Сравнительный анализ средств моделирования локальных вычислительных сетей

В настоящее время, в век инфокоммуникационных систем и технологий невозможно представить ни одну организацию без современной вычислительной техники. Сегодня на одном предприятии могут находиться порядка ста, а то и более компьютеров. Следовательно, вся совокупность оборудования, соединённая линиями связи и обменивающаяся данными между собой в соответствии с определенными правилами – протоколами, представляет собой локальную вычислительную сеть [1].

Наиболее широкое распространение в нашей стране компьютерные сети получили в конце пятидесятых годов прошлого века, и естественно, что наиболее развитые предприятия стремились использовать все преимущества автоматизации и информатизации процессов.

Однако за годы эксплуатации оборудование сети морально устаревает, часто выходит из строя, увеличивается объём данных, внедряются новые сетевые приложения. Появляются перебои в работе, уменьшается скорость работы приложений и пропускная способность, увеличивается нагрузка на сеть, да и существовавшая топология сети перестаёт соответствовать современным нормам и требованиям. Поэтому руководство компаний часто задумывается о модернизации существующей локальной вычислительной сети.

Модернизация локальной вычислительной сети предприятия проводится с целью создания надёжной, безопасной, удобно управляемой локальной вычислительной сети и представляет собой обновление, улучшение ранее существующей сети, модификацию существующих компонентов сети, приведение сети в соответствие с новыми требованиями и нормами, техническими условиями, показателями качества [2].

Модернизация локальных вычислительных сетей может осуществляться с помощью сред моделирования. В настоящее время компьютерные сети характеризуются сложностью топологий, поэтому часто встаёт вопрос предварительного моделирования компьютерных сетей. При помощи моделирования определяют оптимальную топологию будущей сети, необходимое сетевое оборудование, а также возможность будущего развития. Кроме того, моделирование компьютерной сети позволяет избежать затрат, возникающих в результате реального построения сети в будущем [3].

Исходя из вышеперечисленного, тема данного исследования: «Сравнительный анализ средств моделирования локальных вычислительных сетей» является одной из самых актуальных в настоящее время, так как проблема предварительного моделирования локальной вычислительной сети стоит сегодня как никогда остро.

Целью исследования является: проведение сравнительного анализа средств моделирования локальных вычислительных сетей.

Для достижения указанной цели необходимо будет решить следующие задачи:

• •    охарактеризовать такие понятия как моделирование и модернизация локальных вычислительных сетей;

• •    проанализировать современные средства моделирования локальных сетей;

• •    выявить возможности и недостатки каждой из приведённых сред моделирования.

При построении модели компьютерной сети перед пользователем стоит вопрос, какой средой моделирования компьютерных сетей воспользоваться для построения своей модели. Сегодня существует достаточно большое количество симуляторов и эмуляторов для построения моделей сетей связи, известно множество программ для моделирования локальных вычислительных сетей, которые предоставляют пользователю возможность быстрого и удобного развертывания прототипов компьютерных сетей традиционной архитектуры, а также позволяют оценить изменение параметров функционирования сети при заданной активности сетевых приложений и сервисов.

Для сравнительного анализа средств моделирования локальных вычислительных сетей были выбраны три наиболее популярные на сегодня среды моделирования: Cisco Packet Tracer, GNS3, Boson NetSim. Рассмотрим каждую из них в отдельности.

Cisco Packet Tracer

Одной из наиболее распространённых и популярных на сегодняшний день сред моделирования компьютерных сетей является Cisco Packet Tracer, которая позволяет экспериментировать с поведением сети, настраивая её под поставленные задачи, и создавать сеть с неограниченным числом оборудования.

История создания средства моделирования компьютерных сетей Cisco Packet Tracer относится к сентябрю 2000 года. Именно в этом году американская транснациональная компания в области высоких технологий Cisco Systems, разрабатывающая и продающая сетевое оборудование, предназначенное в основном для крупных организаций и предприятий в сфере телекоммуникаций, создаёт программу Cisco Packet Tracer и рекомендует её использовать при изучении телекоммуникационных сетей и сетевого оборудования. А также для проведения лабораторных работ в высших учебных заведениях, так как данная программа позволяет наглядно отображать работу сети, что повышает освоение материала учащимися.

К возможностям Cisco Packet Tracer можно отнести дружелюбность, понятность и логичность графического интерфейса, который способствует лучшему пониманию организации компьютерной сети и принципов работы устройств.

Одним из самых интересных преимуществ является возможность работать в режиме реального времени и возможность переходить в режим симуляции (Simulation), а также видеть перемещения пакетов от устройства к устройству с замедлением во времени.

