Динамическое моделирование и анализ корпоративных вычислительных систем

 Эффективность построения и использования корпоративных  информационных систем стала чрезвычайно  актуальной задачей, особенно в условиях недостаточного финансирования информационных технологий на предприятиях.

 Критериями оценки эффективности могут служить  снижение стоимости реализации информационной системы, соответствие текущим требованиям  и требованиям ближайшего времени, возможность и стоимость дальнейшего  развития и перехода к новым технологиям.

 Основу информационной системы составляет вычислительная система, включающая такие компоненты, как кабельная сеть и активное сетевое оборудование, компьютерное и периферийное оборудование, оборудование хранения данных (библиотеки), системное программное обеспечение(операционные системы, системы управления базами данных), специальное ПО (системы мониторинга и управления сетями) и в некоторых случаях прикладное ПО.

 Наиболее распространенным подходом к проектированию информационных систем в настоящее время является использование экспертных оценок. В  соответствии с этим подходом специалисты  в области вычислительных средств, активного сетевого оборудования и  кабельных сетей на основании  имеющегося у них опыта и экспертных оценок осуществляют проектирование вычислительной системы, обеспечивающей решение конкретной задачи или класса задач. Этот подход позволяет минимизировать затраты  на этапе проектирования, быстро оценить  стоимость реализации информационной системы. Однако решения, полученные с  использованием экспертных оценок, носят  субъективный характер, требования к  оборудованию и программному обеспечению  также грешат субъективностью, как  и оценка гарантий работоспособности  и развиваемости предлагаемого проекта системы.

 В качестве альтернативного  может быть использован подход, предполагающий разработку модели и моделирование (имитацию работы - simulation) поведения вычислительной системы.

 Бездефектное  проектирование вычислительных систем

 Можно говорить о "бездефектном" проектирования информационных систем. Оно достигается комплексным  применением высокоуровневого моделирования (моделирования функций или бизнес-процессов) предприятия и низкоуровневого  моделирования вычислительной системы. Общая условная схема бездефектного  проектирования информационной системы  приведена на рис. 1.

 Использование высокоуровневого моделирования позволяет гарантировать  полноту и правильность выполнения информационной системой функций, определенных заказчиком. То есть построенная модель безупречна по функциональности (система  должна выполнять то, что задумано). Однако гарантировать, что конкретная реализация вычислительной системы  на предприятии будет выполнять  эти функции, высокоуровневое моделирование  не может.

 К системам высокоуровневого моделирования относятся такие  системы, как ARIS, Rational Rose. С их помощью реализуются принципы структурного анализа, когда предприятие представляется в виде сложной системы, состоящей из разных компонентов, имеющих различного рода взаимосвязи друг с другом. Эти средства позволяют определить и отразить в моделях основные компоненты предприятия, протекающих процессов, используемой информации, а также представить взаимосвязи между этими компонентами.

 Создаваемые модели представляют собой документированную  совокупность знаний об ИС предприятия - о его организационной структуре  взаимодействиях между предприятием и прочими субъектами рынка, составе  и структуре документов, последовательностях  шагов процессов, должностных инструкциях  отделов и их сотрудников.

 Моделирование функций  вычислительной системы напрямую сегодня  не представляется возможным. Данная задача в полном объеме не разрешима. Однако возможно моделирование работы системы  в динамике (динамическое моделирование), при этом его результаты позволяют  по косвенным показателям судить о функционировании всей системы.

 Так, мы не можем  проверить правильность функционирования сервера базы данных и программного обеспечения, однако по выявляемым задержкам  на сервере, необслуженным запросам и т. д. мы можем сделать вывод о его работе.

 Таким образом, рассматриваемые  системы предназначены не для  функционального моделирования  вычислительных систем (это, к сожалению, невозможно), а для динамического  их моделирования.

 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 может, 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 (один-два года);

·  выбор нескольких вариантов оборудования с учетом текущих потребностей, перспективы развития на основании критерия стоимости оборудования;

·  проведение проверки работы вычислительной системы, составленной из рекомендованного оборудования.

