📄Работа №70705
Тема: РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОГО АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ ТРАФИКА ДЛЯ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЕЙ
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Информационные системы
Объем:
70 листов
Год:
2018
Просмотров:
532
4770
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Анализ проблем построения маршрутов в программно-конфигурируемых сетях 7
1.1. Актуальность проблемы построения маршрутов в программно-
конфигурируемых сетей 7
1.2. Общие сведения о программно-конфигурируемых сетях 7
1.2.1. Архитектура программно-конфигурируемых сетей 10
1.2.2. Протокол OpenFlow 15
1.2.3. Сетевые операционные системы в ПКС 16
1.3. Общие сведения о построении путей 19
1.4. Выбор инструментальных средств реализации для реализации
алгоритма, эмуляции сложного сегмента программно-конфигурируемой сети 22
1.4.1. Обзор сетевых ОС 22
1.4.2. Обзор средств для эмуляции программно-конфигурируемой сети26
1.4.3. Обзор сред разработки 30
2. Проектирование и реализация 38
2.1. Проектирование структуры эффективного алгоритма оптимизации трафика 38
2.1.1. Проектирование и реализация алгоритма построения маршрутов на
базе простых структур данных 39
2.1.2. Оптимизация работы алгоритма построения маршрутов на базе
простых структур данных с помощью OpenMP 49
2.1.3. Эмуляция тестовых сегментов сети 50
3. Тестирование и апробация 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Анализ проблем построения маршрутов в программно-конфигурируемых сетях 7
1.1. Актуальность проблемы построения маршрутов в программно-
конфигурируемых сетей 7
1.2. Общие сведения о программно-конфигурируемых сетях 7
1.2.1. Архитектура программно-конфигурируемых сетей 10
1.2.2. Протокол OpenFlow 15
1.2.3. Сетевые операционные системы в ПКС 16
1.3. Общие сведения о построении путей 19
1.4. Выбор инструментальных средств реализации для реализации
алгоритма, эмуляции сложного сегмента программно-конфигурируемой сети 22
1.4.1. Обзор сетевых ОС 22
1.4.2. Обзор средств для эмуляции программно-конфигурируемой сети26
1.4.3. Обзор сред разработки 30
2. Проектирование и реализация 38
2.1. Проектирование структуры эффективного алгоритма оптимизации трафика 38
2.1.1. Проектирование и реализация алгоритма построения маршрутов на
базе простых структур данных 39
2.1.2. Оптимизация работы алгоритма построения маршрутов на базе
простых структур данных с помощью OpenMP 49
2.1.3. Эмуляция тестовых сегментов сети 50
3. Тестирование и апробация 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ
📖 Аннотация
Работа посвящена разработке и реализации эффективного алгоритма оптимизации трафика для программно-конфигурируемых сетей. Актуальность исследования обусловлена экспоненциальным ростом общемирового трафика и усложнением сетевой инфраструктуры, что приводит к значительному увеличению времени создания новых соединений в крупных сегментах сетей с числом передающих устройств более 300. В работе проведен анализ проблем построения маршрутов, выявлены ограничения существующих методов, ориентированных на поиск пути лишь на два шага вперед, что не гарантирует оптимальности. На основе анализа инструментальных средств выбраны среда разработки Eclipse CDT, сетевая операционная система RUNOS и эмулятор Mininet. Разработан оптимизированный алгоритм на базе алгоритма Дейкстры, использующий упрощенные структуры хранения данных и усечение избыточных шагов вычислений в рамках программно-конфигурируемых сетей. Проведена настройка эмулятора и сетевой ОС для взаимодействия с эмулированным сегментом. Апробация алгоритма на эмулированных сегментах различного размера подтвердила его работоспособность и позволила выявить преимущества и недостатки предложенного подхода. Практическая значимость работы заключается в возможности применения разработанного алгоритма для повышения скорости и эффективности маршрутизации в крупных программно-конфигурируемых сетях, что способствует снижению задержек и оптимизации использования сетевых ресурсов.
📖 Введение
В XXI веке постоянный рост подключенных устройств к сети «Интернет» повлёк за собой экспоненциальный рост общемирового трафика. Этот резкий скачок стимулировал развитие новых более быстрых и инновационных компьютерных сетей под названием «Программно- конфигурируемые сети». Новое поколение коммуникационных сетей имело важное преимущество в виде увеличенной пропускной способности каждого передающего устройства, однако главным минусом данных сетей стало время создания нового соединения, она увеличилась в более чем два раза. [4]
Проблемы вызваны сложностью построения маршрутов на крупных сегментах подконтрольных сетей, в которых количество подключенных передающих устройств больше 300 штук.
Теория построения кратчайших путей на графах имеет огромное влияние на современный мир. Благодаря своему широкому спектру предоставляемых возможностей, она в последнее время интенсивно развивается: вместе с улучшением уже разработанных методов изобретаются принципиально новые.
