Методы построения экономически эффективных региональных компьютерных сетей

Актуальность проблемы.

Необходимость создания национальной компьютерной сети сегодня общепризнанна. Понимание важности этого вопроса нашло отражение в государственных программах развития инфраструктуры информационных сетей в стране, и, благодаря серьезным финансовым вложениям со стороны государства, на сегодня создан ряд сетей магистрального уровня. Примерами таких сетей могут служить опорные сети RUNNet и ШШе^ имеющие точки присутствия в нескольких десятках городов по всей территории России.

В то же время, развитие регионального уровня информационной инфраструктуры значительно отстает от федерального, и это не случайно: количество узлов федеральной йнфраструкторы исчисляется десятками, в то время как на региональном уровне необходимы тысячи узлов. На их создание государственного финансирования не хватает. Ресурсы для построения региональных сетей приходится изыскивать самим регионам.

Конечной целью является построение национальной сети, доступ к которой имеют все, реально в этом нуждающиеся: организации науки И образования, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, администрации и службы различных уровней, всевозможные учреждения и частные лица. После того, как такая сеть будет создана, массовость пользователей обеспечит ее самоокупаемость при доступных ценах. Но путь к этому состоянию лежит через создание развитой сетевой инфраструктуры в регионах, что при использовании стандартных сетевых решений требует серьезных стартовых затрат.

Но в регионах недостаточно ресурсов для того, чтобы развить полномасштабные региональные сети на основе стандартных решений и оборудования, которое по сегодняшним российским меркам оказывается чрезмерно дорогим. Поэтому ак.

6 Введение туальным является поиск альтернативных, экономически эффективных подходов к построению региональных сетей, которые обеспечивали бы как можно более высокий уровень сетевых услуг при стоимости, доступной для действительно широкого круга пользователей.

Таким образом, исследование и разработка методов построения и эксплуатации экономически эффективных региональных сетей является актуальной задачей.

Цели и задачи исследования.

Целью данной работы является исследование и разработка научно обоснованных технических решений, позволяющих создавать экономически эффективные региональные компьютерные сети.

Под региональными сетями здесь понимаются общественные сети областных и районных центров России, размером от 500 до 10,000 подключений. Экономическая эффективность означает возможность создания и эксплуатации сети в условиях малого или полностью отсутствующего внешнего финансирования, за счет средств абонентов сети. При этом стоимость подключения и размер абонентской платы должны быть такими, чтобы услуги сети были доступны всем организациям и частным лицам региона, реально в них нуждающимся, а качество и номенклатура услуг должны соответствовать сегодняшним мировым стандартам.

Для достижения поставленной цели потребовалось решать следующие задачи:

• исследовать существующие методы и технологии построения региональных компьютерных сетей;

• сформировать, опробовать и отладить комплекс технических решений и технологий построения эффективных региональных компьютерных сетей;

• разработать, реализовать и отладить комплекс ПО для маршрутизаторов (ро-утеров), построенных на основе аппаратных средств ряда IBM PC;

• разработать, реализовать и отладить комплекс распределенного сетевого ПО, реализующего административные функции, функции управления, мониторинга, учета использования ресурсов, и поддержки расчетов с абонентами.

Научная новизна работы 7.

Научная новизна работы.

Основные новые научные результаты, полученные автором в данной работе:

• сформирован и проверен практической эксплуатацией комплекс технических решений и технологий для построения эффективных региональных компьютерных сетей;

• разработан, реализован и проверен практической эксплуатацией комплекс ПО на базе ОС Linux для маршрутизаторов, построенных на основе аппаратных средств ряда IBM PC (ПК-роутеров);

• разработан, реализован и проверен практической эксплуатацией комплекс распределенного сетевого ПО, реализующего административные функции, функции управления, мониторинга, учета использования ресурсов и функции расчетов с абонентами.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы обусловлена тем/что она предлагает решение проблемы, актуальной на сегодняшний день для всех регионов России: проблемы построения региональных сетей в условиях резко ограниченного финансирования. Разработанный комплекс технических решений позволяет при относительно небольших затратах построить региональную сеть с техническими характеристиками, соответствующими сегодняшнему мировому уровню, и эксплуатировать ее в режиме самофинансирования, предоставляя услуги широкому кругу организаций и частных лиц по доступным ценам.