 Классификация систем

 Систем динамического  моделирования вычислительной системы  достаточно много, они разрабатываются  в разных странах. Удалось обнаружить такие системы, произведенные в  Румынии и других странах, не являющихся лидерами компьютерно-информационной индустрии. Кроме того, зачастую развитые системы диагностирования установленной вычислительной системы (интеллектуальные кабельные тестеры, сканеры, анализаторы протоколов) также причисляют к системам моделирования, что не соответствует действительности.

 Классифицируем  системы по двум связанным критериям: цена и функциональные возможности. Как и следовало ожидать, функциональные возможности систем моделирования  жестко связаны с их ценой.

 Анализ предлагаемых на рынке систем показывает, что  динамическое моделирование вычислительных систем - дело весьма дорогостоящее. Хотите получить реальную картину в вычислительной системе - платите деньги.

 Все системы динамического  моделирования могут быть разбиты  на две ценовые категории:

·  Дешевые (сотни и тысячи долларов).

·  High-end (десятки тысяч долларов, в полном варианте - сто и более тысяч долларов).

 К сожалению, найти  системы среднего ценового диапазона  не удалось, однако многие из них представляют собой набор пакетов и разброс  в цене одной и той же системы  определяется комплектом поставки, т. е. объемом выполняемых функций.

 Дешевые системы  отличаются от дорогих тем, насколько  подробно удается в них описать  характеристики отдельных частей моделируемой системы. Они позволяет получить лишь "прикидочные " результаты, не дают статистических характеристик  и не предоставляют возможности  проведения подробного анализа системы.

 Системы класса high-end позволяют собирать исчерпывающую статистику по каждому из компонентов сети при передаче данных по каналам связи и проводить статистическую оценку полученных результатов.

 По функциональности системы моделирования, используемые при исследовании вычислительных систем, могут быть разбиты на два основных класса:

·  Системы, моделирующие отдельные элементы (компоненты) системы.

·  Системы, моделирующие вычислительную систему целиком.

 Наиболее  популярные системы  моделирования

 BONeS (фирма Systems and Networks) - графическая система моделирования общего назначения для анализа архитектуры систем, сетей и протоколов. Описывает модели на транспортном уровне и на уровне приложений. Дает возможность анализа воздействия приложений типа клиент - сервер и новых технологий на работу сети.

 Netmaker (фирма OPNET Technologies) - проектирование топологии, средства планирования и анализа сетей широкого класса. Состоит из различных модулей для расчета, анализа, проектирования, визуализации, планирования и анализа результатов.

 Optimal Perfomance (фирма Compuware; Optimal Networks) - имеет возможности быстрого оценочного и точного моделирования, помогает оптимизировать распределенное программное обеспечение.

 Prophesy (компания Abstraction Software) - простая система для моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет оценить время реакции компьютера на запрос, количество "хитов" на WWW-сервере, количество рабочих станций для обслуживания активного оборудования, запас производительности сети при поломке определенного оборудования.

 Семейство CANE (компания ImageNet) -- проектирование и реинжиниринг вычислительной системы, оценка различных вариантов, сценарии "что, если". Моделирование на различных уровнях модели OSI. Развитая библиотека устройств, которая включает физические, электрические, температурные и другие характеристики объектов. Возможно создание своих библиотек.

 Семейство COMNET (фирма Compuware; CACI Products Company) -- объектно-ориентированная система моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет моделировать уровни: приложений, транспортный, сетевой, канальный. Использует все известные на сегодня технологии и протоколы, а также системы клиент -- сервер. Легко настраивается на модель оборудования и технологий. Возможность импорта и экспорта данных о топологии и сетевом трафике. Моделирование иерархических сетей, многопротокольных локальных и глобальных сетей; учет алгоритмов маршрутизации.

