Перевод вычислительной сети предприятия на клиент-серверную архитектуру с помощью программы автоматизации сетевого администрирования

 

Круглов Максим Германович,

магистрант национального исследовательского университета «МЭИ»: Института автоматики и вычислительной техники.

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент

Данилин Геннадий Григорьевич.

 

 Современные тенденции в совершенствовании технологий сетевого адми­нистрирования на предприятии заключается в сведении к минимуму роли че­ловека при администрировании вычислительной сети. Они подразумевают создание программного обеспечения, позволяющего автоматизировать про­цесс управления сетевой инфраструктурой предприятия, например, совмеще­ние контроля защиты, управления пользователями, маршрутизации, резерв­ного копирования информации в случае сбоев и т.д. Администрирование се­ти в этом случае осуществляет программа, настраиваемая сетевым или си­стемным администратором. Такое решение значительно облегчает процесс администрирования, поскольку настройка одной программы намного легче, чем настройка всей вычислительной сети и всех сетевых приложений, необ­ходимых для ее корректной работы.

 В данной статье приводятся результаты исследования сети на основе раз­работанной автором программы автоматизации процесса сетевого админи­стрирования (AutoSKUD) вычислительной сети предприятия ОАО «Рамен­ский приборостроительный завод», которое на сегодняшний день является одним из крупнейших (общая площадь вспомогательных и производствен­ных помещений достигает 100 000 кв. м) и современных предприятий в Рос­сии численностью около 3500 сотрудников, выпускающее сложные навига­ционные приборы и комплексы для авиации. На сегодняшний день одной из наиболее актуальных задач постоянно развивающейся сетевой инфраструк­туры данного предприятия, ставится задача автоматизации сетевого взаимо­действия между двумя независимыми системами:

·                    СКУД (система контроля и управления доступом) предназначенная для автоматизации процесса управления доступом на режимные объекты предприятия.

·                    АСУП (автоматизированная система управления предприятием) ­– ком­плекс программных, технических, информационных средств, предна­значенных для решения задач планирования и управления различными видами деятельности предприятия.

 

Возможности программы AutoSKUD

 

AutoSKUD – это программа сетевого администрирования, разработанная на языке программирования высокого уровня С++ и позволяющая автомати­зировать сетевое взаимодействие между системой контроля и управления до­ступом на режимные объекты предприятия ОАО"РПЗ" (СКУД) и автомати­зированной системой управления предприятием (АСУП).

Основной идеей создания программы AutoSKUD изначально являлась авто­матизированная интеграция данных из СКУД в АСУП, однако после ее реа­лизации и внедрения в работу вычислительной сети данного предприятия, требования к разработанной программе значительно возросли.

На сегодняшний день, при занимаемом объеме памяти жесткого диска в 5 МБ, AutoSKUD позволяет автоматизировать решение следующих задач:

1.                  Автоматическое извлечение необходимых данных из базы данных сер­вера Службы безопасности СКУД и занесение этих данных в соответ­ствующие таблицы базы данных серверов внутренней вычислительной сети.

2.                  Автоматическое обновление «наблюдаемых» программой таблиц баз данных серверов внутренней локальной сети предприятия. Эта задача актуальна в случае перехода сотрудника предприятия с одного подраз­деления завода в другое.

3.                  Автоматическое сканирование соединений сервера службы безопасно­сти с взаимодействующими с ним серверами внутренней вычислитель­ной сети предприятия и подсистемами контроля управления доступом (ПКУД). Через ПКУД данные с контроллеров турникетов передаются в сервер СКУД.

4.                  Автоматическое удаление устаревших записей баз данных всех участ­вующих в данной задаче сетевого администрирования серверов с по­следующей архивацией этих записей на локальном диске сервера службы безопасности. Эта задача позволяет решать проблему с посто­янным переполнением базы данных, как внутренних серверов, так и сервера службы безопасности СКУД.

 Кроме того, данная программа позволяет усовершенствовать программ­ное обеспечение (ПО) СКУД, имеющую среднюю степень защиты от не­санкционированного доступа до СКУД с более расширенным программ­ным функционалом, позволяющим обеспечить высокую степенью защи­ты, исключая затрату каких-либо денежных средств на новое программное и аппаратное обеспечение. Совместно с новым разработанным генерато­ром отчетов программа AutoSKUD значительно сокращает время форми­рования отчетов и улучшает качество работы различных подразделений ОАО «РПЗ», в частности табельного бюро и бухгалтерии. Возможность одной программы автоматизировать комплекс взаимосвязанных между собой сетевых функций, позволяет облегчить для сетевого администрато­ра процесс управления сетью предприятия.

 

Исследование работы программы AutoSKUD совместно с новым генера­тором отчетов MAIN в различных сетевых архитектурах

 

Поскольку стандартный генератор отчетов, предоставляемый системой кон­троля управлением доступа (СКУД) АРМор–201 КС, не применим для ис­пользования на предприятии ОАО «РПЗ» из-за длительного времени постро­ения отчетов на каждого сотрудника данного предприятия (около 4х недель уходит на то, чтобы построить отчет на всех 3500 сотрудников за 1 месяц), то пришлось от данного технологического решения отказаться и разработать новый генератор отчетов _ MAIN.mdb. При этом надо отметить, что макси­мальная загруженность сети при использовании стандартного генератора от­четов АРМор–201 КС составляет 46% от общей пропускной способности се­ти.

