Алгоритмы анализа IP-трафика центра информационно-коммуникационных технологий технопарка Мьянмы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Ни У Кхе

• Ни У Кхе
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ни У Кхе

Введение

ГЛАВА 1. Функции и назначение Мьянманского Информационно

Коммуникационного Парка (МИКП)

1.1. Общая информация о Мьянме

1.2. История и перспективы развития города Янгон

1.3. Функции Мьянма Информационно-коммуникационного технопарка (МИКП)

1.4. Топология сети в МИКП

ГЛАВА 2. Особенности Клиент-серверной архитектуры МИКЦ

2.1. Протоколы

2.2. Структура сетевых ресурсов и модель наблюдения за их использованием

2.3. Критерий оптимальности расположения ресурсов

ГЛАВА 3. Оптимизация режима функционирования клиент-серверной сети на основе имитационного моделирования 32 3.1. Математическая модель оптимизации режима функционирования клиент-серверной сети 32 3.2 Имитационная модель функционирования клиент-серверной сети

3.3. Алгоритмы имитационного моделирования клиент-серверных сетей на вРЗБ

3.3.1. Определение основных параметров имитационной модели

3.3.2 Блок-схемы алгоритмов моделирования

3.4. Ядро имитационной модели на ОР8Б

3.5. Результаты имитационного моделирования клиент-серверной информационной сети

3.5.1. Моделирование 2-х серверной КСС

3.5.2. Оптимизация режима функционирования 2-х серверной класс

ГЛАВА 4. Методы и алгоритмы моделирования процесса функционирования системы «Спамооборона» в клиент-серверной сети

4.1. Моделирование процесса прохождения электронных писем через систему «Спамооборона в клиент-серверной сети

4.2. Программные средства

4.3. Результаты имитационного моделирования

4.4. Анализ полученных результатов 86 Заключение 88 Список использованной литературы 89 Приложение 1 94 Приложение 2 100 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы анализа IP-трафика центра информационно-коммуникационных технологий технопарка Мьянмы»

Активное развитие информационных технологий и расширение объемов информационных услуг основываются в значительной мере на научно-технологических разработках в области телекоммуникационных сетей. По данным последних исследований, приблизительная динамика роста Интернет-трафика за последние десять лет составляет 70-150% в год, т.е. в среднем каждый год количество информации, передаваемой через сеть, удваивается. Развитие телекоммуникационных сетей обусловливает необходимость исследований, разработок и внедрения новых технологий, анализа, оптимизации режимов их функционирования. Объем трафика в распределённой сети становится соизмеримым с объемом трафика всех других каналов обмена информацией и превращается в главный рыночный фактор, оказывающий определяющее влияние на экономическую эффективность телекоммуникационной отрасли. По мере того как трафик данных заполнял Интернет и внутрикорпоративные сети, стало очевидным, что фундаментом развития распределенных информационно-вычислительных сетей, безусловно, являются технологии, основанные на протоколе 1Р, который обеспечивает поддержку приложений для глобальных и внутрикорпоративных сетей, в том числе: интеграцию голоса, мультимедиа, новостных каналов и других данных.

Особую роль среди современных 1Р-технологий играет клиент-серверная архитектура (КСС) - неотъемлемая часть современных распределённых информационно-вычислительных систем. Она создала новые возможности для разработчиков аппаратных и программных средств. В основу технологии был положен принцип распределения - один из основных двигателей прогресса в информационной индустрии. Полное отделение реализации исполняемых функций от интерфейса для доступа к ним дало мощный толчок инновационной деятельности разработчиков программного обеспечения. Однако стремительное внедрение клиент-серверной архитектуры в различные отрасли человеческой деятельности породило ряд проблем, связанных, как правило, с перегрузкой серверов и, как следствие, выходом их из нормального режима функционирования. Для клиент-серверной технологии именно ситуации перегрузки серверов являются наиболее опасными, так как в этом случае не могут работать нормально и все клиенты. Все это требует проведения экспериментальных исследований свойств сети, причем не только в режиме оперативного мониторинга, но и для более глубокого изучения, в частности, с целью прогнозирования их поведения. С этим же связана и задача совершенствования соответствующего научно-методического и программного обеспечения анализа и моделирования трафика.

