ВВЕДЕНИЕ
Сегодня сетевые технологии переживают небывалый рост. Постоянно увеличивается число пользователей сети Internet. Повсеместно организации разного рода и масштаба организуют свои локальные сети как для внутреннего пользования, так и ради многопользовательского выхода в Интернет. Даже государственная политика в сфере предоставления государственных услуг и информирования граждан теперь ориентирована на дистанционную работу с гражданами по средствам сети Интернет. Данные изменения не могли не сказаться на рынке труда и, как следствии, на сфере образования. Потребность в квалифицированных IT-специалистах с хорошим уровнем знаний в данной области возросла.
В связи с вышеперечисленным вопрос проектирования современного комплекса лабораторных работ и курсовых проектов по дисциплине «Сети и телекоммуникации» стал достаточно актуальным. Поэтому мною была выбрана данная тематика выпускной квалификационной работы.
Курс лабораторных работ будет организован таким образом, чтобы студенты сначала познакомились и изучили программное средство Riverbed Modeler Academic Edition, выбранное для выполнения выпускной квалификационной работы, а затем стали моделировать и анализировать различные локальные вычислительные сети, построенные в данном программном продукте. Целью данного курса является получение практических навыков в организации вычислительных сетей, их функционировании и в работе с сетевым оборудованием: его выборе и настройке.
Комплекс курсового проектирования, в свою очередь, призван закрепить знания, полученные студентами во время выполнения лабораторных работ по дисциплине с помощью выполнения индивидуального задания.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы мной разработан комплекс лабораторных работ и курсовых проектов по дисциплине «Сети и телекоммуникации», а также будут разработаны методические указания и пояснения к лабораторным работам. Помимо этого планируется создание руководства по установке и настройке программного комплекса Riverbed Modeler Academic Edition на рабочие станции кафедры Автоматики и вычислительной техники.
. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Моделирование вычислительной системы позволяет произвести более точный, по сравнению с экспертными оценками, расчет необходимой производительности отдельных компонентов и всей системы в целом, в том числе системного и прикладного программного обеспечения. При этом появляется возможность использовать не максимальные значения характеристик используемого вычислительного оборудования, а характеристики, учитывающие, специфику использования этого оборудования в конкретном учреждении.
Основу моделирования составляют модели оборудования и процессов (технологий, программного обеспечения), используемых при работе интересующего объекта. При моделировании на компьютере воспроизводятся реальные процессы в обследуемом объекте, исследуются особые случаи, воспроизводятся реальные и гипотетические критические ситуации. Основным достоинством моделирования является возможность проведения разнообразных 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, а возможно, и к порче оборудования.
В случае моделирования вычислительных систем таким объектом является информационная система, определяющая способы получения, хранения, обработки и использования различной корпоративной и внешней информации.
В процессе моделирования возможно следующее:
Определение минимально необходимого, но обеспечивающего потребности передачи, обработки и хранения информации оборудования (даже не имеющего реальных аналогов) в настоящее время;
Оценка необходимого запаса производительности оборудования, обеспечивающего возможное увеличение производственных потребностей в ближайшее время (от одного года до пяти лет);
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Выбор нескольких вариантов оборудования с учетом текущих потребностей, перспективы развития на основании критерия стоимости оборудования.
Проведение проверки работы вычислительной системы, составленной из рекомендованного оборудования.
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. Программные системы моделирования могут быть узкоспециализированными и достаточно универсальными, позволяющие имитировать сети самых различных типов. Качество результатов моделирования в значительной степени зависит от точности исходных данных о сети, переданных в систему имитационного моделирования.
Программные системы моделирования сетей — это инструмент, который может пригодиться любому администратору корпоративной сети, особенно при проектировании новой сети или внесении кардинальных изменений в уже существующую. Продукты данной категории позволяют проверить последствия внедрения тех или иных решений еще до оплаты приобретаемого оборудования. Конечно, большинство из этих программных пакетов имеют весьма высокую цену, но, с другой стороны, возможная экономия в итоге может быть тоже весьма ощутимой.
Программы имитационного моделирования сети используют в своей работе информацию о пространственном расположении сети, числе узлов, конфигурации связей, скоростях передачи данных, используемых протоколах и типе оборудования, а также о выполняемых в сети приложениях.
Обычно имитационная модель строится не с нуля. Существуют готовые имитационные модели основных элементов сетей: наиболее распространенных типов маршрутизаторов, каналов связи, методов доступа, протоколов и т.п. Эти модели отдельных элементов сети создаются на основании различных данных: результатов тестовых испытаний реальных устройств, анализа принципов их работы, аналитических соотношений. В результате создается библиотека типовых элементов сети, которые можно настраивать с помощью заранее предусмотренных в моделях параметров.
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 трафика и других параметров, нужных для моделирования. Кроме того, система снабжается средствами для статистической обработки полученных результатов моделирования.
Существует целый ряд программных комплексов предназначенных для имитационного моделирования сети, которые хорошо себя зарекомендовали в этой сфере программного обеспечения.