Поиск путей является важной задачей, которую используют в различных областях и сферах. Правильно рассчитанный маршрут, может сэкономить средства на единичную или групповую доставку, большой объём данных будет быстрее доставлен пользователю, искусственный интеллект в компьютерных играх покажет более интересное поведение и маршрут для вашего автомобиля будет построен эффективно с точки зрения затраченного времени на путь.
Проблемой поиском путей начали заниматься ещё в XIX веке. Тогда появилась первая задача по поиску путей - задача Коммивояжёра. Сегодня эта задача является классической для комбинаторики и поиска маршрутов.
Начиная с 1969 года компьютерные сети начали развиваться. Изначально в самой первой сети под название ARPANET было соединено 4 суперкомпьютера того времени. Благодаря этой сети была опробована маршрутизация пакетов с помощью протокола IP, который используется и по сей день. Начиная с 1990 года появилась всемирная паутина, которая соединила между собой самые удалённые уголки мира. [2]
Начиная с 1990 года сложность компьютерных сетей растёт в геометрической прогрессии становясь всё более объёмными и запутанными. В современных компьютерных сетях поиск пути осуществляется на два шага вперёд, потому что полный поиск пути может занять огромное количество времени, однако такой «быстрый» поиск не позволяет всегда построить самый оптимальный и быстрый маршрут [17]. Из-за возросшей сложности современных сетей им на смену разрабатывают программно- конфигурируемые сети суть, которых заключается в том, чтобы вынести логику построения маршрутов из передающих устройств и оставить устройствам только саму передачу данных. Для того, чтобы это реализовать необходимо использовать быстрый и эффективный алгоритм построения маршрута, который будет учитывать нагрузку на каждое отдельное устройство, чтобы добиться максимальной производительности сети.
Актуальность разработки эффективного алгоритма оптимизации трафика для программно-конфигурируемых сетей обусловлена нежеланием части игроков ИТ рынка переходить на новое поколение сетей в связи с большими задержками при создании соединений. Поэтому сейчас очень важно разработать быстрый и эффективный алгоритм для построения маршрута с помощью которого задержки при создании нового соединения существенно снизятся.
Исходя из вышесказанного, целью выпускной квалификационной работы является исследование алгоритмов построения маршрутов, разработка и оптимизация их скорости выполнения для программно-конфигурируемых сетей.
В ходе работы были поставлены следующие задачи:
1) Анализ проблем построения маршрутов в программно- конфигурируемых сетях;
2) Выбор инструментальных средств для реализации алгоритма, эмуляции и тестирования реализованного алгоритма на базе программно- конфигурируемых сетей;
3) Разработка и реализация алгоритма, тестирование на
эмулированном сегменте программно-конфигурируемой сети;
4) Апробация алгоритма;
В 1 главе «Анализ проблем построения маршрутов в программно- конфигурируемых сетях» будет произведён анализ программно- конфигурируемых сетей, их слабые места и недостатки построения маршрутов внутри сложных сегментов сети. Также будет произведено обоснование выбора среды разработки, эмулятора программно-конфигурируемой сети для отладки и сетевой операционной системы.
Во 2 главе «Проектирование и реализация» будет произведено проектирование и реализация алгоритма.
В 3 главе «Апробация алгоритма» приведены данные о результатах проведённых испытаний относительно производительности разработанного алгоритма и сравнения с его аналогами.
В заключении сделан вывод о степени достижения поставленных целей и задач.
Проблемы вызваны сложностью построения маршрутов на крупных сегментах подконтрольных сетей, в которых количество подключенных передающих устройств больше 300 штук.
Теория построения кратчайших путей на графах имеет огромное влияние на современный мир. Благодаря своему широкому спектру предоставляемых возможностей, она в последнее время интенсивно развивается: вместе с улучшением уже разработанных методов изобретаются принципиально новые.
Поиск путей является важной задачей, которую используют в различных областях и сферах. Правильно рассчитанный маршрут, может сэкономить средства на единичную или групповую доставку, большой объём данных будет быстрее доставлен пользователю, искусственный интеллект в компьютерных играх покажет более интересное поведение и маршрут для вашего автомобиля будет построен эффективно с точки зрения затраченного времени на путь.
Проблемой поиском путей начали заниматься ещё в XIX веке. Тогда появилась первая задача по поиску путей - задача Коммивояжёра. Сегодня эта задача является классической для комбинаторики и поиска маршрутов.
Начиная с 1969 года компьютерные сети начали развиваться. Изначально в самой первой сети под название ARPANET было соединено 4 суперкомпьютера того времени. Благодаря этой сети была опробована маршрутизация пакетов с помощью протокола IP, который используется и по сей день. Начиная с 1990 года появилась всемирная паутина, которая соединила между собой самые удалённые уголки мира. [2]
Начиная с 1990 года сложность компьютерных сетей растёт в геометрической прогрессии становясь всё более объёмными и запутанными. В современных компьютерных сетях поиск пути осуществляется на два шага вперёд, потому что полный поиск пути может занять огромное количество времени, однако такой «быстрый» поиск не позволяет всегда построить самый оптимальный и быстрый маршрут [17]. Из-за возросшей сложности современных сетей им на смену разрабатывают программно- конфигурируемые сети суть, которых заключается в том, чтобы вынести логику построения маршрутов из передающих устройств и оставить устройствам только саму передачу данных. Для того, чтобы это реализовать необходимо использовать быстрый и эффективный алгоритм построения маршрута, который будет учитывать нагрузку на каждое отдельное устройство, чтобы добиться максимальной производительности сети.
