Моделирование сегмента региональной сети передачи данных

1. Моделирование сегмента региональной сети передачи данных

Дипломная работа
Моделирование сегмента
региональной сети передачи
данных
Проектировал:
Руководитель:
студент III курса, группы ИСиТсп-08
Маршалкин Владимир Сергеевич
к.т.н., доцент кафедры ИиПМ
Шахова Елена Юрьевна

2. Цель данной дипломной работы – расчет и оптимизация задержек передачи данных на основе математической модели сегмента

региональной компьютерной сети.
Для выполнения этой задачи требуется:
• изучить современные сетевые технологии, используемые для построения
локальных сетей;
• рассмотреть причины возникновения задержек передачи данных по сети,
составить модель и описание её в среде Maple;
• изучить структуру сегмента региональной сети компании "Новая Сибирь Плюс"
на улице Приморской;
• создать и реализовать математическую модель задержек передачи данных для
сегмента региональной сети;
• рассчитать задержки для этого сегмента с помощью созданной модели;
• проанализировать полученные результаты, определить необходимость
оптимизации, сформулировать и обосновать возможные варианты модернизации
сети.
2

3.

Схема региональной сети компании "Новая Сибирь Плюс»
3

4.

Схема сегмента региональной сети компании "Новая Сибирь Плюс»
4

5.

Схема сегмента сети компании "Новая Сибирь Плюс" на
улице Приморской
5

6.

Схема сети для построения графа и граф в среде Maple
Нагрузка на коммутаторы
Коммутатор
Количество
компьютеров, шт.
45
12
48а
5
49
14
49а
8
49б
17
51
11
51а
13
53
12
53а
14
55
8
55а
10
57
9
57а
6
61
19
6

7.

Нахождение задержек в среде Maple
Для работы с графами необходимо подключение модуля
networks:
with(networks):
Создание и инициализация массива, содержащего значения
производительности коммутаторов:
Performance := [148810, 148810, 148810, 148810, 148810, 148810,
148810, 148810, 148810, 148810, 148810, 148810, 148810,
148810]:
Создание и инициализация массива, содержащего число
компьютеров, трафик от которых проходит через каждый
узел:
PC := [12, 5, 14, 8, 17, 11, 13, 12, 14, 8, 10, 9, 6, 19]:
Создание и инициализация массива, содержащего длины
соединительных кабелей:
CableLength := [20,22,33,25,39,37,25,37,25,35,50,20,35]:
Создание и инициализация массива, в котором будут
записываться величины задержек для каждого коммутатора:
Delays := Performance:
Минимальная величина задержки коммутатора:
BaseDelay := 300:
Величина задержки 1 м кабеля:
CableDelay := 0.112:
Длина пакета, байт:
PacketLength := 512:
Величина трафика, Мб/с:
Traffic := 25:
Вычисление величины задержек для каждого коммутатора:
for i from 1 to 14 do
Для этого требуется умножить минимальную задержку на
количество компьютеров и на величину трафика в байт/с, а
полученное значение разделить на длину пакета и на
производительность коммутатора:
Delays[i] :=
(BaseDelay*PC[i]*Traffic*1024*1024/(PacketLength+26))/(Perform
ance[i]):
end do:
Создание и инициализация массива, содержащего имена вершин,
для которых будут подсчитываться задержки до коммутатора в
доме 45:
Vertexes := [48.2, 49.1, 49, 49.2, 51, 51.1, 53, 53.1, 55, 55.1, 57, 57.1, 61]:
Создание нового объекта – графа:
G:=new():
Добавление в созданный граф вершин, причём в качестве весов
вершин используются ранее вычисленные величины задержек
коммутаторов:
addvertex([45, 48.2, 49.1, 49, 49.2, 51, 51.1, 53, 53.1, 55, 55.1, 57, 57.1, 61],
weights=Delays, G):
Добавление в созданный граф рёбер, причём в качестве весов
рёбер используются длины соответствующих кабелей:
addedge([{45,49.1}, {49.1,49}, {49,49.2}, {45,51}, {51,51.1}, {51,53.1},
{51,53}, {53,55.1}, {53,55}, {55,57.1}, {55,61}, {61,57}, {61,48.2}],
weights=CableLength, G):
Вывод графа на экран в линейном виде, причём для наглядности
вершины отсортированы по шести уровням:
draw(Linear([45],[49.1, 51], [49, 51.1, 53.1, 53],[49.2, 55.1, 55], [57.1, 61]),
G);
Вычисление суммарных длин соединительных кабелей для всех
пар узлов:
Distances:=allpairs(G):
Создание матрицы 14x2, в первом столбце которой будут
записываться номера узлов, а во втором - результирующие
задержки до узла 45:
M := Matrix(14,2,0):
Создание вспомогательных массивов:
Path1 := Array():
Vweight := Array():
Summa := Array():
Чтобы найти величину задержки, обусловленной коммутаторами,
необходимо просуммировать веса вершин для каждого пути. Так
как исходный граф является древовидным, то между каждой парой
вершин существует единственный путь. Однако, несмотря на это,
Maple для проведения суммирования требует построения дерева
кратчайших путей до узла 45:
G45 := shortpathtree(G, 45):
7

8.