. АНАЛИЗ И ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
На сегодняшний день существует большое количество программных средств моделирования и разработки вычислительных сетей. Данные программы уже давно и достаточно широко и успешно используются в образовательном процессе. Однако часть данных средств поставляется потребителю в рамках специально заключенных договоров, что весьма усложняет процесс использования. К тому же, данные программные продукты имеют достаточно высокую стоимость. Имеющиеся бесплатные программы, к сожалению, довольно часто имеют сильно ограниченный функционал, который подходит только для ознакомления с самим продуктом. При всем вышеперечисленном, не стоит забывать, что используемое в учебных заведениях программное обеспечение должно быть лицензированным, а у бесплатных программ решений лицензий иногда и нет вовсе.
Наиболее популярными программными средствами моделирования и разработки вычислительных сетей считаются программы: Cisco Packet Tracer, GNS3, GPSS, Dynamips и Riverbed Modeler (обновленный OpNet IT Guru).
В рамках нашей кафедры уже используются программные средства: GPSS и Cisco Packet Tracer — и существуют лабораторные работы, основанные на базе данных программных средств. Однако все они имеют ряд ограничений. Packet Tracer
Это многофункциональная программа моделирования сетей, которая позволяет пользователям экспериментировать с поведением сети и оценивать возможные сценарии. Packet Tracer предоставляет функции моделирования, визуализации, авторской разработки, аттестации и совместного сотрудничества, а также облегчает преподавание и изучение сложных технологических принципов. На рисунке 1 представлен интерфейс программы.
Рисунок 1 — Интерфейс программы Cisco Packet Tracer
Программное решение Cisco Packet Tracer позволяет имитировать работу различных сетевых устройств: маршрутизаторов, коммутаторов, точек беспроводного доступа, персональных компьютеров, сетевых принтеров, IP-телефонов и т.д. Работа с интерактивным симулятором дает весьма правдоподобное ощущение настройки реальной сети, состоящей из десятков или даже сотен устройств. Настройки, в свою очередь, зависят от характера устройств: одни можно настроить с помощью команд операционной системы Cisco IOS, другие — за счет графического веб-интерфейса, третьи — через командную строку операционной системы или графические меню.
Благодаря такому свойству Cisco Packet Tracer, как режим визуализации, пользователь может отследить перемещение данных по сети, появление и изменение параметров IP-пакетов при прохождении данных через сетевые устройства, скорость и пути перемещения IP-пакетов. Анализ событий, происходящих в сети, позволяет понять механизм ее работы и обнаружить неисправности.
Главным недостатком данной программы можно считать её узкую ориентацию — работа в программе можно только с оборудованием фирмы Cisco. Это существенно снижает универсальность подготовки студентов, ориентируя их на применение сетевых решений, специфичных для данного производителя.
Язык моделирования, используемый для имитационного моделирования <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5> различных систем, в основном систем массового обслуживания <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BE%D0%B1%D1%81%D0%BB%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F>. На рисунке 2 представлен стандартный интерфейс программного продукта и часть программы, написанной для него.
Рисунок 2 — Изображение программы на GPSS
Язык основан на схеме транзактов (сообщений). Под транзактом понимается формальный объект, который «путешествует» по системе (перемещается от блока к блоку), встречая на пути всевозможные задержки, вызванные занятостью тех или иных единиц оборудования. Транзакты имеют прямую аналогию с заявками в системах массового обслуживания. В качестве транзакта может выступать программа обработки информации, телефонный вызов, покупатель в магазине, отказ системы при исследовании надежности и т.д. Каждый транзакт обладает совокупностью параметров (до 100), которые называются атрибутами транзакта. В процессе имитации атрибуты могут меняться в соответствии с логикой работы исследуемой системы. Язык GPSS — язык интерпретируемого типа, он связан с пошаговым выполнением операторов, называемых блоками. Совокупности блоков описывают функционирование самой моделируемой системы либо содержат информацию о порядке моделирования (о продвижении транзактов). Каждое продвижение транзакта (сообщения) является событием в модели. Комплекс программ, планирующий выполнение событий, реализующий функционирование блоков моделей, регистрирующий статистическую информацию о прохождении транзактов, называется симулятором. Симулятор регистрирует время наступления каждого из известных на данный момент событий и выполняет их с нарастающей временной последовательностью. Симулятор обеспечивает отсчет модельного времени в принятых единицах, называемых абсолютным условным временем. С каждым сообщением связано относительное условное время, отсчет которого начинается при входе сообщения в моделируемую систему и заканчивается при выходе сообщения из системы.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
К основным недостаткам моделирования сетей по средствам языка GPSS можно отнести сложность полноценной реализации модели вычислительной сети, представлении сети как модели массового обслуживания. Кроме этого процесс моделирования сети превращается в создание множества связанных команд, через которые невозможно передать все особенности сети — только основные показатели. Так же результаты моделирования зависят от вычислительной мощности рабочей станции (единицы времени работы программы напрямую связаны с тактовой частотой процессора), поэтому при одинаковых входных данных результаты на машинах с разной вычислительной мощностью могут меняться. — это кроссплатформенный графический симулятор сети, который позволяет смоделировать виртуальную сеть из маршрутизаторов и виртуальных машин. Работает в Windows, Linux, MacOS X. Является свободным программным обеспечением, поэтому скачать GNS3 можно абсолютно бесплатно. GNS3 легко интегрируется с программами-анализаторами типа Wireshark. Также можно соединять эмулируемую сеть и сетевые интерфейсы на реальной машине. Поддерживаемые типы образов операционных систем эмулируемого оборудования — IOS/IPS/PIX/ASA/JunOS. На рисунке 3 показана сеть, построенная в GNS3.