 Семейство OPNET (фирма OPNET Technologies) - средство для проектирования и моделирования локальных и глобальных сетей, компьютерных систем, приложений и распределенных систем. Возможность импорта и экспорта данных о топологии и сетевом трафике. Анализ воздействия приложений типа клиент -- сервер и новых технологий на работу сети. Моделирование иерархических сетей, многопротокольных локальных и глобальных сетей; учет алгоритмов маршрутизации. Объектно-ориентированный подход. Исчерпывающая библиотека протоколов и объектов. Включает следующие продукты: Netbiz (проектирование и оптимизация вычислительной системы), Modeler (моделирование и анализ производительности сетей, компьютерных систем, приложений и распределенных систем), ITGuru (оценка производительности коммуникационных сетей и распределенных систем).

 Stressmagic (фирма NetMagic Systems) -- поддержка стандартных тестов измерения производительности; имитация пиковой нагрузки на файл-сервер и сервер печати. Возможно моделирование взаимодействия различных пользователей с файл-сервером. Включает 87 тестов производительности.

 Таблица 1. Системы  моделирования

 Более подробные  сведения об этих системах и их характеристиках  приведены в табл. 1. К числу  наиболее мощных и интересных относятся COMNET III фирмы CACI Products Company (в 2000 году система была продана фирме Compuware) и OPNET фирмы OPNET Technologies (ранее называлась MIL3).

 Что мы получим, используя  моделирование

 Используя моделирование  при проектировании или реинжиниринге вычислительной системы, мы можем сделать следующее: оценить пропускную способность сети и ее компонентов; определить узкие места в структуре вычислительной системы; сравнить различные варианты организации вычислительной системы; осуществить перспективный прогноз развития вычислительной системы; предсказать будущие требования по пропускной способности сети, используя данные прогноза; оценить требуемое количество и производительность серверов в сети; сравнить различные варианты модернизации вычислительной системы; оценить влияние на вычислительную систему модернизации ПО, мощности рабочих станций или серверов, изменения сетевых протоколов.

 Исследование параметров вычислительной системы при различных  характеристиках отдельных компонентов  позволяет выбрать сетевое и  вычислительное оборудование с учетом производительности, качества обслуживания, надежности и стоимости. Поскольку  стоимость одного порта активного  сетевого оборудования в зависимости  от производителя оборудования, используемой технологии, надежности, управляемости  может меняться от десятков рублей до десятков тысяч, моделирование позволяет  минимизировать стоимость оборудования, предназначенного для использования  в вычислительной системе. Моделирования  становится эффективным при числе  рабочих станций 50-100, а когда их более300, общая экономия средств  может составить 30--40% от стоимости  проекта.

 Финансовая  сторона

 Естественно, возникает  вопрос о стоимости проведения обследования вычислительной системы с помощью  моделирования. Стоимость самого моделирования  при грамотной эксплуатации системы  моделирования невысока. Основную часть  стоимости обследования составляют затраты на оплату труда высококвалифицированных  специалистов в области сетевых  технологий, вычислительного оборудования, систем моделирования, проводящих обследование объекта, составление моделей компонентов  и самой вычислительной системы, определяющих направления развития и модификаций вычислительной системы  и ее моделей.

 Обследование и  моделирование вычислительной системы  из 250 узлов может длиться одну-две  недели, при этом стоимость может  колебаться от $5000 до $17 500. Если стоимость  проектов по информатизации крупных  организаций зачастую превышает $500 000, то стоимость работ по моделированию  составляет в любом случае менее 4% от стоимости проекта.

 При этом мы получаем: объективную оценку решения и  технико-экономическое обоснование; гарантированные требуемую производительность и запас по производительности; обоснованные и управляемые решения по поэтапной  модернизации.

 Системы моделирования, не вошедшие в обзор

 CPSIM (компания BoyanTech) -- простая система моделирования последовательных и параллельных процессов. Модель -- ориентированный граф, в котором узлы -- объекты (компьютеры, серверы, сетевое оборудование), дуги -- каналы связи.

