Модель обработки приоритетных очередей в маршрутизаторах

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛЖСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Н. ТАТИЩЕВА» 

(ИНСТИТУТ)

Кафедра «Информатика и системы управления»

 

Допустить к  защите

Зав. кафедрой, д.т.н., профессор

________________ С.  В. Краснов

«____»________________ 2013 г.

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

по специальности 230101.65

«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

на тему

«Модель обработки приоритетных очередей в маршрутизаторах»

 

 

 

 

Студент группы ИС-501

_________________ С.С.  Краснов

Руководитель  дипломного проекта

к.п.н., доцент, профессор каф. ИиСУ

_________________ Е.Н.  Горбачевская

 

 

 

 

г.о. Тольятти 2013

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛЖСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Н. ТАТИЩЕВА» 

(ИНСТИТУТ)

Факультет «Информатика и телекоммуникации»

Кафедра «Информатика и системы  управления»

 

УТВЕРЖДЕНО

заседанием кафедры 

протокол №___от___________2013г.

Зав. кафедрой, д.т.н., профессор

____________________ С.В. Краснов

«___»______________2013г.

 

ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Студенту(ке) Краснову Станиславу Сергеевичу

группы ИС-501

на тему Модель обработки приоритетных очередей в маршрутизаторах

 

Приказ на утверждение темы дипломного проекта ректора Волжского университета им В.Н. Татищева № 82 от «06» марта 2013г.

 

Цель и задачи дипломного проекта:

Цель: проектирование модели обработки приоритетных очередей в маршрутизаторах

Задачи:

1. Анализ  методов реализации модели обработки  приоритетных очередей в маршрутизаторах

2. Проектирование  модели обработки приоритетных  очередей в маршрутизаторах

3. Реализация  модели обработки приоритетных  очередей в маршрутизаторах

4. Технико-  экономические показатели использования  модели

5. Безопасность  жизнедеятельности

 

Исходные данные Технические требования к моделированию систем. Комплект документации на программное обеспечение. Требования к работе маршрутизаторов.

 

Содержание

Введение ……………………………………………………………………	5
Техническое задание ………………………………………………………	6
1 Формирование требований  к модели обработки приоритетных  очередей ……………………………………………………………………	12
1.1 Анализ характеристик смешанного  трафика …………………………….	12
1.2 Анализ существующих алгоритмов  обработки приоритетных очередей  в маршрутизаторах …………………………………………………………….	14
1.3 Ограничения параметров  модели обработки приоритетных  очередей в маршрутизаторах по  ресурсам коммутационного оборудования ………….	22
2 Проектирование модели  обработки приоритетных очередей  в маршрутизаторах  ………………………………………………………………	35
2.1 Описание работы модели  справедливой взвешенной очереди ………….	35
2.2 Разработка алгоритма модели  обработки приоритетных очередей  в маршрутизаотрах ……………………………………………………………….	40
2.3 Выбор средства реализации  программной модели ………………………	46
Построение программной модели ………………………………………...	48
3 Реализация модели обработки приоритетных очередей в маршрутизаторах ………………………………………………………………	54
3.1 Планирование эксперимента  и построение гипотез …………………….	54
Описание эксперимента ……………………………………………………	55
Адекватность модели алгоритма обработки приоритетных очередей	59
4 Технико- экономические  показатели использования модели …………….	69
Расчет комплексных показателей качества ………………………….	69
4.2 Расчет общей стоимости  владения ……………………………………	75
5 Безопасность жизнедеятельности.  Должностные инструкции при работе  с ПЭВМ …………………………………………………………………………	80
5.1 Опасные и вредные производственные  факторы на рабочем месте оператора  ПК ……………………………………………………………….	80
5.2 Организация рабочего места  оператора ……………………………..	81
5.2.1 Требования, предъявляемые  к экрану и символам ………………..	83
5.2.2 Микроклимат на рабочем  месте оператора ………………………….	84
5.2.3 Организация режима труда  и отдыха ……………………………….	85
5.2.4 Освещенность рабочего  места оператора ПК ………………………	86
5.3 Расчет освещения рабочего  места в помещении ……………………..	87
5.4 Пожарная безопасность  в помещении …………………………………	88
5.5 Безопасность при аварийных  и чрезвычайных ситуациях …………..	89
Заключение ………………………………………………………..……………	92
Список литературы …………………………………………………………….	93

 

 

Введение

При работе компьютерной сети с использованием технологии Ethernet процент потерянных пакетов составляет немалую часть от всего передаваемого трафика, поскольку оборудование не способно обработать абсолютно все пакеты. Следовательно, необходимо каждый раз при приеме пакета делать выбор, принимать его на обработку или удалить из очереди. Для осуществления данного выбора у каждого пакета необходим один или несколько критериев, по которым будет осуществляться выбор.