Предлагаемая в работе технология ПК-роутеров во многих случаях позволяет эффективно (с низкими затратами и достаточным качеством) решать задачи, возникающие при построении компьютерных сетей. ПК-роутер является необслуживаемым устройством, которое может использоваться как в качестве собственно роутера, так и в качестве моста (Ethernet bridge), беспроводного радиомоста (RadioEthernet bridge), в качестве терминального сервера (модемный пул), в качестве вторичного DNS-сервера, в качестве устройства защиты (firewall), а также.

8 Введение может выполнять некоторые побочные функции (например, dish-router.botik.ru попутно реализует функцию управления наведением спутниковой антенны канала Переел авль—Санкт-Петербург).

Решение задачи статистического учета работы абонентов сети й выставления счетов абонентам (billing) является актуальным при построении любой сети, не имеющей постоянного внешнего финансирования. Единственной свободно доступной системой такого рода, известной автору, является пакет mstat, разработанный АО «Релком» в начале 90-х годов—однако, его функции ограничиваются почтовой статистикой. Поэтому создание свободно доступного пакета, реализующего эти функции, является важным практическим результатом.

Разработанная система автоматизации управления сетью позволяет резко сократить трудозатраты на администрирование сети (конфигурация системы при подключении новых пользователей, открытие/закрытие доступа, смена режимов обслуживания и т. д.) Система позволяет выполнять указанные действия с минимумом трудозатрат и существенно меньшей вероятностью ошибки, чем при ручном конфигурированиив результате работу администратора могут выполнять люди, не имеющие квалификации системного программиста. Необходимость в системе такого рода становится очевидной, как только размер сети становится больше нескольких десятков машин.

Полученный в результате работы опыт, методики и технологии представлены в сети (http://www.botik.ru/tech) и применяются в России и в странах СНГ.

Описанные в работе методы разрабатывались и практически проверялись в региональной сети Переславля-Залесского, системе телекоммуникаций (СТ) «Бо-тйк». Данная региональная сеть построена в условиях резко ограниченного внешнего финансирования на основе разработанных в работе методов, и ее работоспособность и высокие технические характеристики служат доказательством их практической ценности.

Реализация результатов работы 9.

Реализация результатов работы.

Предложенные в работе методы построения региональных компьютерных сетей являются результатом работ, выполняемых автором в Институте Программных Систем РАН и Российском НИИ Региональных проблем начиная с 1994 года.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИПС РАН по теме «Новые телекоммуникационные технологии, их развитие и применение для задач образования и интеграции исследований в области теории управления и искусственного интеллекта» НГР 01.9.70 001 456 и в рамках проекта 2.21 «Создание научно-учебной компьютерной сети Переславль-Залесского региона» Межведомственной программы создания национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы.

Все основные результаты работы опубликованы и являются основой для дальнейших исследований.

Разработанные методы использованы (полностью или частично) при построении следующих сетей:

• СТ «Ботик», г. Переелавль-Залесский (общественная сеть в г. Переславль.

Залесский, объединяющей около 600 компьютеров на 1 апреля 1999 г.);

• некоммерческой сети «Самал», г. Алматы, республика Казахстан.

Разработанная технология выбрана в качестве базовой в программе создания и развития гражданской некоммерческой телекоммуникационной сети Москвы в рамках Информационного проекта Правительства Москвы «XXI век—век созидания и гармонии» .

Доступные в Интернет описания разработанных методов широко используются группами, развивающими региональные сети, что подтверждается статистикой посещений сервера (свыше 7000 посещений в течение 1.5 лет с момента опубликования) и интенсивностью переписки по техническим вопросам по контактному адресу [email protected].

10 Введение.

Апробация работы.

Основные положения диссертации неоднократно докладывались на научных конференциях и семинарах, в частности:

• конференции «Роль информатики в региональном развитии», Переславль-Залесский, октябрь 1996 г.,.

