором
второго этажа и так далее.
Таким образом, когда пакеты проходят между этажными сетевыми сегментами,
они преодолевают как минимум два этажных коммутатора (маршрутизатора), где
происходит их задержка. Серверы одного этажа могут быть разбросаны по офисным
помещениям и подключены к коммутаторам этажного сегмента так, что пакетам
внутри данного сегмента не грозят задержки, вносимые межэтажным оборудованием.
Основное преимущество архитектуры - надежность межсетевого обмена.
Наличие большого числа коммутаторов (маршрутизаторов) обеспечивает при выходе
из строя одного из них бесперебойную работу всех этажных сегментов, за
исключением только того сегмента, который непосредственно подключен к
отказавшему оборудованию.
Однако использование распределенной архитектуры ведет к снижению общей
производительности всей сети здания. Например, при обращении к серверу,
подключенном к другому этажному сегменту, клиентский пакетный трафик будет
проходить, по крайней мере, через два коммутатора (маршрутизатора), где из-за
задержек происходит потеря скорости передачи данных. Максимальная задержка
передачи произойдет, когда информационный обмен будет происходить между
клиентом и сервером, расположенными на крайних этажах здания. Кроме того,
разброс маршрутизаторов по зданию порождает сложности в обслуживании кабельной
системы и реконфигурации всей сети.
Сосредоточенная сетевая магистраль (Collapsed backbone)
Сети с этой архитектурой устраняют некоторые недостатки сетей с
распределенной магистралью. Как и в предыдущем случае, этажные сетевые сегменты
образованы этажными коммутаторами (маршрутизаторами). Однако, все эти
коммутаторы подключаются к главному коммутатору (маршрутизатору) здания по
отдельным магистралям напрямую. «Сосредоточение» магистралей в одной точке
создает удобную архитектуру для управления сетью и обеспечивает максимальную
простоту ее администрирования. Задержки при доступе клиентов к серверам на
разных этажах становятся практически одинаковыми и зависят только от длины
проводного соединения, чем можно пренебречь, так как между клиентом и сервером
всегда находится только один центральный коммутатор (маршрутизатор). Также
такая архитектура является более дешевой. Единственной проблемой здесь является
большое число проводных соединений, что вызывает сложности при их
проектировании и монтаже.
Сегменты на разных этажах здесь можно объединять в общие виртуальные
сети, исключая задержки маршрутизации для целого ряда приложений, Серверы можно
устанавливать в защищенном от несанкционированного доступа и специально
оборудованном системами вентиляции и кондиционирования помещении без потери производительности
сети здания в целом. Надежность сети достигается с помощью дублирующих серверов
и каналов передачи данных с поддержкой технологии репликации глобального
каталога и функций «горячей замены» сетевого оборудования.
Гибридные межсетевые магистрали (Hybrid backbones)
Несмотря на то, что архитектура сосредоточенной магистрали (Collapsed
backbone) оптимальна для организации сети в рамках одного здания, она не совсем
подходит для организации кампусной сети между зданиями. Даже если здания
находятся совсем рядом, прокладка кабельных соединений от всех сетей в зданиях
на один центральный узел представляется совершенно непрактичным, так
усложняются и удорожаются кабельные работы и требования к центральным
устройствам. Поэтому для организации кампусной сети на территории с несколькими
зданиями предпочтительна гибридная архитектура, где внутри зданий используется
сосредоточенная магистраль, а между зданиями - распределенная.
При значительном удалении зданий предпочтительно для организации
распределенной магистрали использовать существующие телекоммуникации цифровых
телефонных сетей и/или модемные коммуникации по выделенным линиям типа
«точка-точка». Нередко данные линии связи используются совместно для
резервирования коммуникаций. (Финогеев А.Г., Финогеев А.А. Сети и
телекоммуникации. Часть 1. Моделирование локальных сетей в среде OPNET:
методические указания к лабораторным работам - Пенза: изд-во ПГУ, 2013 - 40 с.
С. 23-25)
2.3 Обоснование
выбора топологии и архитектуры сети
В качестве топологии сети я выбрал топологию «звезда», так как среди
большинства проектировщиков сетей считается, что данная топология самая простая
с точки зрения проектирования и установки. Это объясняется тем, что сетевая
среда выходит непосредственно из концентратора и прокладывается к месту
установки рабочей станции. Другим аспектом выбора этой топологии является
простота обслуживания: единственной областью концентрации является центр сети.
