Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 640747)
Контекстум
Антиплагиат Руконтекст

Моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях: Монография (290,00 руб.)

0   0
Первый авторАлексеев
АвторыИ.В. Алексеев, В А. Соколов, Ю.Д. Чалый
ИздательствоЯрГУ
Страниц264
ID206549
АннотацияВ монографии представлен новый вариант транспортного протокола TCP - протокол ARTCP, использующий темпоральные показатели потока в качестве входного параметра для алгоритма управления потоком и сочетающий оконный механизм контроля скорости с диспетчеризацией каждого сегмента. Описана имитационная модель, позволяющая моделировать все компоненты сети, влияющие на функционирование транспортного протокола. Построена формальная расширяемая модель протоколов TCP и ARTCP в терминах раскрашенных сетей Петри и предложены основные методы анализа и верификации этой модели. По данным модельных экспериментов определены важнейшие характеристики ARTCP, а также показано, что ARTCP превосходит TCP по основным показателям. Книга предназначена для специалистов в области информатики, интересующихся вопросами моделирования, анализа и верификации протоколов в телекоммуникационных сетях, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.
Кем рекомендовано для специалистов в области информатики, ин- тересующихся вопросами моделирования, анализа и верификации протоко- лов в телекоммуникационных сетях, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей
ISBN5-8397-0358-3
УДК004.7.057.4
ББК З 973.2
Алексеев, И.В. Моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях: Монография : Монография / И.В. Алексеев, В А. Соколов, Ю.Д. Чалый; И.В. Алексеев .— Ярославль : ЯрГУ, 2004 .— 264 с. — ISBN 5-8397-0358-3 .— URL: https://rucont.ru/efd/206549 (дата обращения: 26.06.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Разработанный алгоритм управления потоком характеризуется рядом существенных отличий от традиционных методов управления потоком протокола TCP, а именно: - скорость отправки ARTCP сегментов в сеть управляется не размером окна передачи (как в TCP), а индивидуальной задержкой каждого сегмента, при этом изменение скорости отправки потока выражается в изменении его скважности (межсегментного временного интервала); - индикатором текущего состояния сети и, соответственно, наступления перегрузки служит не потеря пакета, а изменение скважности потока сегментов, измеряемое получателем, а также изменение времени транзита сегментов, измеряемое отправителем; - функционирование ARTCP не зависит от потока подтверждений для синхронизации отправки новых сегментов в сеть. <...> Кроме того, при работе в традиционных сетях алгоритм ARTCP оказывается более эффективным, так как он минимизирует среднюю длину очередей в маршрутизаторах и не доводит сеть до состояния перегрузки в процессе определения максимальной доступной соединению доли пропускной способности, что особенно важно для сосуществования потоков данных и мультимедиа. <...> Целью модельного эксперимента, осуществленного в рамках данного исследования, было определить значения таких важнейших характеристик транспортного протокола, как вероятность потери сегментов, средняя длина очереди, эффективность использования пропускной способности канала, показатель равноправия разделения ресурсов, и в сравнении с имеющимися данными по стандартному TCP показать преимущества нового протокола ARTCP. <...> Буферное пространство и пропускная способность (ПС) представляют собой разделяемые ресурсы сети. <...> Если скорость прибытия информации в маршрутизатор превышает максимально возможную скорость ее отправки, то происходит перегрузка сети, выражающаяся в переполнении буферов и потерях информации. <...> Протокол транспортного уровня занимает важнейшее положение в любой сетевой <...>
Моделирование_и_анализ_транспортных_протоколов_в_информационных_сетях_Монография.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова И.В. Алексеев, В.А. Соколов, Д.Ю. Чалый МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОТОКОЛОВ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЯХ Под редакцией В.А. Соколова Ярославль 2004 1
Стр.1
