Методы повышения надежности сетевых технологий для корпоративных информационных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Бритов, Александр Георгиевич

• Бритов, Александр Георгиевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бритов, Александр Георгиевич

Введение.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

1.1. Модель локальной сети корпоративной информационной системы.

1.2. Методы повышения надежности модулей взаимодействия и соединения.

1.3. Методы повышения надежности модулей обработки информации.

1.4. Методы повышения надежности хранения информации.

1.5. Выводы.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

2.1. Основы IDEF0 моделирования.

2.2. Оценка качества функциональной модели.

2.3. Функциональная модель корпоративной информационной системы.

2.4. Анализ диаграмм для локальной сети.

2.5. Задачи повышения надежности локальной сети.

2.6. Выводы.

3. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

3.1. Метод анализа качества.

3.2. Надежность и качество сетевой единицы.

3.2.1. Сетевая единица без восстановления маршрутов.

3.2.2. Сетевая единица с восстановлением маршрутов.

3.3. Качество и надежность сетей без восстановления маршрутов.

3.3.1. Сеть типа «звезда».

3.3.2. Сеть типа «кольцо».

3.3.3. Сеть типа «общая шина».

3.3.4. Сеть типа «соты».

3.4. Качество и надежность сетей с восстановлением маршрутов.

3.4.1. Сеть типа «звезда» с поочередным восстановлением маршрутов.

3.4.2. Сеть типа «звезда» с возможным восстановлением всех маршрутов.

3.4.3. Сеть типа «кольцо» с поочередным восстановлением маршрутов.

3.4.4. Сеть типа «кольцо» с возможным восстановлением всех маршрутов.

3.4.5. Сеть типа «общая шина» с поочередным восстановлением маршрутов.

3.4.6. Сеть типа «общая шина» с возможным восстановлением всех маршрутов.

3.4.7. «Соты» с поочередным восстановлением маршрутов.

3.4.8. Сеть типа «соты» с возможным восстановлением всех маршрутов.

3.5. Обсуждение результатов расчетов.

3.6. Выводы.

4. СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

4.1. Общие требования.

4.2. Структура системы моделирования.

4.3. Графический интерфейс.

4.4. Технология моделирования.

4.4.1. Технологический процесс моделирования.

4.4.2. Основы IDEF3 моделирования.

4.4.3. Диаграммы описания последовательности этапов процесса моделирования локачьных сетей.

4.5. Выводы.

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ КОРПОРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЯ «KELLY SERVICES».

5.1. Описание корпоративной сети предприятия «Kelly Services».

5.1.1. Краткая характеристика предприятия.

5.1.2. Корпоративная информационная система предприятия.

5.2. Исходные данные моделирования локальной сети Северо-Западного региона.

5.3. Результаты моделирования.

5.3.1. Варианты моделирования.

5.3.2. Обсуждение результатов.

5.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы повышения надежности сетевых технологий для корпоративных информационных систем»

Актуальность работы обусловлена тем, что в настоящее время сетевые технологии составляют основу корпоративных информационных систем современных предприятий, бизнес которых требует непрерывной, надежной работы средств связи и обработки данных. Важной задачей является обеспечение надежности сетевых технологий. При появлении сбоев и отказов в технических и программных средствах корпоративной информационной системы нарушается нормальная работа всех пользователей системы, также очень опасны нарушения в информационных процессах хранения данных, такие как их потеря, либо искажение. Такие нарушения в работе системы приводят к большим убыткам предприятия. Именно поэтому необходимо обращать самое пристальное внимание на информационные процессы, происходящие в системе, отслеживать ее надежность и правильность получаемых результатов обработки информации.

Вопросами оценки надежности систем управления, программного обеспечения и информационных сетевых структур посвящено не мало исследований. Так, в известных работах О.В. Щербакова [1], Г.Н. Черкесова [2], В.А. Смагина [3,4] предложены различные методы оценки надежности систем, исследованы источники потерь информации.

