Андреев Антон Александрович. Математические модели, методы и комплекс программ для описания структуры локальной вычислительной сети при неполных исходных данных

brief description

Андреев Антон Александрович. Математические модели, методы и комплекс программ для описания структуры локальной вычислительной сети при неполных исходных данных;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет»], 2021

ФГБОУ ВО Петрозаводский Государственный Университет
На правах рукописи
Андреев Антон Александрович
Математические модели, методы и комплекс программ для
описания структуры локальной вычислительной сети при
неполных исходных данных
Специальность 05.13.18 —
«Математическое моделирование, численные методы
и комплексы программ»
Диссертация на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Шабаев Антон Игоревич
Петрозаводск — 2021 
Оглавление
Стр.
Введение 5
Глава 1. Обзор моделей, методов и инструментов для описания
структуры сети 11
1.1 Обзор предметной области 11
1.1.1 Виртуальные частные сети 14
1.1.2 Источники данных о структуре сети 16
1.2 Задача описания структуры сети 21
1.2.1 Проблемы при автоматизации описания структуры сети . . 23
1.3 Анализ ранее разработанный моделей и методов автоматизации
описания структуры сети 24
1.4 Основные показатели эффективности описания структуры сети . . 39
1.5 Выводы 40
Глава 2. Новый метод моделирования структуры сети для решения
задачи автоматизации описания структуры сети 42
2.1 Требования к модели 42
2.2 Многоуровневые группированные графы 43
2.3 Описание метода моделирования 44
2.3.1 Физический уровень 45
2.3.2 Канальный уровень 46
2.3.3 Сетевой уровень 49
2.3.4 Виртуальные частные сети 52
2.4 Математический аппарат для решения задачи автоматизации
описания структуры сети 55
2.4.1 Достижимость на канальном уровне и ее свойства 55
2.4.2 Характеристика косвенных данных о рёбрах канального
уровня 58
2.4.3 Характеристика косвенных данных о туннельных
соединениях 60
2.5 Выводы 61
Стр.
Глава 3. Алгоритм и численные методы автоматизации описания
структуры сети 63
3.1 Сбор данных о структуре сети 63
3.2 Построение вершин графа сети 65
3.3 Формирование множеств К-достижимости канального уровня сети 66
3.3.1 Численный метод решения задачи восстановления данных
о К-достижимости 67
3.3.2 Исключение некорректных данных 71
3.4 Построение рёбер графа структуры сети 72
3.5 Разрешение неопределённостей в исходных данных о структуре
сети 76
3.5.1 Обнаружение соединений с пограничными устройствами . . 78
3.6 Методы выбора решения при неоднозначности исходных данных . 81
3.7 Общий алгоритм автоматизированного описания структуры сети . . 83
3.8 Оценка вычислительной сложности разработанного алгоритма . . . 83
3.9 Практическая оценка точности разработанных алгоритмов 87
3.9.1 Численный метод восстановления данных о
К-достижимости 88
3.9.2 Алгоритм автоматизированного описания структуры сети . 90
3.10 Выводы 93
Глава 4. Особенности технической реализации и внедрения
программного комплекса автоматизированного описания структуры сети 94
4.1 Спецификация требований к программному комплексу 94
4.2 Описание программного комплекса 96
4.2.1 Компонента Graph 97
4.2.2 Компонента Collector 99
4.2.3 Компонента Creator 101
4.2.4 Компонента Connector 101
4.2.5 Компонента Launcher 102
4.2.6 Компонента Server 103
4.2.7 Графический интерфейс пользователя (компонента Interface) 105
4.3 Метрики программного комплекса 113 
Стр.
4.4 Апробация и внедрение программного комплекса 115
4.5 Сравнение программного комплекса с аналогами 118
4.6 Выводы 121
Заключение 123
Список сокращений и условных обозначений 125
Словарь терминов 128
Список литературы 130
Список рисунков 138
Список таблиц 140
Приложение А. Свидетельства о государственной регистрации
программного комплекса 141
Приложение Б. Акты о внедрении программного комплекса

bibliography

Заключение
Диссертация посвящена исследованию математических моделей и методов авто-матизированного описания структуры коммуникационной инфраструктуры ло-кального поставщика сетевых услуг В рамках исследования была детально проанализирована предметная область и существующие модели и методы ре-шения обозначенной задачи. Анализ позволил установить, что существующие методы имеют ряд существенных недостатков касательно точности решения зада¬чи и возможности описания структур современных сетей. При разработке новых и модификации существующих моделей и методов удалось решить большинство проблем, таких как учёт виртуальных локальных сетей и виртуальных частных сетей, описание структуры сети при возможной неполноте исходных данных, об¬наружение прозрачных устройств.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Предложен и исследован метод математического моделирования струк-туры сети локального поставщика сетевых услуг на физическом, ка-нальном и сетевом уровнях с учётом виртуальных локальных сетей, виртуальных частных сетей, агрегирования каналов.
2. Построена и исследована математическая модель задачи восстановления данных о связях на канальном уровне сети.
3. Разработан численный метод решения задачи восстановления неполных данных о связях на канальном уровне сети.
4. Разработан и исследован численный метод автоматизированного описа-ния структуры сети лПСУ на физическом, канальном и сетевом уровнях при неполных исходных данных.
5. Разработан и апробирован программный комплекс для построения и про¬смотра описания структуры сети на основе предложенных моделей и методов.
Повысить эффективность решения задач сетевого управления удалось за счёт повышения подробности получаемого описания структуры сети и его точ-ности при неполных исходных данных, разнородности сетевого оборудования, присутствии прозрачных устройств. Полученные методы способны работать при полноте данных менее 5% без ограничений на структуру сети (улучшение на 10-45% по сравнению с аналогами).
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [69—83].
Разработанный комплекс программ и методы, лежащие в его основе, успеш¬но апробированы и внедрены в Региональном центре новый информационных технологий Петрозаводского государственного университета. Получены свиде-тельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2017661046 (2017 г) и №2020610141 (2020 г). В молодёжном инновационном конкурсе ПетрГУ «МИК-2017» (Фонд содействия инновациям) проект «Создание программного комплекса автоматизированного построения и визуализации описания структуры сети предприятия» награждён дипломом и грантом