ББК З 973.2 А 47 УДК 004.7.057.4 Рецензенты: кафедра прикладной математики и вычислительной техники Ярославского государственного технического университета; доктор технических наук, профессор В.А. Курчидис. А 47 Алексеев И.В., Соколов В.А., Чалый Д.Ю. Моделирование и анализ транспортных протоколов в информационных сетях: Монография / И.В. Алексеев, В.А. Соколов, Ю.Д. Чалый; Яросл. гос. ун-т. – Ярославль, 2004. – 262 с. ISBN 5-8397-0358-3 В монографии представлен новый вариант транспортного протокола TCP – протокол ARTCP, использующий темпоральные показатели потока в качестве входного параметра для алгоритма управления потоком и сочетающий оконный механизм контроля скорости с диспетчеризацией каждого сегмента. Описана имитационная модель, позволяющая моделировать все компоненты сети, влияющие на функционирование транспортного протокола. Построена формальная расширяемая модель протоколов TCP и ARTCP в терминах раскрашенных сетей Петри и предложены основные методы анализа и верификации этой модели. По данным модельных экспериментов определены важнейшие характеристики ARTCP, а также показано, что ARTCP превосходит TCP по основным показателям. Книга предназначена для специалистов в области информатики, интересующихся вопросами моделирования, анализа и верификации протоколов в телекоммуникационных сетях, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей. ББК З 973.2 А 47 УДК 004.7.057.4 Работа поддержана грантом РФФИ № 03-01-00804. ISBN 5-8397-0358-3 © Ярославский государственный университет, 2004 © И.В. Алексеев, В.А. Соколов, Д.Ю. Чалый, 2004 2
Стр.2
Предисловие Книга посвящена построению и исследованию математических моделей телекоммуникационных транспортных протоколов. В ней представлен новый алгоритм работы сетевых протоколов обмена – ARTCP, позволяющий повысить эффективность работы транспортного протокола в условиях большой загрузки сети с коммутацией пакетов. Это дает возможность проводить оптимизацию, в частности, традиционного Интернет-протокола TCP, которая существенно сглаживает его недостатки. Оригинальность предлагаемой модификации протокола TCP заключается в достижении логического разделения механизмов коррекции ошибок передачи и управления потоком. Поэтому ARTCP не интерпретирует потерю сегмента как признак перегруженности сети. При этом модифицированный протокол остается совместимым с исходным протоколом TCP. Для него дано теоретическое обоснование и проведена экспериментальная проверка. Разработанный алгоритм управления потоком характеризуется рядом существенных отличий от традиционных методов управления потоком протокола TCP, а именно: - скорость отправки ARTCP сегментов в сеть управляется не размером окна передачи (как в TCP), а индивидуальной задержкой каждого сегмента, при этом изменение скорости отправки потока выражается в изменении его скважности (межсегментного временного интервала); - индикатором текущего состояния сети и, соответственно, наступления перегрузки служит не потеря пакета, а изменение скважности потока сегментов, измеряемое получателем, а также изменение времени транзита сегментов, измеряемое отправителем; - функционирование ARTCP не зависит от потока подтверждений для синхронизации отправки новых сегментов в сеть. Таким образом, в ARTCP устранена логическая зависимость алгоритмов коррекции ошибок передачи и управления 3
Стр.3
потоком. Это дает существенные преимущества протоколу ARTCP, особенно в приложениях, где потеря пакета не является индикатором перегрузки – например, в беспроводных сетях. Кроме того, при работе в традиционных сетях алгоритм ARTCP оказывается более эффективным, так как он минимизирует среднюю длину очередей в маршрутизаторах и не доводит сеть до состояния перегрузки в процессе определения максимальной доступной соединению доли пропускной способности, что особенно важно для сосуществования потоков данных и мультимедиа. А отсутствие необходимости в синхронизации по подтверждениям дает также возможность эффективно применять ARTCP для систем с асимметричными каналами. Показано, что трафик, генерируемый протоколом TCP, обладает свойством самоподобия, поэтому единственным способом его исследования является модельный эксперимент, поскольку развитого аналитического аппарата, применимого к самоподобному процессу, на данный момент не существует. Для проведения модельных экспериментов разработана и реализована