Рисунок 3 — Отображение сети, построенной с помощью программы GNS3
Одной из самых интересных особенностей GNS3 является возможность соединения проектируемой топологии с реальной сетью. Это дает просто уникальную возможность проверить на практике какой-либо проект, без использования реального оборудования. Использование WireShark позволяет провести мониторинг трафика внутри проектируемой топологии, что дает дополнительную информацию для понимания изучаемых технологий. На рисунке 4 представлен интерфейс программного продукта.
Рисунок 4 — Интерфейс программы GNS3
К числу недостатков GNS3 можно отнести то, что в состав данного программного пакета, равно как и в состав Dynamips/Dynagen, не входят образы операционных систем, например Cisco IOS. Вам необходимо располагать образами IOS/ASA/PIX (иметь контракт, скачать с приобретённого оборудования, получить другим путём) чтобы воспользоваться GNS3.
Также недостатком данного программного обеспечения является отсутствие возможности полноценной симуляции коммутаторов второго уровня Cisco. Этот недостаток не будет исправлен в новых версиях, так как его причиной является кардинальное различие в аппаратной платформе маршрутизаторов и свитчей Cisco.
Эмулятор маршрутизатора Cisco, работающий на системах с архитектурами i386 и x86-64. Проект Dynamips стартовал в августе 2005 года как эмулятор маршрутизатора Cisco 7200 на ПК и предназначался для проверки конфигурации перед использованием на настоящем оборудовании и для обучения. Сегодня Dynamips может эмулировать и другие платформы Cisco — серии 3600, 3700 и 2600. Причем с выбором разных вариантов устройств: CPU (MIPS64 и PowerPC), RAM (DRAM, Packet SRAM, NVRAM), различных типов карт и портов. Предусмотрена возможность создания виртуальных мостов и коммутаторов.
Главная особенность — эмулируемое устройство можно подключить к реальной сети, для чего один из выходов виртуального маршрутизатора связывается с реальной сетевой картой. Работа в режиме гипервизора позволяет распределить нагрузку на несколько систем, ведь IOS (Internet Operating System) образы полностью загружаются в ОЗУ и при большом количестве виртуальных систем отбирают много ресурсов.
Как и в GNS3 для запуска понадобятся реальные IOS образы Cisco, которые не являются частью пакета, и их необходимо скачивать отдельно, что является несомненным минусом. Помимо этого в плане настроек Dynamips не очень удобен, чтобы создать на его основе сеть из нескольких маршрутизаторов, придется приложить немало усилий. Эту задачу можно облегчить при помощи Dynagen <#»897226.files/image005.jpg»>
Рисунок 5 — Рабочее окно программы Dynamips
Используя простой файл описания виртуальной среды, мы можем легко соединить несколько устройств. Главное, что все установки собраны в одном месте, имеют простой синтаксис и легко редактируются.
После загрузки образов (процесс будет выводиться в консоли, где запущен) и настроек виртуальных роутеров получим приглашение консоли
управления.
Весь процесс создания и моделирования сети в данном случае сводиться настройке сетевого оборудования и соединения его между собой в рамках используемого программного продукта. К минусам программного комплекса кроме всего, упомянутого выше, так же стоит отнести консольное исполнение программы и полное отсутствие возможности визуализации процесса моделирования, построения сети.Modeler Academic Edition
Виртуальная среда для моделирования, анализа и прогнозирования производительности ИТ-инфраструктуры, включая приложения, серверы и сетевые технологии. На основе Riverbed Modeler Academic Edition можно выполнять лабораторные занятия, которые помогают изучить основы построения сети, работу различных протоколов и технологий. Отличительной чертой данного программного продукта можно назвать большой набор библиотек с разнообразным сетевым и иным компьютерным оборудованием, предлагаемым для использования при построении виртуальных моделей сети. Так же к несомненным плюсам данного комплекса можно отнести бесплатные сертификаты для учебных заведений и студентов. Таким образом, при регистрации на сайте производителя, программный комплекс можно скачать и использовать совершенно бесплатно. Ещё одним плюсом данного программного продукта является возможность установки не только на Windows, но и на Linux.
Рисунок 6 — Изображение рабочий области и пунктов рабочего меню
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Riverbed Modeler Academic EditionModeler Academic Edition создан на основе другого не без известного программного комплекса OpNet IT-Guru Academic Edition. Riverbed Modeler имеет удобный интерфейс, с большим набором настроек.
Для начала работы с оборудованием достаточно перетащить его в рабочую область и оно станет доступным для настройки и подключения. Как уже было сказано, Riverbed Modeler Academic Edition обладает большим набором библиотек с различным сетевым оборудованием. Уже в рамках стандартного набора библиотек имеется возможность работать с оборудованием фирмы Cisco, D-Link, Juniper и Huawei. Осуществляется поддержка работы с различными протоколами, средами передачи данных. Имеется возможность создания сетей Ethernet, ATM, Token Ring и др. с поддержкой соответствующего оборудования. Кроме того Riverbed Modeler позволяет создавать сети разного типа: начиная от локальных и заканчивая трансконтинентальными.
К слабым сторонам данного продукта можно отнести отсутствие на данный момент полноценного руководства на русском языке, основная документация, в основном, написана на английском.
Ниже представлена краткая сравнительная характеристика по каждому из описанных выше программных средств.