Помимо этого, Cisco Packet Tracer поддерживает две модели построения сетей: логическую и физическую. Логическую схему сети можно наложить на чертёж реально существующего здания или даже города.

Кроме этого многоязычность интерфейса программы позволяет изучать программу сразу на двух языках, на русском и английском.

Наличие функции Activity Wizard позволяет сетевым инженерам создавать шаблоны сетей, сохранять их и использовать в дальнейшей работе.

К недостаткам Cisco Packet Tracer можно отнести отсутствие встроенного в Cisco Packet Tracer функционала Embedded Event Manager (Встроенный менеджер событий), который позволяет создавать сценарии для автоматизации работы устройств.

Так же в программе иногда могут проявляться разнообразные сбои, от которых можно избавиться только с помощью перезапуска программы.

Несмотря на присущие незначительные недостатки данной среды, широкий круг возможностей данного продукта предоставляет функции моделирования, симуляции, визуализации, авторской разработки, аттестации и многопользовательского режима, что позволяет инженерам конфигурировать, отлаживать и строить локальную вычислительную сеть любой сложности, создавая и отправляя различные пакеты данных, сохранять и комментировать свою работу.

Данная программа доступна бесплатно для таких операционных систем как Windows и Linux, также существует мобильная версия Cisco Packet Tracer Mobile. На сегодняшний день насчитывается шесть версий данной программы, последняя была выпущена в 2014 году, и разработчики не стоят на месте, а стремятся улучшить свою программу для большего спроса на рынке инфокоммуникационных технологий и систем связи [4].

Graphical Network Simulator-3

Следующая среда моделирования Graphical Network Simulator-3 (GNS3) – графическая сеть Тренажер-3 представляет собой программный эмулятор сети, который позволяет сочетать виртуальные и реальные устройства, используемые для моделирования сложных сетей. Был выпущен на рынок в 2008 году.

Данная программа имеет ряд преимуществ и особенностей. Для обеспечения полной симуляции GNS3 имеет поддержку: Dynamips – ядро программы, позволяющее эмулировать Cisco IOS. Dynagen – текстовый интерфейс для Dynamips Qemu – свободная программа с открытым исходным кодом для эмуляции аппаратного обеспечения различных платформ.

Данная программа предоставляет полный функционал эмулируемых устройств, которые позволяют создавать сложные топологии сети высокого качества и реализовывать их в реальную сеть.

Возможность построения гетерогенных сетей, то есть можно собрать схему, которая будет включать не только устройства Cisco, но и Juniper, Mikrotik, CheckPoint.

GNS3позволяет моделировать различные технологии, например, Ethernet – семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей; ATM – сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования пакетов и Frame Relay – протокол канального уровня сетевой модели OSI;

Данная программа предполагает захват пакетов с помощью утилиты Wireshark, предназначенной для анализа трафика компьютерных сетей.

Но при всем этом есть множество недостатков: количество платформ строго ограничено: запустить можно только те шасси, которые предусмотрены разработчиками dynamips.

Кроме этого, невозможно полноценно использовать коммутаторы Catalyst, это связано с тем, что на них используется большое количество специфических интегральных схем, которые соответственно крайне сложно эмулировать, следовательно, остаётся использовать сетевые модули для маршрутизаторов.

При использовании большого количества устройств гарантированно будет наблюдаться проседание производительности. Также к недостаткам GNS3 относят сильную нагрузку на центральное процессорное устройство компьютера (порядка 10 маршрутизаторов на 1 средний персональный компьютер) и очень высокие требования к системным ресурсам.

Как и в среде Cisco Packet Tracer в программе GNS3 иногда могут проявляться разнообразные сбои, баги или глюки, и, причём, их довольно много, от которых можно избавиться только с помощью перезапуска программы.

Однако GNS3 является отличным дополнительным инструментом для реализации лабораторных работ Cisco для сетевых инженеров и администраторов. Он также может быть использован для экспериментов над Cisco IOS или для проверки настроек, которые должны быть развернуты позднее на реальных маршрутизаторах. К нему можно подключать виртуальные машины, такие как VirtualBox или VMware Workstation и создавать достаточно сложные схемы, которые в дальнейшем можно сделать реальными.

Данная среда является проектом с открытым исходным кодом, представляет собой бесплатную программу, которую можно загрузить с официального сайта. Программа может быть использована на многих операционных системах, таких как Linux, MacOS X и Windows. По состоянию на 2015, программное обеспечение было загружено 11 миллионов раз, то есть можно сделать вывод, что данная программа пользуется колоссальным спросом на рынке инфокоммуникационных систем и технологий [5].