Обеспечение надежности сетевых технологий осуществляется с помощью введения и правильного использования избыточности. Об этом говорил еще Дж. фон Нейман в своей основополагающей работе, посвященной синтезу надежных организмов из ненадежных компонентов [5]. Начиная с 1964 г. в г. Ленинграде проходил симпозиум, на котором регулярно освещались вопросы введения избыточности в информационные системы [6]. В представленных докладах Н.А. Железнова, Б.С. Флейшмана рассматривались информационные системы с общих позиций теории систем. В докладах Е.Т. Мирончикова, В.Д. Колесника избыточность применялась для передачи информации с помощью помехоустойчивых кодов, а в работах М.Б. Игнатьева, JI.A. Мироновского, В.В. Михайлова, Е.И. Перовской избыточность вводилась в алгоритмы и структуры систем обработки информации.

Повышением надежности сетевых технологий занимаются и зарубежные фирмы. Так, компания 3Com разработала технологию XRN (expandable Resilient Networking), которая обеспечивает создание расширяемых отказоустойчивых сетей [7].

Новые информационные технологии требуют новых подходов к обеспечению надежности процессов передачи, хранения и обработки данных в корпоративных информационных системах, в следствии этого целесообразно рассмотреть методы введения избыточности в современные сетевые технологии и исследовать качество, а также надежность избыточных сетевых структур.

Цель работы состоит в разработке и исследовании методов повышения надежности сетевых технологий с помощью введения избыточности в информационные процессы корпоративных систем для повышения качества и надежности получаемых результатов. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• анализ методов повышения надежности информационных процессов,

• моделирование корпоративных систем на основе IDEF-технологии,

• разработка методов повышения структурной надежности локальных сетей на основе вводимой избыточности,

• создание системы моделирования качества и надежности локальных сетей для определения соответствия между избыточностью и надежностью, а также необходимого времени реагирования для предотвращения отказов,

• моделирование локальной сети корпоративной информационной системы конкретного предприятия.

Методы исследования основаны на результатах теории моделирования систем, теории вероятностей, теории марковских процессов и теории информационных процессов и систем.

Научной новизной обладают следующие результаты работы:

• структура разработанной избыточной сетевой единицы, использование которой в локальных сетях обеспечивает повышение ее надежности и качества,

• методы передачи, хранения и обработки информации в разработанной избыточной сетевой единице, позволяющей получить результаты с требуемыми характеристиками надежности,

• оценка качества и надежности предлагаемых сетевых структур, основанных на предлагаемой сетевой единице,

• вычислительная модель качества и надежности сетевых структур, отличающаяся тем, что для моделирования систем высокого порядка используется рекуррентная схема вычислений.

Практическая ценность работы заключается в том, что в ней предложена структура локальной сети корпоративной информационной системы, использующая избыточные сетевые единицы, которая обладает высокой надежностью, что обеспечивает уменьшение времени простоя и сокращает расходы на обслуживание. Результаты моделирования, полученные с помощью разработанной системы моделирования, подтверждают сказанное.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Шестой, Седьмой, Восьмой, Девятой научных сессиях аспирантов ГУАП (г. Санкт-Петербург 2003. 2004, 2005, 2006 г.г.), на III, IV,V Международных научно практических конференциях МБИ (г. Санкт-Петербург 2004, 2005, 2006 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структура предлагаемой избыточной сетевой единицы, обладающей повышенными надежностью и качеством.

2. Методы передачи, хранения и обработки информации в разработанной избыточной сетевой единице, которая обеспечивает повышение надежности сетевых технологий.

3. Структурный анализ, моделирование качества и надежности локальных сетей, в которых используется предлагаемая сетевая единица повышенной надежности.

Структура работы. Диссертация изложена на 140 страницах и состоит из введения, 5-ти глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 75 наименования, и 4-х приложений. Основное содержание диссертации включает 71 рисунок и 7 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Бритов, Александр Георгиевич

5.4. Выводы

1. Предприятию Kelly Services, обслуживающему большое число клиентов, требуется развитая корпоративная информационная система.

2. Корпоративная информационная система Kelly Services использует локальную сеть для организации многопользовательской работы.

3. Моделирование качества и надежности локальной сети Kelly Services, выполненное с помощью разработанной системы моделирования, показало достаточно высокие результаты за счет использования в сети избыточных сетевых единиц.