Также топология «звезда» позволяет легко диагностировать проблемы и изменять
схему прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию «звезда», легко
добавлять рабочие станции. Если один из участков сетевой среды передачи данных
обрывается или закорачивается, то теряет связь только устройство, подключенное
к этой точке. Остальная часть сети будет функционировать нормально.
В качестве сетевой архитектуры я выбрал архитектуру сосредоточенной
магистрали, так как сосредоточение магистралей в одной точке создает удобную
архитектуру для управления сетью и обеспечивает максимальную простоту ее администрирования.
Задержки при доступе клиентов к серверам на разных этажах становятся
практически одинаковыми и зависят только от длины проводного соединения, чем
можно пренебречь, так как между клиентом и сервером всегда находится только
один центральный коммутатор (маршрутизатор).
3.
Проектирование сети в среде OPNET
При помощи панели «Object
Palette» я спроектировал сеть, которая
состоит из внешней сети и сети предприятия.
Внешняя сеть, на рисунке 7, состоит из двух серверов - «FTP» и
«Web&Email». Она соединена с внутренней при помощи «WAN-соединения»,
пропускная способность которого равна 1,544 Мбит/с.
Рисунок 7. Внешняя сеть
Сеть предприятия, на рисунке 8, состоит из роутера, главного
концентратора и трех концентраторов отделов, каждый отдел состоит из 10
пользователей, также имеется два сервера - «FTP» и электронной почты.
3.1 Движение сетевого трафика
На рисунке 9, в общем виде, изображен поток трафика между внешней и
внутренней сетью, а также между пользователями с внутренними серверами
электронной почты и FTP.
Рисунок 8. Сеть предприятия
Рисунок 9. Общий вид потока трафика
3.1.1 Поток
трафика между внешним «Web&Email» сервером и пользователями
На рисунке 10 изображен поток трафика между «Web&Email» сервером и
пользователем 10 из первого отдела.
Рисунок 10. Поток трафика между внешним «Web&Email» сервером и
пользователем 10
На рисунке 11 изображен поток трафика между «Web&Email» сервером и
пользователем 11 из второго отдела.
Рисунок 11. Поток трафика между внешним «Web & Email» сервером и
пользователем 11
На рисунке 12 изображен поток трафика между «Web&Email» сервером и
пользователем 13 из второго отдела.
Рисунок 12. Поток трафика между внешним «Web&Email» сервером и
пользователем 13
На рисунке 13 изображен поток трафика между «Web&Email» сервером и
пользователем 21 из третьего отдела.
сетевой кабельный топология архитектура трафик
Рисунок 13. Поток трафика между внешним «Web&Email» сервером и
пользователем 21
На рисунке 14 изображен поток трафика между «Web&Email» сервером и
пользователем 3 из первого отдела.
Рисунок 14. Поток трафика между внешним «Web & Email» сервером и
пользователем 3
На рисунке 15 изображен поток трафика между «Web&Email» сервером и
пользователем 24 из третьего отдела.
Рисунок 15. Поток трафика между внешним «Web&Email» сервером и
пользователем 24
На рисунке 16 изображено изменение пропускной способности, в течении
рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего дня, когда
пользователи спешат получить задание и начать его выполнение, и с его завершением,
когда пользователи спешат закончить полученную работу, ось Y показывает скорость, ось X показывает время:
Рисунок 16. Скорость передачи трафика между внешним «Web&Email»
сервером и пользователями
На рисунке 17 изображено изменение количества отправляемых пакетов, в
течение рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего
дня, когда пользователи спешат получить задание и начать его выполнение, и с
его завершением, когда пользователи спешат закончить полученную работу, ось Y
показывает количество, ось X показывает время:
Рисунок 17. Количество передаваемых пакетов между внешним «Web&Email»
сервером и пользователями
3.1.2 Поток
трафика между внешним FTP сервером и пользователями
На рисунке 18 изображен поток трафика между «FTP» сервером и пользователем 16 из второго отдела.