Таким образом, следует разработать  несколько алгоритмов для  осуществления  данного выбора при приеме пакета на вход коммутационного оборудования.

Также следует принять  во внимание техническую возможность коммутационного оборудования, т.е. маршрутизаторов и коммутаторов 2 и 3 уровня, поскольку от нее зависит производительность обработки трафика.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОЛЖСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Н. ТАТИЩЕВА»

(ИНСТИТУТ)

Кафедра «Информатика и системы  управления»

 

 

СОГЛАСОВАНО:     УТВЕРЖДАЮ:

Руководитель дипломного проекта   Зав. кафедрой ИиСУ

к.п.н., доцент, профессор каф. ИиСУ  д.т.н., профессор

____________ Е.Н.  Горбачевская   ____________ С.В. Краснов

«___»______________2013г.    «___»______________2013г.

 

 

Модель  обработки приоритетных очередей в  маршрутизаторах Техническое задание

Листов: 5

 

 

Разработал:

студент группы ИС – 501

___________ С.С. Краснов

«___»______________ 2013г.

 

 

 

 

г.о.Тольятти, 2013

Введение

Настоящее техническое задание  распространяется на разработку и испытание  модели обработки приоритетных очередей в маршрутизаторе.

1 Основание для разработки

Основанием для разработки модели обработки приоритетных очередей в  маршрутизаторе является приказ ректора  ВУиТ №82 06.03.2013 г.

Тема: «Модель обработки приоритетных очередей в маршрутизаторе».

2 Назначение разработки

Модель позволит автоматизировать процесс подбора оптимальных  показателей сервиса QoS:

- минимальная задержка;

- максимальная полоса пропускания;

- максимальные колебания (вариация) задержки при передаче пакетов;

- максимальные потери пакетов;

- максимальная надежность;

- минимальная стоимость.

3 Требования к программному  изделию

Модель должна обеспечивать возможность  выполнения следующих функций:

- определение состояния параметров QoS при различных исходных данных (полоса пропускания, задержка  при передаче пакета; колебание  (вариация) задержки при передаче  пакетов, потери пакетов);

- определение взаимного влияния  параметров работы маршрутизаторов  при обработке очередей;

- визуализации результатов моделирования  в виде отчета.

Исходные данные:

- требования к работе маршрутизатора;

- набор рекомендаций по улучшению  работы маршрутизатора;

- набор параметров QoS.

Результаты:

- получение имитационных данных  по результатам моделирования;

- рекомендации по улучшению  работы маршрутизатора использующего  справедливые взвешенные очереди;

- визуальное представление работы  модели в виде отчета.

Требования к надежности:

- предусмотреть проверку адекватности  модели (используя математическое  представление системы или временных  графиков СМО);

- предусмотреть многократное тестирование  модели на предмет ее готовности  к работе;

- обеспечить работу пользователей  набором правил по использованию  модели.

Требования к составу и параметрам технических средств:

- система должна работать на  IBM совместимых персональных компьютерах.

Минимальная конфигурация ПК должна включать:

- тип процессора – Intel Pentium III и выше;

- объем оперативного запоминающего  устройства – 1024 Мб и более;

- устройство чтения компакт-дисков;

- печатающее устройство;

- жесткий диск с объемом не  менее 2 ГБ;

- сетевой адаптер 10/100 МБ;

- наличие необходимого сетевого  оборудования и сервера для  передачи данных по локальной  сети.

Требования к программной совместимости:

- операционная система семейства  Win 32 (Windows XP);

- программный продукт моделирования  систем СМО GPSS.

4 Требования к программной  документации

Исходно-разрешительная документация:

- заключение руководства о необходимости  добавления имитационной модели  в систему работы маршрутизатора;

- задание на моделирование;

- приказ ректора на утверждение  темы дипломного проекта.

Научные источники:

- архитектурная концепция (эскизные  проектные предложения различных  видов моделей QoS); .

- научные работы сотрудников  кафедра ИиСУ ВУиТ;

- литературные источники по  разработке, проектированию и использованию  моделей QoS.

Технологическая документация:

- программные требования к модели (построение модели в GPSS);

- технические условия использования  модели;

- распорядительная, информационная  документация.

ГОСТы по ПО и качеству:

- ГОСТ 304.603-92 «Информационные технологии. Виды испытаний автоматизированных  систем»;

- ГОСТ 2886-90 «Качество программных  средств. Термины и определения»;

- ГОСТ 19.301-79 (СТ СЭВ 3747-82) ЕСПД. Программа  и методика испытаний. Требования  к содержанию и оформлению;

- ГОСТ 34. 602-89 Программа и методика  испытаний. Требования к содержанию  и оформлению. Единая система  программной документации.