Таблица 1 — Итоговое сравнение программных продуктов
На основе всего вышеизложенного для разработки комплекса лабораторных работ и курсовых проектов по дисциплине «Сети и Телекоммуникации» мною было выбрано программное средство Riverbed Modeler Academic Edition, так как отсутствие русской документации не является критической проблемой, а достоинства данного программного продукта наиболее хорошо подходят для выполнения поставленной задачи.
3.ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
.1 Обоснование выбора
Выбранный для дипломного проекта программный комплекс Riverbed Modeler Academic Edition, как уже было сказано ранее, предоставляет виртуальную среду для моделирования, анализа и прогнозирования производительности ИТ-инфраструктуры, включая приложения, серверы и сетевые технологии.
Использование данного программного средства уменьшает потребность в больших затратах времени и полностью исключает необходимость использования дорогостоящего оборудования для создания прототипов сети.Modeler Academic Edition создан на основе другого известного программного комплекса — OpNet IT-Guru Academic Edition. Riverbed Modeler имеет удобный интерфейс, с большим набором настроек.
Описание программного комплекса
Рабочего меню программы содержит разнообразные пункты:
Меню работы с файлами (File);
Меню редактирования активного сценария (Edit);
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Меню настроек отображения строящейся модели (View);
Меню управления сценариями (Scenarios);
Меню управления топологией моделируемой сети (Topology);
Меню управления настройками трафика сети (Traffic);
Меню по работе с протоколами (Protocols);
Мункт меню DES
Меню общих настроек программы (Windows);
Меню помощи (Help).
Кроме этого имеется панель инструментов, содержащая различные кнопки меню, например: Создание, открытие или сохранение проекта, палитра объектов, кнопки изменения масштаба, запуск процесса моделирования работы сети, просмотр результатов моделирования работы сети, и другие.
У программы есть ряд положительных особенностей, одна из которых это наличие встроенного механизма анализа работы сети, её загруженности и прочих характеристик.
Каждый проект, создаваемый для моделирования сети, может содержать, по крайней мере, один сценарий. Сценарий можно редактировать в редакторе проектов, где подсети, узлы, ссылки, коммунальные услуги и трафик приложения могут быть включены для каждого моделирования.
Симуляция сети в Modeler выполняется путем представления реального мира устройств, располагающихся в подключенных библиотеках, в качестве узлов и связей. Modeler обеспечивает среду, на которой атрибуты этих узлов и связей можно конфигурировать и использовать в качестве данных в процессе моделирования, после чего результаты анализируются. При необходимости можно самостоятельно создавать необходимое оборудование средствами программного комплекса. Для этого необходимо выбрать Topology -> Device Creator -> Create Custom Device Model… (Рисунок 7)
Рисунок 7 — Создание собственного устройства
Дальше откроется меню выбора типа интересующего сетевого оборудования и его характеристики, которые можно изменять в зависимости от требований (Рисунок 8).
Рисунок 8 — Меню создания собственного устройства
В программе существует два пути создания сетевых топологий. Это быстрая конфигурация или выбор узлов из палитры объектов (Object Palette).
Описание симуляции
Как уже было упомянуто ранее, в Riverbed Modeler существуют механизмы обработки результатов процесса моделирования работы сети. Он достаточно нагляден и отображается в форме графиков зависимости различных показателей сети от времени работы или от других параметров. Данная функциональность программного комплекса дает возможность более точно и более правильно проанализировать работу модели и внести требуемые изменения. В процессе моделирования работы сети выбранные для анализа статистические данные собираются и сохраняются для дальнейшего просмотра.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Чтобы запустить симуляцию необходимо перейти к DES -> Configure / Run Discrete Event Simulation… . на панели инструментов. Откроется окно симуляции, где вы можете настроить различные параметры (например продолжительность моделирования) (Рисунок 9). Так же имеется возможность создавать статистические отчеты.
Рисунок 9 — Настройка выполнения симуляции
После завершения процесса симуляции можно получить результаты, для этого необходимо перейти на DES -> Results -> View Results… 
(Рисунок 10). Например, данный график отображает передачу данных на протяжении всей симуляции для одного устройства. Начало графика здесь — погрешность.
Рисунок 10 — Результаты симуляции
Также во время симуляции можно собирать статистику по различным элементам или каналам связи для последующего отображения и анализа, например:
Нагрузка на канал связи между двумя соединёнными элементами;
Нагрузка на конкретное устройство (маршрутизатор, сервер или рабочая станция); Нагрузка на определённое устройство или канал связи по конкретному протоколу; Задержка трафика на конкретном устройстве или на канале связи между устройствами (Рисунок 11);
Сравнение статистики на нескольких различных устройствах для выявления узкого места;
Сравнение статистики одного или нескольких устройств в разных сценариях для выявления явных различий при изменении сети или некоторых её компонентов (Рисунок 12);
И ещё множество вариантов сбора и анализа различной статистики.
Рисунок 12 — Задержка HTTP пакетов в сети в двух сценариях симуляции сети
Дополнительной возможностью программного продукта является экспорт результатов в формате электронных таблиц.