Рисунок 18. Поток трафика между внешним FTP сервером и пользователем 16
На рисунке 19 изображен поток трафика между «FTP» сервером и пользователем 12 из второго отдела.
Рисунок 19. Поток трафика между внешним FTP сервером и пользователем 12
На рисунке 20 изображен поток трафика между «FTP» сервером и пользователем 2 из первого отдела.
Рисунок 20. Поток трафика между внешним FTP сервером и пользователем 2
На рисунке 21 изображен поток трафика между «FTP» сервером и пользователем 20 из второго отдела.
На рисунке 22 изображен поток трафика между «FTP» сервером и пользователем 23 из третьего отдела.
Рисунок 22. Поток трафика между внешним FTP сервером и пользователем 23
На рисунке 23 изображено изменение пропускной способности, в течение
рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего дня, когда
пользователь спешит получить задание и начать его выполнение, и с его
завершением, когда пользователь спешит закончить полученную работу, ось Y показывает скорость, ось X показывает время:
Рисунок 23. Скорость передачи трафика между внешним FTP сервером и
пользователями
На рисунке 24 изображено изменение количества отправляемых пакетов, в
течении рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего
дня, когда пользователь спешит получить задание и начать его выполнение, и с
его завершением, когда пользователь спешит закончить полученную работу, ось Y
показывает количество, ось X показывает время:
Рисунок 24. Количество передаваемых пакетов между внешним FTP сервером и
пользователями
3.1.3 Поток
трафика между внутренним почтовым сервером и пользователями
На рисунке 25 изображен поток трафика между пользователем 14 из второго
отдела и внутренним почтовым сервером.
Рисунок 25. Поток трафика между внутренним почтовым сервером и
пользователем 14
На рисунке 26 изображен поток трафика между пользователем 24 из третьего
отдела и внутренним почтовым сервером.
Рисунок 26. Поток трафика между внутренним почтовым сервером и
пользователем 24
На рисунке 27 изображен поток трафика между пользователем 8 из первого
отдела и внутренним почтовым сервером.
Рисунок 27. Поток трафика между внутренним почтовым сервером и
пользователем 8
На рисунке 28 изображено изменение пропускной способности, в течение
рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего дня, когда
пользователь спешит получить задание и начать его выполнение, и с его
завершением, когда пользователь спешит закончить полученную работу, ось Y показывает скорость, ось X показывает время:
На рисунке 29 изображено изменение количества отправляемых пакетов, в
течение рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего
дня, когда пользователь спешит получить задание и начать его выполнение, и с
его завершением, когда пользователь спешит закончить полученную работу, ось Y
показывает количество, ось X показывает время:
Рисунок 28. Скорость передачи трафика между внутренним почтовым сервером
и пользователями
Рисунок 29. Количество передаваемых пакетов между внутренним почтовым
сервером и пользователями
3.1.4 Поток
трафика между внутренним сервером FTP и пользователями
На рисунке 30 изображен поток трафика между пользователем 4 из первого
отдела и внутренним FTP сервером.
Рисунок 30. Поток трафика между внутренним сервером FTP и пользователем 4
На рисунке 31 изображен поток трафика между пользователем 14 из второго
отдела и внутренним FTP сервером.
Рисунок 31. Поток трафика между внутренним сервером FTP и пользователем
14
На рисунке 32 изображен поток трафика между пользователем 17 из второго
отдела и внутренним FTP сервером.
Рисунок 32. Поток трафика между внутренним сервером FTP и пользователем
17
На рисунке 33 изображено изменение пропускной способности, в течении
рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего дня, когда
пользователь спешит получить задание и начать его выполнение, и с его
завершением, когда пользователь спешит закончить полученную работу, ось Y показывает скорость, ось X показывает время:
Рисунок 33. Скорость передачи трафика между внутренним сервером FTP и
пользователями
На рисунке 34 изображено изменение количества отправляемых пакетов, в
течении рабочего дня, эта характеристики меняется в связи с началом рабочего
дня, когда пользователь спешит получить задание и начать его выполнение, и с
его завершением, когда пользователь спешит закончить полученную работу, ось Y
показывает количество, ось X показывает время:
Рисунок 34. Количество передаваемых пакетов между внутренним сервером FTP
и пользователями
Вывод
Спроектирована сеть, которая состоит из внешней: два сервера - «Web&Email» и «FTP»,
которая соединена с внутренней посредством WAN-соединения с пропускной способностью «Т1», и сети
предприятия: состоит из роутера, главного концентратора и трех концентраторов
отделов, каждый отдел состоит из 10 пользователей и двух серверов - «FTP» и
«Email».