Адекватные модели трафика и методики, обеспечивающие получение оценок характеристик сетевых взаимодействий, играют важную роль в ускорении эволюции современных сетевых технологий. Теоретический и экспериментальный анализ сетевых процессов приобретает особое значение по сравнению с классическими математическими моделями прошлых лет.

В последние годы обострилась ещё одна проблема, связанная с развитием информационно-вычислительных сетей. Это проблема запрещённых воздействий (атак) на сеть. Проблема заключается в том, что, как правило, атаки и угрозы работоспособности сети не всегда заметны и в то же время являются весьма опасными, так как типичные сценарии атак на сеть далеко не всегда оказывают существенное видимое влияние на суммарную интенсивность трафика.

Работы по данной проблеме велись и ведутся весьма интенсивно как российскими, так и зарубежными учеными. В частности, общие вопросы моделирования сложных дискретных систем и процессов рассматривались В.В.Емельяновым и С.И.Ясиновским. Протоколы TCP/IP описаны А.Ф.Брежневым и Р.Л.Смелянским, язык GPSS World описан в руководстве Minuteman Software. Вопросы моделирования беспроводных сетей с децентрализованным управлением исследовались В.М.Вишневским, А.И.Ляховым, Б.Н.Терещенко. Сети массового обслуживания, теория и применение к сетям ЭВМ изучались в работах В.А.Жожикашвили и В.М.Вишневского. Оценке производительности распределенных систем посвящены работы Л.Б.Богуславского, А.И.Ляхова. Отдельные вопросы моделирования и исследования информационно-вычислительных систем архитектуры «Клиент-сервер» рассматривались в работах российских учёных Л.И.Абросимова, С.Г.Калашникова, Д.С.Репина, Со Мин Туна, Г.Ф.Филаретова, С.И.Долганюка, В.В.Крылова, Н.И.Федунец, Л.Д.Певзнера, В.М.Лохина, О.И.Шелухина, A.B.Осина, А.К.Скуратова, Н.А.Олифер, В.Г.Олифер, В.В.Куприянова и зарубежных ученых - М. Шварца, К. Парка, Дж. Медхи и др.

Тем не менее многие вопросы, связанные с IP-трафиком, либо исследованы недостаточно полно, либо ориентированы на решение относительно узких прикладных задач. В частности, отсутствуют комплексные методики организации и моделирования трафика, обобщающие накопленный к настоящему времени опыт их проведения. Достаточно ограничен перечень статистических методов, используемых при обработке данных, характеризующих интенсивность трафика. Почти не изучены вопросы оптимизации трафика в клиент-серверных сетях. Мало исследованы работы, связанные с защитой от спама. Все это свидетельствует о необходимости дальнейшего развития исследований по данной проблематике.

Целью работы является построение адекватной имитационной модели, анализ и оптимизация режимов функционирования клиент-серверной сети центра информационно-коммуникационных технологий Мьянмы на основе объективных критериев, корректно характеризующих топологию сети и особенности IP-трафика сетевых каналов передачи данных.

В соответствии с указанной целью в рамках диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Анализ общей информации о Мьянмском Информационном и Коммуникационном Центре (МИКЦ), описание его функций и топологии информационно-вычислительной сети, анализ основных требований к функционированию информационно-вычислительных сетей (ИБС).

2. Анализ особенностей сетевого трафика, общая характеристика состояния проблемы исследования, систем и методов моделирования трафика в клиент-серверных сетях центра информационно-коммуникационных технологий Мьянмы.

3. Формирование критерия оптимизации структуры расположения сетевых ресурсов информационной сети МИКЦ и критерия оптимизации режима функционирования клиент-серверной сети с учётом естественных ограничений системы, таких как пропускная способность каналов, ограничения на распределение ресурсов, диктуемых структурой сети и мощностью оборудования.