Нахождение задержек в среде
Maple (продолжение)
Вычисление задержек для каждого маршрута:
В результате выполнения этой программы получаем
следующие данные:
i:=1:
for j in Vertexes do
В первый столбец матрицы записывается номер коммутатора:
48,2
7483,445386
49,1
2556,235527
49
3049,852513
49,2
3839,393290
51
2556,795527
51,1
3543,469499
Подсчёт итоговой задержки как суммы задержек коммутаторов и
задержек в кабеле:
53
3345,440304
M[i,2] := Summa + Distances[45, j]*CableDelay:
i := i+1:
end do:
53,1
3345,014902
55
5018,160456
55,1
3938,967887
57
7383,534789
57,1
6888,461803
61
6300,758220
M[i,1] := j;
Формирование пути для этого узла до коммутатора 45:
Path1 := path([45, j], G45):
Вычисление весов для каждой вершины, встречающейся в пути:
T := vweight(Path1, G):
Подсчёт числа узлов, входящих в маршрут:
count := nops(T);
Суммирование задержек, вносимых коммутаторами, входящими в
маршрут:
Summa := sum('T[k]','k'=1..count):
Вывод результатов на экран:
for i from 1 to 13 do
print(M[i,1], M[i,2]);
end do;
8

9.

Исходные задержки
Начальный коммутатор
Задержка, битовых интервалов
48.2
7483
49.1
2556
49
3050
49.2
3839
51
2557
51.1
3544
53
3345
53.1
3445
55
5018
55.1
3939
57
7384
57.1
6889
61
6301
9

10.

Задержки коммутаторов
Коммутатор
Задержка, битовых интервалов
48.2
1179
49.1
491
49
1375
49.2
786
51
1670
51.1
1081
53
1277
53.1
1179
55
1375
55.1
786
57
982
57.1
884
61
589
10

11. Предложения по оптимизации:

переключить коммутатор дома 55а к дому 53а;
переключить коммутатор дома 57а к дому 55а;
переключить коммутатор дома 53 к дому 45;
переключить коммутатор дома 57 к дому 55;
переключить коммутатор дома 48а к дому 57;
переключить коммутатор дома 49б к дому 51а.
11

12. После оптимизации:

До оптимизации:
После оптимизации:
12

13.

Задержки после оптимизации
7000
Коммутатор
Задержка
48.2
5908
49.1
2556
49
3050
49.2
4334
51
2557
51.1
3544
53
1968
53.1
3445
55
3641
55.1
4037
57
4726
57.1
5906
61
6005
6000
5000
4000
3000
2000
1000
48.2
49.1
49
49.2
51
51.1
53
53.1
55
55.1
57
57.1
61
13

14.

Сравнение результатов
8000
Начальный
коммутатор
Задержка до
оптимизации
Задержка
после
оптимизации
Изменение, %
48.2
7483
5908
-21,0%
6000
49.1
2556
2556
0,0%
5000
49
3050
3050
0,0%
49.2
3839
4334
12,9%
51
2557
2557
0,0%
51.1
3544
3544
0,0%
53
3345
1968
-41,2%
53.1
3445
3445
0,0%
55
5018
3641
-27,4%
55.1
3939
4037
2,5%
57
7384
4726
-36,0%
57.1
6889
5906
-14,3%
61
6301
6005
-4,7%
7000
4000
3000
2000
1000
48.2 49.1
49
49.2
51
51.1
После оптимизации
53
53.1
55
55.1
57
57.1
До оптимизации
Суммарное среднее значение задержки
до оптимизации:
4565
после оптимизации:
3975
14
61

15.

Основные результаты данной
дипломной работы:
• изучение технологии Fast Ethernet и выделение наиболее важных её
особенностей;
• выбор формализованного способа представления компьютерной сети на ПК,
а именно представление в виде графа;
• выявление причин возникновения задержек и построение модели;
• алгоритмизация модели в среде математического пакета Maple;
• схемы сети компании "Новая Сибирь Плюс" со списком оборудования и
количеством подключенных компьютеров;
• подсчитанные задержки для сегмента сети компании "Новая Сибирь Плюс"
на улице Приморской в соответствии с разработанной методикой;
• предложения по оптимизации сети на основе анализа результатов расчётов.
Применение изложенной в дипломной работе методики на практике
позволит оптимизировать как уже существующие, так и находящиеся в процессе
разработки компьютерные сети.
15