4.
Симуляция работы сети
Анализ работы сети я провел при помощи запуска симуляции в течении 8
часов для каждого из трех рабочих дней. Для этого я дублировал первый сценарий
дважды и изменил поток трафика для двух новых сценариев работы сети.
4.1 Основной сценарий. Обычные нагрузки
4.1.1 Загруженность
соединения
На рисунке 35 показано, что средняя загруженность составляет 50
процентов, такие нагрузки позволяют пользователям использовать любые сетевые
приложения, без возникновения неполадок в сети.
Рисунок 35. Загруженность соединения
4.1.2 Задержки
очереди
На рисунке 36 показано, что среднее время задержек составляет 0,05 сек., такие
задержки позволяют пользователям с разных отделов работать не испытывая
дискомфорта при использовании сетевых приложений.
Рисунок 36. Задержка очереди
4.1.3 Задержки
при использовании Email сервера
На рисунке 37 показано, что среднее время задержек при использовании
почты составляет 0,04 сек., такие задержки позволяют пользователям с разных
отделов работать не испытывая дискомфорта при использовании электронной почты.
Рисунок 37. Задержки при использовании почты
4.1.4 Загрузка
файлов
На рисунке 38 показано, что среднее время задержек при использовании FTP сервера составляет 0,4 сек., такие
задержки позволяют пользователям с разных отделов работать не испытывая
дискомфорта при загрузке файлов.
Рисунок 38. Время загрузки файлов
4.1.5 Работа
веб-приложений
Рисунок 39. Время отклика приложений
На рисунке 39 показано, что среднее время задержек при использовании
веб-приложений составляет 0,5 сек., такие задержки позволяют пользователям с
разных отделов работать не испытывая дискомфорта при использовании сетевых
приложений.
4.2 Второй
сценарий. Средние нагрузки
4.2.1 Загруженность
соединения
На рисунке 40 показано, что средняя загруженность составляет 70
процентов, при таких нагрузках на соединение, могут возникнуть проблемы в
работе приложений во время пиковых нагрузок.
Рисунок 40. Загруженность соединения
4.2.2 Задержки
очереди
На рисунке 41 показано, что среднее время задержек составляет 4,5 сек.
при таких задержках, у пользователей возникнут проблемы при работе с
приложениями, во время пиковых нагрузок на сеть.
Рисунок 41. Задержка очереди
4.2.3 Задержки
при использовании Email сервера
На рисунке 42 показано, что среднее время задержек при использовании
почты составляет 17 сек., при таких задержках, у пользователей возникнут
проблемы при работе с электронной почтой, во время пиковых нагрузок на сеть.
Рисунок 42. Задержки при использовании почты
4.2.4 Загрузка
файлов
На рисунке 43 показано, что среднее время задержек при использовании FTP сервера составляет 16 сек., при
таких задержках, у пользователей возникнут проблемы при загрузке файлов, во
время пиковых нагрузок на сеть.
Рисунок 43. Время загрузки файлов
4.2.5 Работа
веб-приложений
Рисунок 44. Время отклика приложений
4.3 Третий
сценарий. Пиковые нагрузки
4.3.1 Загруженность
соединения
На рисунке 45 показано, что средняя загруженность составляет 90
процентов, при таких нагрузках на соединение, возникнут серьезные проблемы в
работе приложений во время пиковых нагрузок, вплоть до обрушения сети.
Рисунок 45. Загруженность соединения
4.3.2 Задержки
очереди
На рисунке 46 показано, что среднее время задержек составляет 20 сек.,
при таких задержках, у пользователей проблемы при работе с приложениями, вплоть
до полного их отказа, во время пиковых нагрузок на сеть.