4. Разработка метода и алгоритма оптимизации режима функционирования клиент-серверной сети на основе имитационного моделирования по критерию максимальной суммарной прибыли с учётом реальных ограничений на производительности серверов и пропускные возможности каналов связи.

5. Методы и алгоритмы моделирования процесса функционирования системы «Спамооборона» в клиент-серверной сети для контроля прохождения электронных писем через систему, включающую сервер балансировки нагрузки, сервер проверки на наличие в «черных» списках адреса отправителя, сервер проверки массовости, сервер проверки содержимого.

В соответствии с целями и задачами диссертационной работы, объектом исследования является информационно-коммуникационная сеть МИКЦ, а предметом исследования - свойства данной сети.

Методы исследования. В работе использованы теоретические методы и средства системного анализа, элементы теории компьютерных сетей, методы математической статистики, имитационного моделирования и теории вероятностей.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная методика оптимизации структуры расположения сетевых ресурсов информационной сети, отличающаяся от существующих введением матриц, описывающих топологическую структуру сети, и естественных ограничений системы, таких как пропускная способность каналов, ограничения на распределение ресурсов, диктуемых структурой сети и мощностью оборудования.

2. Методы, алгоритмы и критерии оптимизации режима функционирования клиент-серверной сети на основе имитационного моделирования по критерию максимальной суммарной прибыли с учётом реальных ограничений на производительность серверов и пропускные возможности каналов связи, отличающиеся тем, что впервые построена регрессионная зависимость критерия оптимизации от параметров сети технопарка.

3. Алгоритмы моделирования и анализа процесса функционирования системы «Спамооборона» в информационно-коммуникационной сети, позволяющие оценить эффективность работы инструментально-программного комплекса (ИПК) защиты от спама.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждаются: работами по экспериментальному исследованию и моделированию 1Р-трафика, показывающими адекватность предложенных моделей информационно-коммуникационных сетей технопарка Мьянмы с достаточной для реального использования точностью (критерий Фишера построенных регрессионных уравнений больше теоретического значения с уровнем значимости Рдов -0,95 или уровнем риска 5%).

Научная новизна работы:

1 .Представление структуры сетевых ресурсов информационно-коммуникационной сети в виде совокупности матриц, включающих в себя характеристики Информационно-коммуникационных сетей (ИКС), ресурсы и ограничения на их расположение.

2. Математические модели и критерии оптимизации режима функционирования клиент-серверных сетей (КСС) на основе имитационного моделирования и регрессионной зависимости критерия оптимальности от параметров сети.

3. Методика моделирования процессов функционирования системы «Спамооборона» в клиент-серверной сети.

Научная значимость работы состоит в разработке научно обоснованной комплексной методики и алгоритмов оптимизации структуры и режимов функционирования информационно-коммуникационных сетей на основе методов и средств системного анализа.

Практическая значимость работы заключается в разработке инструментально-программных средств моделирования и оптимизации режимов функционирования клиент-серверных сетей с целью повышения их производительности.

Результаты, полученные в диссертации, используются на практике в центре информационно-коммуникационных технологий МИКЦ Мьянмы, компьютерных телекоммуникационных сетях Московского государственного горного университета (МГГУ), а также в учебном процессе кафедры АСУ МГГУ по дисциплине «Компьютерное моделирование» для магистров, обучающихся по направлению «Компьютерное моделирование».

Апробация диссертации. Основные результаты диссертации и ее отдельные положения докладывались на научных семинарах кафедры АСУ МГГУ и международных симпозиумах «Неделя горняка» (20092012 гг., Москва).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 53 рисунка, 11 таблиц, список литературы из 54 наименований и 3 приложения.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Ни У Кхе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи, связанной с развитием методов и алгоритмов анализа качества функционирования, прогнозирования свойств и оптимизации трафика клиент-серверной сети центра информационно-коммуникационных технологий технопарка Мьянмы.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

1. Разработана комплексная методика оптимизации структуры расположения сетевых ресурсов информационной сети МИКЦ на основе представления в виде системы двух матриц и естественных ограничений системы, таких как пропускная способность каналов, ограничения на распределение ресурсов, диктуемых структурой сети и мощностью оборудования.