Программный комплекс Riverbed Modeler, ко всему вышеперечисленному, имеет систему советов по устранению неполадок. При запуске процесса моделирования могут возникать различные проблемы и трудности, связанные с множеством настраиваемых параметров, которые приводят к неработоспособности модели сети. Система обнаружения и решения данных проблем состоит из нескольких элементов:results (результаты моделирования): результаты могут помочь понять, какие возможные ошибки конфигурации в сеть. Например, глядя на график TCP-пакетов можно понять, почему время отклика приложений достаточно высоко, и это может быть в результатом неправильно настроенной пропускной способности соединения, используемого в какой-либо точке топологии.Log: это журнал сообщений, содержащий предупреждения, ошибки и информацию, относящуюся к процессу моделирования работы сети. Он доступен из меню DES -> Open DES Log. Это одно из первых мест для проверки любых намеков на неверную конфигурацию сети или оборудования.Log: лог ошибок, документ предупреждений и ошибок из ядра. Это не особенность проекта/сценария. Включает такие проблемы, как сбой в работе при использовании утилиты в программном обеспечении. Они могут быть доступны из меню Help -> Error Log -> Open.
. СТРУКТУРА ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА
Комплекс лабораторных работ по дисциплине «Сети и Телекоммуникации» создан на базе программного комплекса Riverbed Modeler Academic Edition и состоит из 6 лабораторных работ.
Ниже приводится список лабораторных работ по дисциплине и их краткое содержание:
.1 Лабораторная работа № 1 — Проектирование небольших объединенных сетей
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
В ходе выполнения лабораторной работы студенты должны ознакомиться с программным продуктом, а именно:
Изучить основные настройки, элементы интерфейса и пункты меню;
Создать первый проект, познакомится с расположением с меню выбора сетевого оборудования;
Подключить библиотеку с оборудованием, научиться переносить требуемое оборудование на рабочую область и соединить оборудование между собой с помощью каналов связи.
Итогом работы должна стать простая сеть для двухэтажного здания: изначально будет предложено «построить» сеть первого этажа топологии «звезда» с подключением центрального коммутатора к серверу (рисунок 13). После чего полученной сети и сохранить результаты моделирования. Затем «достроить» второй этаж и подключить к первому с помощью маршрутизатора Cisco (рисунок 14). Полученную сеть также необходимо просимулировать, а затем провести сравнительный анализ двух сетей. Пример сравнительного графика приведёт на рисунке 15. Здесь сравнивается нагрузка на серверную машину (node_31).
Предположительное время выполнения работы — 4 часа.
Рисунок 13 — Изначальный вид сети
Рисунок 14 — Финальная сеть
Рисунок 15 — сравнение нагрузки на сервер
4.2 Лабораторная работа № 2 — Проектирование и моделирование ЛВС многоэтажного здания
В данной лабораторной работе студентам будет предложено построить локальную вычислительную сеть для десятиэтажного здания. В подвале здания находятся сервера, на каждом этаже по 50-150 рабочих станций. Ход работы следующий:
Студенты открывают подготовленную сеть и проверяют её характеристики и приложения на серверах и станциях;
Выполняется последовательное подключение коммутаторов от первого этажа к десятому (рисунок 16);
Выполняется сбор статистики и симуляция построенной сети с сохранением результатов (самый быстрый доступ на первом этаже, самый медленный — на десятом, рисунок 17);
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Создается сценарий-копия и топология сети изменяется: сервер БД переносится на пятый этаж, остальные коммутаторы последовательно подключаются к нему (6-7-8-9-10 и 4-3-2-1);
Снова выполняется сбор статистики и симуляция сети с сохранением результатов;
Результаты обоих сценариев сравниваются, Студенты должны сделать выводы об изменениях в работе сети (теперь самый быстрый доступ на пятом этаже, а самый медленный на первом и десятом);
Вновь создаётся копия сценария и выполняется изменение топологии сети: сервер снова перемещается в подвал, но коммутаторы на этажах напрямую подключаются к главному коммутатору (рисунок 18).
Вновь выполняется сбор статистики и симуляция полученной сети.
Сравниваются результаты всех трёх сценариев, студенты снова должны сделать выводы и обосновать их (теперь на всех этажах одинаково быстрый доступ к серверам при условии высокого быстродействия главного коммутатора, рисунок 19).
Предположительное время выполнения работы — 4 часа.
Рисунок 16 — Изначальный вид сети
Рисунок 17 — Сравнение времени отклика для первого сценария
Рисунок 18 — Финальная сеть
Рисунок 19 — Сравнение времени отклика финальной топологии
.3 Лабораторная работа № 3 — Проектирование и оптимизация сети
Лабораторная работа демонстрирует особенности проектирования сети с учётом требований пользователей, необходимых услуг и верного расположения узлов. Задачей работы является оптимизация сети. В работе потребуется спроектировать сеть для компании, которая имеет четыре отдела: исследовательский, инженерный, коммерческий и отдел продаж. Будет рассмотрена такая модель ЛВС, которая позволит рассмотреть множество клиентов и серверов на одном объекте моделирования. Цель лабораторной работы заключается в оценке влияния различных конструкторских решений на работу и производительность сети.
Студентам потребуется создать пять подсетей на общей топологии: 4 отдела и сервера. Каждая подсеть имеет свой коммутатор и некоторое количество рабочих станций для отделов или три сервера в подсети серверов (рисунок 20).
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
После построения сети нужно будет выполнить настройку сервисов и приложений, а затем выполнить симуляцию сети и сохранить результаты.