Разрабатываемая модель должна быть документирована, то есть включать описательную информацию по подготовке набора входных  данных; набора рекомендаций по улучшению  работы маршрутизатора использующего  обработку очередей через справедливо  взвешенные очереди.

В состав сопровождающей документации должны входить:

1. Пояснительная записка, содержащая  информацию о модели и конкретных  компонентах программного обеспечения.

2. Описание применения, содержащее  сведения о назначении модели, области применения, применяемых  методах, классах решаемых задач,  ограничениях для применения  минимальной конфигурации технических  средств.

3. Руководство пользователя, содержащее  общие сведения о модели и  инструкции по работе с ним.

4. Руководство пользователя модели, содержащее сведения о методах  тестирования и настройки модели  на условия конкретного применения.

5. Графическая часть в виде  схем, фотографий экрана и т.д.

5. Технико-экономические показатели

Данная модель позволит проводить  имитационные исследования обработки  приоритетных очередей при работе маршрутизатора.

К технико-экономическим показателям  разработки относятся:

- накопление знаний по работе  маршрутизатора в различных условиях;

- сокращение времени и затрат  на подготовку рекомендаций;

- повышение уровня качества  обслуживания клиентов сети.

6 Стадии и этапы разработки

Этапы разработки включают:

- анализ предметной области  – 1 неделя;

- создание алгоритма работы  маршрутизатора – 1 неделя;

- разработка модели обработки  приоритетных  очередей при работе  маршрутизатора – 2-4 недели;

- внесение изменений в алгоритм  работы маршрутизатора для улучшения  качества обслуживания – 2-4 недели;

- подготовка исходных данных  и тестовых наборов проверки  готовности модели – 1 неделя;

- отладка и тестирование –  1-3 недель;

- разработка рекомендаций к  установке и использованию 1 неделя.

7 Порядок контроля и  приемки

В соответствии с ГОСТ 34.602-89 – «Порядок контроля и приемки системы» устанавливают  следующие основные виды испытаний: предварительные; опытная эксплуатация; приемочные.

Испытания могут быть автономные или  комплексные. Комплексные испытания  проводят для групп, взаимосвязанных  частей модели или для модели в  целом. Предварительные испытания  модели проводят для определения  ее работоспособности и решения  вопроса о возможности приемки  модели в опытную эксплуатацию.

Предварительные испытания следует  выполнять после проведения разработчиком  отладки и тестирования поставляемых программных и технических средств  системы и представления им соответствующих  документов о их готовности к испытаниям, а также после ознакомления персонала  модели системы рейтинговой оценки сотрудников с эксплуатационной документацией

Опытную эксплуатацию модели проводят с целью определения фактических  значений количественных и качественных характеристик модели и готовности персонала к работе в условиях функционирования модели, определения  фактической эффективности модели, корректировке (при необходимости) документации.

Приемочные испытания должны проводиться  на оборудовании заказчика его представителями  и специалистами по тестированию.

Первоначальные испытания работоспособности  модели необходимо проводить на стадии разработки.

В процессе приёмки проводят тестирование модели на реальных информационных данных работы маршрутизатора.

1 Формирование требований  к модели обработки приоритетных  очередей

1.1 Анализ  характеристик смешанного трафика

Современная организация использует в своих  бизнес- процессах 3 вида трафика- данных (файлы), транзакций (запросы к БД, локальным и распределенным) и  реального времени (IP- телефония, мультимедийный трафик, трафик технологического уровня, SCADA, АСУТП).

Смешанным трафиком называется входящий и исходящий  трафик, включающий пакеты разных приоритетов. При работе с технологией Ethernet существенно  повышается процент потерянных пакетов. Характеристики работы смешанного трафика: пропускная способность, задержка на маршруте трафика, время реакции сети, взрывообразность. Приоритетный трафик позволяет оптимизировать подключенный канал связи и добиться его необходимых тонких настроек. Позволяет приоретизировать наиболее важные потоки трафика и обеспечить минимальную задержку в обслуживании. Данный класс трафика будет обслуживаться  даже при условии полной утилизации канала связи. Ограничение полосы пропускания  позволяет ограничить выбранный  класс трафика в скорости, чтобы  рост менее приоритетного трафика  не послужил причиной деградации более  приоритетного.

К характеристикам  смешанного трафика (таблица 1.1) относятся - пропускная способность, суммарная  задержка, время ответа, коэффициент  взрывообразности.