2. Разработаны и исследованы методы, алгоритмы и критерии оптимизации режима функционирования клиент-серверной сети на основе имитационного моделирования по критерию максимальной суммарной прибыли с учётом реальных ограничений на производительность серверов и пропускные возможности каналов связи.

3. Разработаны алгоритмы и программы имитационного моделирования клиент-серверных сетей. Проведён анализ работоспособности алгоритмов и программ на реальных задачах, связанных с исследованием и анализом клиент-серверной сети 1.

4. Алгоритмы моделирования и анализа процесса функционирования системы «Спамооборона» в информационно-коммуникационной сети.

5. Разработаны инструментально-программные средства моделирования, анализа, синтеза и оптимизации режимов функционирования ИКС на универсальных языках моделирования и на СР88 с целью повышения производительности клиент-серверных сетей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ни У Кхе, 2013 год

1. В.В. Емельянов, С.И. Ясиновский, «Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов», Язык РДО. М.: АНВИК, 1998. - 427 с.

2. Брежнев А.Ф., Смелянский Р.Л., «Семейство протоколов TCP/IP»

3. Архангельский A.A. ., «Программирование в Delphi 7». M.: издательство «Питер», 2003. - 758 с.

4. Minuteman Software, «GPSS World. Руководство пользователю». -Казань: издательство «Мастер-Лайн», 2002. 329 с.

5. Minuteman Software, «GPSS World. Учебное пособие». Казань: издательство «Мастер-Лайн», 2002. - 398 с.

6. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Терещенко Б.Н., Моделирование беспроводных сетей с децентрализованным управлением. М.: «Автоматика и телемеханика», 1999 . №6. - 34 с.

7. Жожикашвили В.А., Вишневкий В.М. Сети массового обслуживания. Теория и применения к сетям ЭВМ. М.: «Радио и связь», 1998 г., 415 с.

8. Богуславский Л.Б., Ляхов А.И, Оценка производительности распределенных информационно-вычислительных систем архитектуры «Клиент-сервер». -М.: «Автоматика и телемеханика», 1995, №9., 150 с.

9. Гмурман В.Е. «Теория вероятностей и математическая статистика», Учебное пособие для ВУЗов. М: Высшая школа, 1997, 480 с.

10. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложеия. СПб.: БХВ-Петербург, 2005.- 288 с.

11. Бахвалов Л.А. Моделирование систем. Учебное пособие для вузов. М.: Изд-во МГГУ, 2006.

12. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика, Учебное пособие для ВУЗов, М: Высш. шк., 1997, 480 с.

13. Кузнецов A.B., Сакович В. А. «Математическое программирование». Минск: Высшая Школа, 1994.

14. Клейнрок JI., «Вычислительные системы с очередями». М.: Мир, 1979.

15. Мартин Дж., «Системный анализ передачи данных». М.: Мир,1975.

16. Штайнке С., «Рентгеновский снимок сети», Lan Magazine/Русское Издание, Июнь 1996, №4.

17. Липпис Н., «Виртуальные частные сети передачи данных», Lan Magazine/Русское Издание, Октябрь 1997, с. 23.

18. Храмцов П., «Intranet мифы и реальность», Открытые системы №4/97 с. 53 - 62.

19. Морриси П., Бордман Б., «Незаконченная картина RMON», Сети и Системы Связи, №8/96 с. 50 57.

20. Jander M., «Network management goes to work», Data Communication, ноябрь 1997.

21. Larsen A., «RMON2: A window on the enterprise», Data Communication, сентябрь 1997.

22. Larsen A., «Application performance vital signs», Data Communication, ноябрь 1997.

23. Бахвалов Л.A., Микулич Л.И. Компьютерное моделирование:-основные тенденции развития инструментальных средств. М.: Институт Проблем Управления им. В.А. Трапезникова РАН. Труды Института. Том 2. 1999 г. с. 5-11.