Рисунок 46. Задержка очереди
4.3.3 Задержки
при использовании Email сервера
На рисунке 47 показано, что среднее время задержек при использовании
почты составляет 60 сек., при таких задержках, у пользователей будут серьезные
проблемы при работе с электронной почтой, вплоть до полного ее отказа, во время
пиковых нагрузок на сеть.
Рисунок 47. Задержки при использовании почты
4.3.4 Загрузка
файлов
На рисунке 48 показано, что среднее время задержек при использовании FTP сервера составляет 100 сек., при
таких задержках, у пользователей будут серьезные проблемы при загрузке файлов,
вплоть до отказа в загрузке, во время пиковых нагрузок на сеть.
Рисунок 48. Время загрузки файлов
4.3.5 Работа
веб-приложений
Рисунок 49. Время отклика приложений
На рисунке 49 показано, что среднее время задержек при использовании
веб-приложений составляет 50 сек., при таких задержках, у пользователей будут
серьезные проблемы при работе с приложениями, вплоть до полного их отказа, во
время пиковых нагрузок на сеть.
Вывод
Были проведены симуляции для каждого из трех сценариев, результаты
которых показали, что сеть отлично справляется с основным «рабочим» сценарием,
справляется со вторым сценарием, в котором был увеличен трафик и не справляется
вовсе с третьим сценарием, в котором были пиковые нагрузки и задержки на
соединение из-за которых выполнение работы для пользователей было невозможно.
Заключение
Программа Opnet Modeler позволяет анализировать как существующие, так и
проектируемые сети (в стадии системного проектирования). При использовании
Opnet Modeler отпадает необходимость трудоемких расчетов для слабых мест сети.
Любую сетевую ситуацию, расширение или преобразование сети можно сначала
смоделировать и оценить последствия и только потом начинать монтажные работы и
закупку оборудования. Сравнение различных сценариев развития сети позволит
избежать ошибок еще на этапе проектирования и снизить издержки на переработку
проекта к минимуму.
За основу топологии я взял топологию «звезда», так как считается, что
данная топология самая простая с точки зрения проектирования и установки.
Другим аспектом выбора этой топологии является простота обслуживания. Также
топология "звезда" позволяет легко диагностировать проблемы и
изменять схему прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию
"звезда", легко добавлять рабочие станции. За основу архитектуры я
взял сосредоточенную магистраль, так как сосредоточение магистралей в одной
точке создает удобную архитектуру для управления сетью и обеспечивает
максимальную простоту ее администрирования
Спроектирована сеть. Она состоит из внешней сети: два сервера - «Web&Email» и «FTP»,
которая соединена с внутренней посредством «WAN-соединения» с пропускной способностью 1,544 Мбит/сек.
И сети предприятия: состоит из роутера, главного концентратора и трех
концентраторов отделов, каждый отдел состоит из 10 пользователей и двух
серверов - «FTP» и «Email».
Были проведены симуляции для каждого из трех сценариев, результаты
которых показали, что сеть отлично справляется с основным «рабочим» сценарием,
справляется со вторым сценарием, в котором был увеличен трафик и не справляется
вовсе с третьим сценарием, в котором были пиковые нагрузки и задержки на
соединение из-за которых выполнение работы для пользователей было невозможно.
Список
литературы
1. Финогеев
А.Г., Финогеев А.А. Сети и телекоммуникации. Часть 1. Моделирование локальных
сетей в среде OPNET: методические указания к лабораторным работам - Пенза:
изд-во ПГУ, 2013 - 40 с.
2. Финогеев
А.Г., Финогеев А.А. Сети и телекоммуникации. Часть 2. Моделирование глобальных
сетей в среде OPNET: методические указания к лабораторным работам - Пенза:
изд-во ПГУ, 2013 - 40 с.
. Бождай
А.С., Финогеев А.Г. Сетевые технологии. Учебное пособие, 3-е издание,
переработанное и дополненное. Изд-во. ПГУ, 2014.
. Олифер,
В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебное пособие -
СПб.: Питер, 2007. - 958 с.
. Крук
Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П.; под ред. Шувалова В.П.
Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие 1 том.- М.: Горячая
линия-Телеком, 2003-647с.
. Маколкина
М.А. Моделирование сетей связи с применением пакета ОpNet: методические
указания к лабораторным работам; ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2009.
. Топологии
компьютерных сетей