Далее потребуется создать копию сценария, в котором нужно будет настроить «фоновый трафик», который должен увеличить общую задержку всех устройств.
Вновь потребуется выполнить симуляцию сети и сравнить результаты двух сценариев и сделать выводы о работе сети (рисунок 21).
Предположительное время выполнения работы — 4 часа.
Рисунок 20 — Общая сеть и подсеть с серверами
Рисунок 21 — Сравнение результатов двух сценариев
4.4 Лабораторная работа № 4 — Проектирование Wireless Lan и управление доступом к среде передачи
Цель лабораторной работы заключается в применении технологии CSMA/CA и использования различных опций стандарта IEEE 802.11 в беспроводной сети Wi-Fi.
В этой лабораторной работе будут получены навыки моделирования сети Wi-Fi в Riverbed Modeler. Каждая сетевая технология имеет характерную для нее топологию соединения узлов сети и метод доступа к среде передачи (media access method). Эти категории связаны с двумя нижними уровнями модели OSI.802.11 — набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0.9, 2.4, 3.6 и 5 ГГц. Большей части пользователей данный набор стандартов известен как «Wi-Fi».
Студентами будет выполнено моделирование сети с беспроводными рабочими станциями (рисунок 22) с использованием нескольких режимов управления трафиком в таких сетях (DCF, PCF).- Distributed Coordination Function, используется в базовом 802.11 МАС уровне, чтобы разделить эфир между всеми станциями. При этом существуют следующие ограничения:
При одновременном взаимодействии большого количества станций происходит множество коллизий, которые снижают общую доступную ширину канала (также как в Ethernet, который использует CSMA/CD);
нет разделения на трафик по приоритету;
если станция «выигрывает» доступ к эфиру, она может занимать его столько, сколько ей нужно. И если эта станция имеет низкую пропускную способность (например, 1 Mbit/s), то ей понадобится продолжительное время для передачи данных, и все остальные станции будут страдать от этого;
Отсутствие гарантий QoS.. Оригинальный 802.11 MAC определяет также другую функцию координации, названную Point Coordination Function (PCF), она доступна только в режиме «инфраструктуры», в котором станции соединены с сетью через Точку Доступа (Access Point — AP). Этот режим опционален и очень немногие AP и WiFi адаптеры реализуют его. AP посылает «сигнальные» фреймы через постоянные промежутки времени (обычно 0.1 секунды). Между этими фреймами, PCF определяет два периода: Contention Free Period (CFP) и Contention Period (CP). В CP просто используется DCF. А в CFP AP посылает Contention Free — Poll (CF-Poll) пакеты каждой станции по одному за раз, чтобы дать им право посылать пакеты. AP является координатором. Это позволяет лучше управлять QoS. К несчастью PCF имеет ограниченную поддержку и некоторые ограничения (например, она не определяет классы трафика).
Предположительное время выполнения работы — 4 часа. На рисунке 23 показаны атрибуты одной из станций, а на рисунке 24 — сравнение задержек при использовании режимов DCF и PCF.
Рисунок 22 — Размещение рабочих станций в сети
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Рисунок 23 — Атрибуты и свойства рабочей станции «node_0»
Рисунок 24 — Сравнение задержек с разными режимами
4.5 Лабораторная работа № 5 — Улучшение производительности LAN посредством VLAN
В данной лабораторной работе будут изучены преимущества настройки VLAN в сетях. VLAN (Virtual Local Area Network) — логическая («виртуальная») локальная компьютерная сеть, представляющая собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к широковещательному домену, независимо от их физического местонахождения. VLAN имеет те же свойства, что и физическая локальная сеть, но позволяет конечным станциям группироваться вместе, даже если они не находятся в одной физической сети. Такая реорганизация может быть сделана на основе программного обеспечения вместо физического перемещения устройств.
Во время выполнения работы студентам потребуется изучить работу сети в трех зданиях. По «сюжету» компания наняла новых сотрудников, что значительно увеличило внутренний сетевой трафик. Студенты, как инженеры сети, должны будут получить максимальную отдачу от текущей инфраструктуры без установки нового оборудования. Изначально будет выдана стартовая сеть на изучение работы коммутируемой сети Ethernet (рисунок 20). Используемые сервисы — FTP, база данных, email и HTTP. После изучения сети студентам нужно будет настроить VLAN в сети для повышения производительности и снижения общей нагрузки. На рисунке 20 показано сравнение объёмов трафика, проходящего через коммутатор одного из зданий без настроенного VLAN и с настроенным.
Предположительное время выполнения работы — 4 часа.
Рисунок 25 — ЛВС лабораторной работы № 5
Рисунок 26 — Сравнение объёмов трафика
4.6 Лабораторная работа № 6 — Настройка QoS в существующей сети
В данной лабораторной работе студенты изучат конфигурирование трафика и его оптимизацию с помощью QoS с постепенно увеличивающейся нагрузкой от одного до 200 пользователей. QoS (Quality of Service, качество обслуживания) — в широком смысле это вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике, или же, в ряде случаев, неформальное обозначение вероятности прохождения пакета между двумя точками сети. В узком техническом значении, этот термин означает набор методов для управления ресурсами пакетных сетей.
Трафик лабораторной сети смешанный, используются сервисы IP-Телефонии и передачи файлов (FTP). На рисунке 27 отображена общая локальная вычислительная сеть лабораторной работы, а на рисунке 28 — один из этапов оптимизации трафика IP-Телефонии.