объектно-ориентированная программная модель сетевой архитектуры, которая моделирует основные свойства сети, определяющие функционирование транспортного протокола, а именно: задержку, мультиплексирование, потери и ошибки передачи. Построенная программная модель позволяет конструировать любую топологию сетевых соединений. Целью модельного эксперимента, осуществленного в рамках данного исследования, было определить значения таких важнейших характеристик транспортного протокола, как вероятность потери сегментов, средняя длина очереди, эффективность использования пропускной способности канала, показатель равноправия разделения ресурсов, и в сравнении с имеющимися данными по стандартному TCP показать преимущества нового протокола ARTCP. Результаты модельного эксперимента позволяют сделать вывод о том, что превосходство ARTCP по отношению к TCP наиболее очевидно для беспроводных систем, однако и в обычных проводных сетях применение ARTCP имеет явные преимущества: меньшая по 4
Стр.4
сравнению с TCP средняя длина очереди и полное отсутствие потерь сегментов. Наряду с исследованием динамических характеристик важной задачей является обоснование корректности работы протоколов. Решение этой задачи предполагает разработку методов построения формальных моделей рассматриваемого класса систем. В данной книге исследуется проблема построения формальных моделей протоколов TCP и ARTCP на основе раскрашенных сетей Петри и предлагается решение задачи верификации этих моделей. Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность Е.А. Тимофееву за постоянный интерес к данной теме, творческое сотрудничество и ценные советы. Мы благодарны нашим коллегам из Центра Интернет Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, в частности, директору Центра А.И. Русакову за внимание и поддержку, руководителю проекта "Региональный кластер научных вычислений" (грант РФФИ № 98-07-90171) М.Н. Захаровой за предоставление возможности осуществлять разработку программной модели и модельный эксперимент, а также всем, кто оказывал нам моральную и техническую помощь. Исследования, лежащие в основе этой книги, были выполнены в рамках проектов "Развитие высокоскоростного сегмента Ярославской региональной опорной сети на основе АТМ технологий" (грант РФФИ № 98-07-90307) и " Разработка новых методов и средств моделирования и анализа процессов обработки информации в распределенных системах" (грант РФФИ № 03-01-00804). 5
Стр.5
Введение Одним из важнейших направлений научнотехнического прогресса в настоящее время являются коммуникационные системы, представляющие собой сети передачи информации. Координацию процессов передачи информации в распределенной системе, каковой является сеть, осуществляют коммуникационные протоколы. Принято разделять коммуникационные протоколы по степени общности задач, решаемых ими, на несколько уровней, упорядоченный набор которых образует сетевую архитектуру. Самой распространенной и универсальной сетевой архитектурой является архитектура TCP/IP [1, 43]. В рамках TCP/IP все системы в сети делятся на конечные системы, между которыми происходит информационный обмен, и промежуточные системы, не являющиеся конечными или исходными точками обмена. Конечные системы называются узлами сети, а промежуточные – маршрутизаторами. Двусторонний поток информации между парой смежных систем в сети обеспечивается каналом, связывающим две системы. Каналы характеризуются скоростью информационного потока (пропускной способностью), задержкой передачи и вероятностью битовых ошибок. В каждой точке подключения маршрутизатора к каналу имеется буфер, в котором организуется очередь данных, ожидающих отправки по этому каналу. Буферное пространство и пропускная способность (ПС) представляют собой разделяемые ресурсы сети. Если скорость прибытия информации в маршрутизатор превышает максимально возможную скорость ее отправки, то происходит перегрузка сети, выражающаяся в переполнении буферов и потерях информации. Протокол транспортного уровня занимает важнейшее положение в любой сетевой архитектуре, в том числе и в TCP/IP, поскольку он обеспечивает надежную и эффективную передачу информации непосредственно между конечными системами сети. Для этого транспортный протокол задает со6
Стр.6