4. Правильная организация восстановления сети гарантирует отсутствие потери качества и деградации.

Заключение

1. Корпоративные информационные системы являются сложными объектами, включающими различные технические и программные средства и требующими надежного их функционирования в течение длительного времени. Обеспечение надежности модулей локальной сети корпоративной информационной системы предприятия представляет собой важную задачу, так как любое нарушение информационных процессов передачи, хранения и обработки информации приведет к большим потерям в бизнесе предприятия.

2. Функциональное моделирование корпоративной информационной системы, выполненное по IDEF-технологии, показывает, что основная задача системы - управление информационными ресурсами - должна решаться с высокой надежностью. Она включает обеспечение надежности вычислительных и периферийных устройств локальной сети системы.

3. Проведенный анализ методов повышения надежности локальных сетей приводит к выводу о том, что во всех случаях передачи, хранения и обработки информации необходимо вводить и правильно использовать избыточность. Показано, как можно это сделать для предложенной структуры сетевой единицы. Оценки вероятностей ошибок в избыточной сетевой единице при передаче, хранении и обработке информации в виде графиков Джона фон Неймана дают области эффективного использования избыточности в сетевой единице.

4. Надежность локальных сетей следует анализировать, используя аппарат марковских процессов. Графики переходных вероятностей состояний сети показывают, как во времени происходит изменение надежности сети. Полученные переходные вероятности позволяют получить средний коэффициент качества сети. С его помощью определяются моменты ремонта и деградации сети. Результаты расчетов, выполненные в математическом пакете MatLab, наглядно иллюстрируют качество и надежность различных структур локальных сетей.

5. Структурный анализ качества и надежности локальных сетей позволяет сделать вывод о том, что для обеспечения требуемой надежности сети должно выполняться восстановление каналов, согласованное по своим вероятностным характеристикам с вероятностными характеристиками отказов.

6. Для того, чтобы быстро и наглядно получать требуемые вероятностные характеристики отказов и восстановления сети, создана система моделирования качества и надежности локальных сетей. Она построена на основе графического интерфейса GUI пакета MatLab. Благодаря этому моделирование не требует подробно знакомства с возможностями и правилами работы в MatLab.

7. Вычислительная модель, положенная в основу системы моделирования, использует рекуррентный способ расчета матрицы коэффициентов уравнений переходных вероятностей. Поэтому достаточно быстро и просто моделируются сети с большим числом состояний.

8. Моделирование локальной сети корпоративной информационной системы предприятия Kelly Services показывает работоспособность созданной системы моделирования. Полученные результаты не противоречат здравому смыслу и соответствуют реальной эксплуатации сети предприятия.

9. Локальная сеть Северо-Западного региона корпоративной информационной системы предприятия Kelly Services имеет 9 узлов и использует три избыточные сетевые единицы. Всего имеется 10 каналов связи. При моделировании сети приняты 2 варианта, отличающиеся числом состояний и вероятностными характеристиками отказов и восстановления.

10. В обоих вариантах получены либо достаточно далекие по времени, либо вообще отсутствующие моменты ремонта и деградации сети.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бритов, Александр Георгиевич, 2007 год

1. Глазунов Л.П., Грабовскнй В.П., Щербаков О.В. Основы теориинадежности автоматических систем управления. -JL: Энергоатомиздат, 1984.

2. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. Уч. пос. -СПб:Питер,2005.-479с.

3. Смагин В.А. Энтропийный метод исследования информационных сетевых структур.- На сайте http://Sir35.narod.ru/, 2002.

4. Новиков О.В. Методы оценки надежности программных комплексов -СПб, 2004

5. Смагин В.А. Об одном источнике потерь информации,- На сайте http://Sir35.narod.ru/, 2002.

6. Дж. Нейман. Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных компонент. // В сборнике Автоматы. Под ред. Шеннона К. Э., Маккарти Дж. М.: Иностранная литература. 1956 - СС 68-140

7. Использование избыточности в информационных системах. Труды второго симпозиума. // Под ред. Железнова Н.А. Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1970 - 363 с.