Предположительное время выполнения работы — 4 часа.
Рисунок 27 — Сеть для работы с QoS
Рисунок 28 — Сравнение режимов работы VoIP
5. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Комплекс курсового проектирования по дисциплине «Сети и Телекоммуникации» на базе программного комплекса Riverbed Modeler Academic Edition предлагает студентам выполнить проектирование и симуляцию крупной локальной вычислительной сети, топология и эксплуатация которой приближены к реальным. Во время выполнения курсового проекта студенты закрепят знания, полученные в лабораторных работах, и применят их в индивидуальных заданиях. Комплекс состоит из двух частей и имеет несколько вариантов информационных систем, которые будут разрабатываться студентами.
Часть первая
Варианты информационных систем (ИС) для выполнения курсового проекта
ИС для факультета университета;
ИС для торгового предприятия;
ИС для авиапредприятия;
ИС для лечебного учреждения (больницы);
ИС для банка;
ИС для культурно-спортивного центра;
ИС для издательства с филиалами в других городах;
ИС для автотранспортного предприятия;
ИС для железнодорожного вокзала;
ИС для небольшой финансовой компании;
И так далее.
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Варианты размещения сети по зданиям
Отдельно имеется список вариантов с размещением сети по зданиям. В вариантах здания имеют различную геометрию площадей и количества этажей. Информационная система устанавливается на первый и последний этажи каждого здания. Примеры:
Два двухэтажных здания — 20х250м;
Два четырехэтажных здания — 26х200м;
Два семиэтажных здания — 10х150м;
Два девятиэтажных здания — 30х100м;
Три двухэтажных здания — 20х220м;
Три четырехэтажных здания — 24х200м;
Три семиэтажных здания — 20х90м;
Три девятиэтажных здания — 16х70м;
Четыре двухэтажных здания — 20х10м;
Четыре трехэтажных здания — 20х150м.
Кроме того по вариантам распределяются расстояния между зданиями.
Теоретическая разработка
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
По полученным вариантам студенты должны будут составить структуру системы: из каких отделов состоит система и сколько рабочих станций включено в каждый из отделов.
Далее потребуется составить схему информационных потоков между отделами и двумя филиалами предприятия. Пример такой схемы представлен на рисунке 29. Кроме того необходимо оценить объёмы передаваемой информации в течение рабочего дня.
Рисунок 29 — Схема информационных потоков между отделами и филиалами
Далее студентом нужно будет изменить схему информационных потоков с учётом добавления серверных машин и оценить объёмы передаваемой информации. Количество серверов может варьироваться от двух до пяти и включать в себя следующие логические сервера: сервер баз данных, сервер печати, сервер PDC и BDC, служба DHCP, файловый сервер, внутренний и внешний DNS сервер, почтовый сервер, прокси сервер, сервер IP-Телефонии, сервер приложений и Web-сервер.(Primary Domain Controller) — предназначен для хранения всех учетных записей;(Backup Domain Controller) — предназначен для резервного хранения данных;(Domain Name System) — служба DNS предназначена для автоматического поиска IP-адреса по известному символьному имени узла;cлужба — предназначена для динамического распределения IP-адресов машин;
Файловый сервер (FS) — для организации внутреннего документооборота;
Сервер баз данных (СБД) обслуживает базы данных и обрабатывает запросы на поиск, выборку и обработку данных, посылаемые прикладной системой, находящейся на рабочей станции (клиенте).
Почтовый сервер — предназначен для приёма и отправки электронной почты;сервер — сервер, принимающий HTTP-запросы от веб-браузеров, и выдающий им HTTP-ответы вместе с HTML-страницей, изображением, файлом, медиа-потоком или другими данными;
Сервер печати — для организации работы сетевых принтеров.
После этого нужно будет построить структурную схему проектируемой сети с распределением отделов и серверов по зданиям.
Следующим этапом станет разработка защиты сети от несанкционированного доступа. Это необходимо для защиты данных проектируемой сети от краж и иных неправомерных действий. Защита от НСД делится на два уровня — внутренний и внешний. На внутреннем уровне происходит разграничение доступа, так, например, сотрудники IT отдела имеют доступ к администрированию серверов, а охрана — нет. Кроме того для защиты от НСД на внутреннем уровне может применяться VLAN. На внешнем уровне так же имеется разграничения доступа для мобильных сотрудников, клиентов, гостей и филиалов. Так же для защиты на внешнем уровне используется демилитаризованная зона (DMZ) — это пространство, не входящее ни во внутреннюю, ни во внешнюю сеть, и доступ к ней жёстко ограничен правилами межсетевого экрана. Фактически, это отдельная подсеть с внешним сервером предприятия.
Далее необходимо обеспечить связь предприятия с филиалами. Для этого студенты могут выбрать следующие технологии: PON, ADSL (и подобные), ATM и так далее. Кроме того необходимо обеспечить защиту данных, передаваемых на предприятие от филиалов. Для этого студентами могут использоваться следующие протоколы: IP-Sec, ESP, SSL, SSH и так далее.
Следующим этапом теоретической разработки информационной системы станет распределение адресов рабочих станций, коммутаторов и серверов с учётом структурной схемы.