 NetDA/2 (компания IBM) - предназначена для проектирования, анализа и оптимизации глобальных сетей и реинжиниринга имеющихся SNA-сетей. Возможно задание собственных алгоритмов маршрутизации. Позволяет моделировать сценарии "что, если". Поддерживает и протокол TCP/IP. Реализована на OS/2.

 NPAT (Network Planning and Analysis Tools); фирма Sun, - предназначена для моделирования интегрированных сетей данные/голос на базе магистралей Т1 и Т3. Реализована на Solaris 2.6, 7.

 SES/Workbench (фирма HyPerfomix) -- моделирование локальных и глобальных сетей на уровне приложений, канальном и физическом уровнях. Моделирование сложных приложений, СУБД. Позволяет провести стоимостной анализ вариантов. Имеется механизм расстановки контрольных точек и трассировки.

 WinMIND (фирма Network Analysis Center) -- система проектирования, настройки конфигурации и оптимизации сети; содержит дан ные о стоимости типичных конфигураций с возможностью точной оценки производительности и тарифной платы.

 Семейство AUTONET (фирма Network Design and Analysis) -- включает систему мониторинга и управления AMS, позволяет проводить оценку производительности сети, а также точное моделирование и тарификацию сетевых решений.

 Основные  требования, предъявляемые  к системам моделирования  вычислительных систем

 Отсутствие  необходимости программирования; возможность импорта  информации из существующих систем управления сетями и средств мониторинга; наличие расширяемой  библиотеки объектов; интуитивно-понятный интерфейс; простая  настройка на объекты  реального мира; гибкая система построения сценариев моделирования; удобное представление  результатов моделирования; анимация процесса моделирования; автоматический контроль модели на внутреннюю непротиворечивость.

 Советы покупателям

 Как выбрать систему  моделирования? Каждый выбирает себе систему  по поставленным задачам  и выделенным средствам.

 Если  вы хотите ознакомиться с принципиальными  возможностями систем моделирования, если у вас не стоит  задача "тюнинга", т. е. настройки уже существующей системы, а вы хотите только грубо определить, будет ли она функционировать при установке какого-либо дополнительного устройства без постоянных сбоев, - покупайте дешевый продукт.

 Однако, как показывает реальный опыт, рано или поздно перед вами встанет  задача полномасштабного моделирования вычислительной системы. И вот  тут надо помнить  о следующем.

 К сожалению, в отличие  от систем высокоуровневого моделирования, которые  продаются и поддерживаются известными в России компаниями (ARIS -- компания "Весть-Метатехнологии", Rational Rose -- компании "Аргуссофт", "Интерфейс" и др.), поставщиков систем динамического моделирования вычислительных систем нам обнаружить не удалось. В 1997--1999 годах представлением, продажей и поддержкой семейств COMNET и OPNET занимались некоторые отечественные компании, однако потом этот процесс был приостановлен. Причины ,наверное, в специфике российского рынка (открытое нежелание дать заказчику реальные спецификации и цены на информационные системы и боязнь независимой экспертизы решений), в недостаточности финансирования.

 Полезным  является каталог  Network Buyer's Guide (www.networkbuyersguide.com), в котором дано описание продукта, производитель, цена и контактная информация.

 Опыт  показывает, что попытки  обращения непосредственно  к производителю  приводят к положительному результату. Либо производитель  сам откликнется  и поставит эту  систему, либо он назовет  дистрибьютора в  Европе, у которого этот продукт можно  приобрести. Мы общались с CACI Products и OPNET Technologies (ранее -- MIL3) и успешно получали необходимое ПО.

 К сожалению, консалтинговые компании, которые  были бы связаны с  моделированием сетей, в настоящее время  в России нам не известны.

 В нашей стране наибольшее распространение  получили системы COPMNET III и OPNET. Именно эти  продукты отличаются высокой полнотой библиотеки, поскольку  у производящих их компаний есть соглашения с производителями  сетевого оборудования. Но прежде, чем покупать дорогостоящую систему, определите, какие  пакеты из входящих в ее состав вам  реально понадобятся.