8. XRN новая сетевая технология 3Com. По материалам 3Com // Компьютер-Инфо, №3, 2003. - СС 14-15

9. Бритов А.Г. IDEF технологии разработки и реализации корпоративных информационных систем // Шестая научная сессия аспирантов ГУАП. Часть I. Технические науки. - СПб, 2003 - СС 147-151

10. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Наука. 1965 - 275с

11. З.Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок в работе ЭЦВМ. -М.: Мир. 1972-311с

12. Железнов Н.А. Синтез информационных систем и использование избыточности // Второй симпозиум по использованию избыточности в информационных системах. JL: Наука. Ленинградское отделение. 1970 - СС 9-28

13. Игнатьев М.Б. Алгоритмы и структуры с избыточностью // Второй симпозиум по использованию избыточности в информационных системах. Л.: Наука. Ленинградское отделение. 1970 - СС 117 -141б.Питерсон У. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир. 1964 - 339с

14. Бритов А.Г. Модель бизнес-процесса управления информационными ресурсами локальной вычислительной сети // III международная научно-практическая конференция СПб, 2004 - СС 252 - 253

15. Бритов А.Г. Анализ методов повышения надежности локальных сетей в корпоративных информационных системах // Седьмая научная сессия аспирантов ГУАП. Часть I. Технические науки. СПб, 2004 - СС 159163

16. Малышенко Ю.В., Чипулис В.П., Шаршунов С.Г. Автоматизация диагностирования электронных устройств. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

17. Лонгботтом Р. Надежность вычислительных систем. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

18. Снегирев А. А. Сборник задач по надежности САУ. -М: изд. МИФИ, 1978.

19. Глазунов Л.П„ Смирнов А.Н. проектирование технических систем диагностирования. -Л.: Энергоатомиздат, 1982.

20. Винер Н. Кибернетика, или связь в животном и машине.-Пер. с англ.-М.: Сов. радио, 1958.

21. Тейер Т., Липов М., Нельсон Э. Надежность программного обеспечения.-Пер. с англ.-М.: Мир, 1981.

22. Липаев В.В. Надежность программных средств.-М.: Синтег, 1998.

23. Тарасенко Ф.П. Введение в курс теории информации.-Томск, 1963.

24. Красовский А.А., Поспелов Г.С. Основы автоматики и технической кибернетики.-М.-Л.: Энергоатомиздат, 1962.

25. З/.Крылов А.Н. Лекции о приближенных вычислениях.-М.: ГИТТЛ, 1954.

26. Карповский Е.Я., Чижов С.А. Надежность программной продукции.-Киев: Техника, 1990.

27. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Основы сетей передачи данных М, ИНТУИТ.РУ Интернет-Университет Информационных Технологий, 2003.-248 с.

28. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Новые технологии и оборудование IP сетей - СПб, BHV - Санкт - Петербург, 2000 г. - 512 с.

29. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для вузов СПб, Питер, 2006 г. - 960 с.

30. Дебра Литтлджон Шиндер. Основы компьютерных сетей Вильяме, Cisco Press, 2002 г. - 656 с.

31. Кэтрин Пакет, Дайана Тир. Создание масштабируемых сетей Cisco -Вильяме, 2002 г. 792 с

32. Вито Амато. Основы организации сетей Cisco. Том 2 Вильяме, 2004 г. - 464 с.

33. Ломовицкий В. В., Михайлов А. И., Шестак К. В., Щекотихин В. М. Основы построения систем и сетей передачи информации Горячая Линия - Телеком, 2005 г. - 384 с.

34. Столлингс В. Передача данных СПб.: Питер, 2004 г.- 752 с

35. Столингс В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета -СПб, БХВ-Петербург, 2005 г. 832 с.

36. Вендров А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. М.: Финансы и статистика, 2005г. - 544 с

37. Черемных С.В., Семенов И.О., Ручкин B.C. Моделирование и анализ систем. IDEF-технология: Практикум. -М.: Финансы и статистика, 2002г.-192 с.