• конференции Ассоциации научных и учебных организаций-пользователей НЕ-ЬАЮЧ, Н. Новгород, декабрь 1997 г.,.

• Всероссийской научно-методической конференции Телематика'98, СПб, июнь 1998 г.,.

• V конференций Ассоциации научных и учебных организаций-пользователей 11ЕЬА1Ш, Самара, июль 1998 г.,.

• конференции «ИНТЕРНЕТ. ОБЩЕСТВО. ЛИЧНОСТЬ» (ИОЛ-99), СПб, февраль 1999 г.

• выставке РАН «Невостребованные возможности отечественной науки-на службу России» в Государственной Думе РФ, Москва, февраль 1999 г.

• семинаре «Методы постоения экономически эффективных региональных компьютерных сетей» ЛВТА ОИЯИ, г. Дубна май 1999 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ [3, 4, 5, 6, 8, 9]. Кроме того, ряд материалов опубликован в сети Интернет [2, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20].

Структура и состав работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, глоссария и приложений.

4.7. Выводы 123.

• разработаны, реализованы и внедрены аппаратно-программные решения автоматического восстановления работоспособности роутера после аппаратного либо программного сбоя;

• разработан и реализован механизм назначения псевдостатических IP-адресов абонентам, работающим в режиме «TCP/IP по коммутируемой модемной линии» ;

• разработаны, реализованы и внедрены аппаратно-программные решения увеличения числа интерфейсов ПК-роутеров за счет каскадирования.

3. Разработан, реализован и проверен практической эксплуатацией комплекс распределенного сетевого ПО, реализующего административные функции, функции управления, мониторинга, учета использования ресурсов и функции расчетов с абонентами:

• система управления сетью, сводящая административные действия подключения, отключения пользователей и расчетов с ними до уровня рутинных операций с минимальными затратами труда операторав отличие от традиционных систем управления сетью, управление производится в терминах открытия/закрытия услуг абонентам, и полностью абстрагировано от структуры сети и других излишних для администратора технических деталей;

• механизмы сбора статистической информации, позволяющие формировать ценовую политику на услуги сети таким образом, чтобы оплата услуг сети пользователями выполняла также функцию механизма отрицательной обратной связи, регулирующей нагрузку на критические ресурсы системы;

• расчетная система, реализующая расчет стоимости услуг сети пользователям, рассылку счетов, ведение лицевых счетов пользователей, и являющаяся необходимым инструментом реализации самоокупаемости сети.

Заключение

.

Данная диссертационная работа посвящена развитию методов построения и эксплуатации экономически эффективных региональных сегментов компьютерных сетей—методов, позволяющих построить региональную сеть при минимальном финансировании, и эксплуатировать ее в режиме самоокупаемости и самофинансирования, при полном отсутствии внешнего финансирования.

В Данной работе получены, и представляются на защиту, следующие основные научные результаты по проблеме построения и эксплуатации экономически эффективных региональных компьютерных сетей.

1. Разработаны методология, комплекс технических решений и технологий для построения эффективных региональных компьютерных сетей. Все технические решения реализованы, внедрены и проверены практической эксплуатацией.

2. Разработан, реализован и проверен практической эксплуатацией комплекс ПО на базе ОС Linux для маршрутизаторов, построенных на основе аппаратных средств ряда IBM PC (ПК-роутеров):

• разработан и реализован режим работы с корневым диском «только на чтение», обеспечивающий устойчивость ПК-роутера к внезапным выключениям и необслуживаемость устройства;

• подобран и отлажен комплекс существующих компонент ПО, реализующих необходимые в региональной сети функции маршрутизатора и ряд дополнительных функций: маршрутизация/фильтрация IP-пакетов, функции моста (Ethernet bridge) и беспроводного радиомоста (RadioEthernet bridge), функции терминального сервера (обслуживание модемного пула), функции вторичного DNS-сервера, функции устройства защиты (firewall), сбор статистики, удаленное управление ПК-роутером с защитой от несанкционированного доступа;