24. Бахвалов Л.А., Белова Т.Б. Оценивание параметров нелинейных моделей // Автоматизация обработки экспериментальных данных в химии и химической технологии. Под ред. Нетушила А.В. М.: МИТХТ, 1976, - с.55-56.

25. Бахвалов Л.А., Прахова P.A. Регрессионный анализ многомерных полиномиальных моделей // Автоматизация обработки экспериментальных данных в химии и химической технологии; Под ред. Нетушила A.B. М.: МИТХТ, 1976. - с.56-64.

26. Бахвалов JI.A., Пучков JI.A., Методы и алгоритмы автоматического управления проветриванием. М.:, Недра, 1992.

27. Андрианов А. Н., Бычков С. П., Хорошилов А. И. Программирование на языке СИМУЛА-67. -М.: Наука, 1985 г.

28. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. М.: ЮНИТИ. 1998.

29. Альберт А.Регрессия, псевдорегрессия и рекурентное оценивание / Перев. с англ. Р.Ш. Липцера. Под ред. ЯЗ. Цыпкина. М.: Наука, 1997,-224с.

30. Арнольд В.И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. -М.: Наука,1971, 237 с.

31. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных процессов. М.: Мир, 1989. - 540 с.

32. Бирюков Б. В., Гастеев Ю. А., Геллер Е. С. Моделирование.- М. БСЭ. 1974 г.

33. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов: т.2 М.:, Мир, 1974. - 197с.

34. Бусленко Н. П., Шрейдер Ю. А. Метод статистических испытаний.- М.:1961

35. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М.: 1961

36. С. Вагнер. Основы исследования операций. Том 3. М., Мир., 1973.-501 с.

37. Вентцель Е.С. Исследование операций. М., «Сов. Радио», 1972.552 с.

38. Горский В.Г.,Адлер Ю.П., Талалай A.M. Планирование промышленных экспериментов.(Модели динамики). М.: Металлургия, 1978

39. Гэйн К., Сарсон Т. Структурный системный анализ средства и методы. В 2-х частях. Пер. с англ. под ред. А. В. Козлинского М.: Эйтекс,1993.

40. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. Под ред. Б.П.Демидовича. М; ГИФМЛ, 1963.

41. Демидович Б,П, Марон И,А, Основы вычислительной математики. Под ред. Б,П,Демидовича. М.: ГИФМЛ, 1960.

42. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973. - 401 с.

43. Троелсен Э. С# и платформа .NET. Библиотека программиста — СПБ.: Питер, 2006. — 796 е.: ил.

44. Девис, Стефан, Р. С++, 4-е издание.: Пер.с англ.: Уч.пос. М.: Диалектика, 2001.

45. Протасов В.И., Певзнер Л.Д. Математическая модель принятия консолидированных решений. М.: ГИАБ, №1, 2011, с.319-327

46. Макаров И.М., Лохин В.М., Манько C.B., Романов М.П. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления. М.: Наука, 2006, 336 с.

47. Со Мин Тун. Исследование качества обслуживания в локальных вычислительных сетях.//Информатизация и управление-2: Отдельный выпуск

48. Горного информационно-аналитического бюллетеня, (ОВ 11)-2008.188Ы 0236-1493.- С.203-213.

49. Ни У Кхе, Бахвалов Л. А. Моделирование режимов функционирования клиент-серверной сети. // Отдельные статьи «Горного информационно-аналитического бюллетеня» (научно-технического журнала). 2011. - №12.- С. 3-7. -М.: изд-во «Горная книга».

50. Ни У Кхе, Бахвалов Л.А. Структура сетевых ресурсов и модель наблюдения за их использованием. // Отдельные статьи «Горного информационно-аналитического бюллетеня» (научно-технического журнала). 2011. - №12. - С.8-14. - М.: изд-во «Горная книга».