Boson NetSim

Следующей рассмотрим среду моделирования Boson NetSim, которая является инструментом сетевого моделирования и эмуляции сети используются для сетевого проектирования и планирования. Boson NetSim является стохастическим дискретным симулятором событий, разработанным Индийской компанией по разработке программного обеспечения в Бангалоре Tetcos совместно с Индийским институтом науки в июне 2004 года.

Boson NetSim представляет собой некий сборник лабораторных работ, сгруппированный по темам экзамена. Интерфейс состоит из нескольких секций: в левой части находится список всех лабораторных работ, описание задачи, справа окно моделирования сети, карта сети, командная строка. Закончив работу, можно проверить результат, и узнать, все ли было сделано правильно.

К достоинствам Boson NetSim можно отнести симуляцию сетевого трафика с помощью технологии виртуальных пакетов; предоставление двух различных стилей просмотра: режим Telnet – сетевой протокол для реализации текстового интерфейса по сети или режим подключения по консоли; поддержка до 200 устройств на одной топологии.

Различные технологии, такие как когнитивное радио, беспроводные сенсорные сети, беспроводная локальная сеть, TCP, IP покрыты данной оболочкой NetSim.

Данная программа поможет получить практические знания по работе с сетевыми устройствами, начиная от обычных управляемых коммутаторов и заканчивая роутерами седьмого поколения. В поставку включена утилита для моделирования сети. В ней можно смоделировать любой тип сети или взять готовую из сохранённых примеров.

Большинство других программных продуктов, «моделируя» поведение системы в заранее подготовленных лабораторных работах, фактически не могут отображать ситуаций, которые действительно могут случиться в сети. В отличие от них, NetSim использует технологии, специально разработанные компанией Boson, которые позволяют обойти этот недостаток и моделировать истинное поведение сети. Эти технологии позволят многим пользователям Boson NetSim выйти далеко за рамки выдуманных лабораторных работ, и лучше понять принципы функционирования Cisco IOS.

NetSim имеет очень развитую поддержку, обеспечивающую компанией Boson – это связано, конечно же, с бурными темпами развития телекоммуникационных сетей. В связи с этим, компания Cisco рекомендует использовать этот продукт для подготовки к сдаче экзаменов. Поэтому Boson выпускает различные версии NetSim, каждая из которых ориентирована на определенный экзамен и, соответственно, уровень знания пользователя.

Данная программа выпускается только под Windows и является дорогостоящим продуктом. Таким образом, кому не жалко определенной суммы, и при этом не хочется разбираться и создавать свои топологии, а хочется просто попрактиковаться, данная среда моделирования будет кстати [6].

Рассмотрев характеристики каждой из сред моделирования локальных вычислительных сетей, можно сделать вывод: если хочется просто попрактиковаться в создании компьютерных сетей, то больше всего подойдёт система моделирования Boson NetSim, которая представляет собой сборник лабораторных работ, помогающая студентам в процессе обучения.

Если необходимо создать достаточно сложную сеть, которую в дальнейшем можно сделать реально рабочей, то необходимо установить программу Graphical Network Simulator-3, которая представляет собой программный эмулятор сети, позволяющий сочетать виртуальные и реальные устройства, используемые для моделирования сетей.

Если же необходимо построить модель работы компьютерной сети небольшого предприятия, то совсем не нужно тратить деньги на приобретение дорогостоящих сред для моделирования, и можно выбрать бесплатную среду моделирования Cisco Packet Tracer.

Заключение

В статье рассмотрены наиболее распространённые на сегодняшний день среды моделирования. Таким образом, проанализировав приведённые три системы моделирования локальных вычислительных сетей, можно сделать вывод, что каждая из рассмотренных сред моделирования подходит для реализации конкретных задач. Выбор среды моделирования зависит от знаний и умений пользоваться данной средой, от функционала, предоставляемого каждым программным продуктом и от сложности того или иного средства.

Сегодня моделирование применяется практически во всех сферах человеческой деятельности. В архитектуре и строительстве разрабатываются модели зданий архитектуры, прогнозируется прочность зданий и конструкций. В транспортной области создаются модели производства транспортных систем и средств. В области экономики и бизнеса происходит моделирование производственных и бизнес-процессов, прогнозируются цены на финансовых рынках, а также рассматривается стратегическое управление организацией. В медицине и биологии создаются модели функционирования отдельных органов человека, моделируются результаты пластических операций. В политике и военном деле разрабатываются модели театра боевых действий, модели последствий войн, поведения людей в различных общественно-политических ситуациях. Естественным является и применение моделирования в области информатики и вычислительной технике: эмуляция работы вычислительного оборудования, моделирование компьютерных сетей [7].