Актуальность разработки эффективного алгоритма оптимизации трафика для программно-конфигурируемых сетей обусловлена нежеланием части игроков ИТ рынка переходить на новое поколение сетей в связи с большими задержками при создании соединений. Поэтому сейчас очень важно разработать быстрый и эффективный алгоритм для построения маршрута с помощью которого задержки при создании нового соединения существенно снизятся.
Исходя из вышесказанного, целью выпускной квалификационной работы является исследование алгоритмов построения маршрутов, разработка и оптимизация их скорости выполнения для программно-конфигурируемых сетей.
В ходе работы были поставлены следующие задачи:
1) Анализ проблем построения маршрутов в программно- конфигурируемых сетях;
2) Выбор инструментальных средств для реализации алгоритма, эмуляции и тестирования реализованного алгоритма на базе программно- конфигурируемых сетей;
3) Разработка и реализация алгоритма, тестирование на
эмулированном сегменте программно-конфигурируемой сети;
4) Апробация алгоритма;
В 1 главе «Анализ проблем построения маршрутов в программно- конфигурируемых сетях» будет произведён анализ программно- конфигурируемых сетей, их слабые места и недостатки построения маршрутов внутри сложных сегментов сети. Также будет произведено обоснование выбора среды разработки, эмулятора программно-конфигурируемой сети для отладки и сетевой операционной системы.
Во 2 главе «Проектирование и реализация» будет произведено проектирование и реализация алгоритма.
В 3 главе «Апробация алгоритма» приведены данные о результатах проведённых испытаний относительно производительности разработанного алгоритма и сравнения с его аналогами.
В заключении сделан вывод о степени достижения поставленных целей и задач.
✅ Заключение
Целью выпускной квалификационной работы является исследование алгоритмов построения маршрутов, разработка и оптимизация их скорости выполнения для программно-конфигурируемых сетей. Для достижения указанной цели перед работой был поставлен ряд задач.
При решении задачи «Анализ проблем построения маршрутов в программно-конфигурируемых сетях» в работе была изучена проблема, важность и актуальность данного направления. В ходе изучения было установлено, что такая задача является проблемной и её необходимо решать.
При решении задачи «Выбор инструментальных средств для реализации алгоритма, эмуляции и тестирования реализованного алгоритма на базе программно-конфигурируемых сетей» был произведён подробный анализ различных сред для разработки программного обеспечения, сетевых операционных систем для ПКС, различных систем эмуляции. В результате подробного анализа было выявлено, что для использования в работе подходит среда разработки Eclipse CDT, сетевая ОС RUNOS и эмулятор Mininet.
При решении задачи «Разработка и реализация алгоритма, тестирование на эмулированном сегменте программно-конфигурируемой сети» была произведена разработка оптимизированного алгоритма Дейкстры, с помощью упрощённых структур хранения и усечения лишних шагов алгоритма в рамках ПКС. После этого была произведена настройка эмулятора Mininet и настройка RUNOS для взаимодействия с эмулированным сегментом сети, для отладки и тестирования корректности работы.
При решении задачи «Апробация алгоритма» были произведены исследования работоспособности алгоритма на базе эмулированных сегментов сети различного размера, для выявления преимуществ и недостатков разработанного оптимизированного алгоритма.
Таким образом, задачи были решены полностью, цель была достигнута.
При решении задачи «Анализ проблем построения маршрутов в программно-конфигурируемых сетях» в работе была изучена проблема, важность и актуальность данного направления. В ходе изучения было установлено, что такая задача является проблемной и её необходимо решать.
При решении задачи «Выбор инструментальных средств для реализации алгоритма, эмуляции и тестирования реализованного алгоритма на базе программно-конфигурируемых сетей» был произведён подробный анализ различных сред для разработки программного обеспечения, сетевых операционных систем для ПКС, различных систем эмуляции. В результате подробного анализа было выявлено, что для использования в работе подходит среда разработки Eclipse CDT, сетевая ОС RUNOS и эмулятор Mininet.
При решении задачи «Разработка и реализация алгоритма, тестирование на эмулированном сегменте программно-конфигурируемой сети» была произведена разработка оптимизированного алгоритма Дейкстры, с помощью упрощённых структур хранения и усечения лишних шагов алгоритма в рамках ПКС. После этого была произведена настройка эмулятора Mininet и настройка RUNOS для взаимодействия с эмулированным сегментом сети, для отладки и тестирования корректности работы.
При решении задачи «Апробация алгоритма» были произведены исследования работоспособности алгоритма на базе эмулированных сегментов сети различного размера, для выявления преимуществ и недостатков разработанного оптимизированного алгоритма.
Таким образом, задачи были решены полностью, цель была достигнута.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.