38. Черемных С.В., Семенов И.О., Ручкин B.C. Структурный анализ систем: IDEF-технология. -М.: Финансы и статистика, 2001г. 512с.

39. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования.-М.: МетаТехнология, 1993г.

40. Автоматизированные системы управления предприятием /Под ред. Г.А. Титоренко. -М.: Финансы и статистика, 1983г.

41. Автоматизация управления предприятием / В.В. Баранов и др. М.: Инфра-М, 2000г.

42. Хелеби С. Принципы маршрутизации в Internet. Второе издание М.: Вильяме. 2001 -448с

43. Хилл Б. Полный справочник по Cisco: Перевод с английского. М.: Издательство Вильяме. 2004 - 1078с

44. Хансен Г., Хансен Д Базы данных: разработка и управление: Пер. с англ. М.:ЗАО «Издательство БИНОМ», 1999. - 704с.

45. Общая теория систем: Пер. с англ. М: Изд. Мир. 1966. 186 с.

46. Избачков Ю., Петров В.Информационные системы Питер, 2005 г. -656 с

47. Шелобаев С. И, Арсеньев Ю. Н., Давыдова Т. Ю. Информационные системы и технологии. Экономика. Управление. Бизнес Юнити-Дана, 2006 г.-448 с.

48. Чаадаев В. К., Шеметова И. В., Шибаева И. В. Информационные системы компаний связи. Создание и внедрение Эко-Трендз, 2004 г. -256 с.

49. Росс Д. Структурный анализ (SA): язык для передачи понимания. // В сборнике статей Требования и спецификации в разработке программ. Под ред. Агафонова В.Н. М.: Мир. 1984 - СС 240-285

50. Руденко И. Маршрутизаторы CISCO для IP-сетей. М.: КУДИЦ-Образ, 2003 г. 656с

51. Закер К. Планирование и поддержка сетевой инфраструктуры Microsoft Windows Server 2003. Учебный курс MCSE М.:Русская Редакция, 2005 г.-544 с.5Р.Поршнев С. В. MATLAB 7. Основы работы и программирования. Учебник. М.:Бином-Пресс, 2006 г. 320 с.

52. Элсенпитер Р., Велт Т. Дж. Windows ХР Professional. Администрирование сетей. М.:Эком, 2006 г. 560с.

53. Робишо П., Челлиса Дж. MCSE. Администрирование инфраструктуры сети Windows 2000. Учебное руководство. М.:Лори, 2001 г. 590 с

54. Берлин А. Н. Коммутация в системах и сетях связи. М.:Эко-Трендз, 2006 г. 344 с.

55. Власов И. И., Птичников М. М. Измерения в цифровых сетях связи. М.:Постмаркет, 2004г.

56. Костров Б. В. Телекоммуникационные системы и вычислительные сети. Учебное пособие ТехБук, 2005 г. - 256 с.

57. Теслер Г.С. Новая кибернетика. Киев.: Логос, 2004. - 404 с.

58. Бритов А.Г. Качество и надежность локальных сетей корпоративных информационных систем // Восьмая научная сессия аспирантов ГУАП. Часть I. Технические науки. СПб, 2005 - СС 265-268

59. Бритов А.Г. Надежные транзакции в базах данных корпоративных информационных систем // Девятая научная сессия аспирантов ГУАП. -СПб, 2006

60. Бритов А.Г., Мирончиков Е.Т. Избыточность в информационных процессах систем обработки и защиты данных // Проблемы защиты информации. Компьютерные системы. №2, 2006.

61. Carmouche J. IPsec Virtual Private Network Fundamentals. Cisco PressPub, 2006.-480c.

62. Blum R. Network Performance: Open Source Tools. Wiley, 2003 - 432 c.

63. Weili Wu, Hui Xiong, Shashi Shekhar. Clustering and Information Retrieval (Network Theory and Applications). Springer; 1 edition, 2003 - 338 с

64. Thomas M. Thomas II. OSPF Network Design Solutions. Cisco Press, 2003. - 768 с

65. Brian J. Carroll. Lean Performance ERP Project Management: Implementing the Virtual Supply Chain. CRC. 2002. - 322 c.