Последним этапом теоретической разработки станет выбор реальных устройств, наиболее подходящих под рассчитанные параметры сети — сервера, рабочие станции, коммутаторы, маршрутизаторы, линии связи. Затем нужно будет выбрать клиентскую и серверную операционные системы для предприятия с обоснованием выбора, и выбрать остальные программные компоненты.
Часть вторая
Разработка имитационной схемы локальной вычислительной сети предприятия
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Вся разработка и моделирование локальной вычислительной сети производится в программном продукте Riverbed Modeler Academic Edition. Для построении сети студентам потребуется или выбрать наиболее подходящие по рассчитанным характеристикам устройства из имеющихся, или создать свои на базе существующих с характеристиками, вычисленными в теоретической части. После построения схемы сети нужно будет настроить сервисы, использующиеся предприятием в проектируемой сети, описанные в пункте 5.3.
Некоторых сервисов по умолчанию в программном продукте не присутствует, но есть возможность создать эмуляцию нагрузки нужного сервиса, создав собственную задачу и настроив её трафик. Для этого существует элемент сети «Task Definition».
На рисунке 30 представлен один из вариантов готовой сети для курсового проекта — автотранспортное предприятие с двумя зданиями, включающее в себя 123 рабочие станции, 4 физических сервера с установленными сервисами, описанными выше, и два филиала с удалённым доступом к серверам, в каждом из которых по 25 рабочих станций.
Рисунок 30 — Схема ЛВС автотранспортного предприятия
После настройки приложений и сервисов студентам потребуется настроить собираемую статистику по сети, такую как:
Общая нагрузка на сеть;
Задержка трафика на устройствах;
Информационные потоки, создаваемые приложениями и сервисами (прием и передача), что наиболее наглядно просматривается в таких приложениях как IP-Телефония и файловый сервер;
Потери трафика устройствами (для проверки превышения пропускной способности сети или каких-либо устройств).
После выполнения этих действий нужно выполнить симуляцию построенной сети при максимальной нагрузке. Для этой цели хватит одного часа симуляции.
Следующим этапом станет проверка результатов симуляции, и если нагрузка на сеть будет приемлемой, нужно будет аналогично провести проверки работы сети «на вырост». Это может быть симуляция сети с ориентировкой в пять и десять лет после ввода сети в эксплуатацию. Для этого нужно будет увеличить количество рабочих станций локальной сети предприятия и их трафик по нужным приложениям и сервисам с примерной ориентировкой на выбранный срок. Кроме того, можно увеличить фоновый трафик на рабочих станциях. Пример увеличения нагрузки показан на рисунке 31. Здесь показаны два графика нагрузки на сервер базы данных, где нижний — сеть при вводе в эксплуатацию, а верхний — через 2-5 лет после ввода с расчётом на возможное увеличение количества пользователей в сети.
Рисунок 31 — Сравнение нагрузки на сервер базы данных
Последним этапом разработки курсового проекта станет разработка плана монтажной прокладки соединений сети и физического расположения всего оборудования в зданиях предприятия и составление сметы разработки проекта, которая включает в себя все устройства и прокладываемые линии.
Выводы по проекту
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
В результате выполнения курсового проекта студенты получат следующие знания и навыки:
На практике получат знания, необходимые для понимания устройства различных ЛВС.
Закрепят знания, полученные во время выполнения лабораторных работ;
Изучат особенности проектирования локальных вычислительных сетей;
Изучат возможности проектирования локальных вычислительных сетей в программном продукте Riverbed Modeler.
Всё вышесказанное поможет студентам закрепить свои позиции в области информационных сетей и даст знания о проектировании реальных информационных систем для предприятий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы мной была изучена и решена проблема отсутствия современного комплекса для обучения студентов основам работы с локальными вычислительными сетями и их особенностями, а именно:
Были изучены различные программные комплексы и выбран наиболее подходящий для выполнения в ВУЗе;
Был разобран и проанализирован функционал выбранного программного комплекса — Riverbed Modeler Academic Edition;
Был спроектирован и протестирован комплекс лабораторных работ по дисциплине «Сети и Телекоммуникации» на базе выбранного программного комплекса, состоящий из шести различных работ.
Был спроектирован комплекс курсового проектирования по дисциплине «Сети и Телекоммуникации», закрепляющий знания студентов, полученные в процессе выполнения лабораторных работ, и применяющий их в разработке собственной информационной системы.
Кроме того в скором времени будут разработаны методические указания для преподавателей и студентов для успешного проведения и выполнения лабораторного комплекса и комплекса курсового проектирования. Кроме того, лабораторный комплекс может использоваться не только в целях обучения студентов, но и в целях личного обучения основам и некоторым особенностям проектирования локальных вычислительных сетей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Нужна помощь в написании диплома?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.
Головин, Ю.А. Информационные сети: Учебник для студентов высших учебных заведений / Ю. А. Головин, А. А. Суконщиков, С. А. Яковлев. — Москва: Академия, 2011.- 340 с.
Сергеев А.С., Суконщиков А.А. Проектирование корпоративных сетей на базе Riverbed Modeler. / Сергеев А.С., Суконщиков А.А. // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования. Материалы двенадцатой Международной науч.-техн. конф. / . — Вологда, 2017. — С. 194-198. программный вычислительный сеть доступRiverbed Modeler. Описательная страница программного продукта. [Электронный ресурс] офиц. сайт