Генератор отчетов _MAIN.mdb – программный модуль, предназначенный для построения отчетов различных видов и форм по протоколам работы вы­числительной сети предприятия ОАО «Раменский приборостроительный за­вод». Он представляет собой приложение для СУБД Microsoft Access 2003, которое полностью адаптировано к работе различных подразделений в дан­ном предприятии. Модуль позволяет строить четыре вида отчетов: отчет о событиях по сотрудникам, ежедневный табель сотрудника, список опоздав­ших по подразделению, отчет по событиям на контроллерах.

Основным программным средством, используемым автором статьи для получения экспериментальных результатов, является анализатор сетевых протоколов (сниффер) Wireshark 1.8.3.

Основные достоинства Wireshark – бесплатность, множество поддержива­емых платформ, удобный графический интерфейс, возможность в реальном времени просматривать и вести учет трафика, а также собирать информацию обо всех пакетах, проходящих через сетевую карту.

В таблице 1 приведены характеристики аппаратного и программного обес­печения объектов исследуемой сети.

 

Таблица 1.

Аппаратное и программное обеспечение серверов.

Наименование	CPU	RAM	HDD	ОС	СУБД
Сервер СКУД	Pentium4 Dual-Core 2,8 Ггц	Dual-channel 4 ГБ	500 ГБ	Microsoft Win­dows XP	Access 2000
Файл-сервер S1	Pentium(R) 2.0 Ггц	4 ГБ	200 ГБ (RAID1)	Microsoft Win­dows 2000	Access 2003
Сервер ASUP	Pentium(R) Dual Core E5700 3.2 Ггц	Dual-channel 16 ГБ	1 TБ (RAID1)	Microsoft Win­dows server 2008	SQL Server 2008 Standard
Клиент	Pentium 4 1.8 Ггц	1 ГБ	80 ГБ	Microsoft Win­dows XP	Access 2003

 

Выбор для сервера ASUP в качестве СУБД - SQL Server 2008 Standard, объ­ясняется следующими ее достоинствами:

·                     Высокая производительность.

·                     Интеграция с другими продуктами Microsoft, в частности с Access 2000. Access 2000 может напрямую обращаться к SQL Server, позволяя организовать прозрачное взаимодействие клиент-сервер.

·                     Возможность выполнить восстановление данных (после сбоя или вне­сения неправильных данных) отдельно взятого экземпляра базы дан­ных без его остановки.

·                     Значительно улучшены средства доступа к данным. Для этого перера­ботана и улучшена работа адаптеров .NET Frameworks SQLClient и MDAC (Microsoft Data Access).

 

Проведение вычислительного эксперимента в файл-серверной архи­тектуре сети предприятия

 

В качестве исследования файл-серверной архитектуры вычислительной сети в эксперименте будут участвовать файл-сервер S1, на котором установ­лен генератор отчетов _MAIN.mdb, и 10 клиентских рабочих станций, име­ющих удаленный доступ к данному серверу. На каждой из этих станций устанавливается анализатор сетевых протоколов WireShark 1.8.3. При всем при этом, станции располагаются в различных сетевых сегментах сети пред­приятия.

В определенное время, соответствующее конкретной степени загруженности (малая, средняя, высокая) вычислительной сети производится одновремен­ный запрос на построение отчета через генератор отчетов _MAIN.mdb файл-серверу S1 с 1-10 станций. Параллельно с этим, на одной из станций произ­водится запуск сетевого анализатора Wireshark 1.8.3, и, по завершению по­строения отчета, процесс автоматического перехвата интересующего трафика останавливается. Эксперимент повторяется по мере увеличения числа одно­временно работающих станций на одну клиентскую станцию, до тех пор, по­ка их количество не достигнет десяти машин. Запуск генератора отчетов осуществляется на различных по удаленности узлах сети предприятия. Ре­зультаты вычислений заносятся в таблицу 2. Размер базы данных MAIN.mdb (СУБД Access 2003) = 348,56 МБ (9 месяцев). Максимальная загруженность исследуемой подсети = 81%.

 

Таблица 2.

Результаты работы файл-серверной архитектуры сети.

Загруженность сети	Число кли­ентских станций	Число за­просов серверу	Число ответов сервера	Время обработки запросов сер­вером (сек.)	Время обработки ответов клиентом (сек.)	Скорость передачи данных (Мб/сек.)
Малая загружен­ность сети (могут работать 1-50 станций)	1	59953	618093	24,3	180,9	34,81
	2	67184	746920	29,8	230,6	29,64
	3	103067	890204	34,9	322,9	24,86
	5	99034	933630	42,6	346,9	23,76
	7	82546	1033010	34,7	519,8	17,97
	9	77101	880823	33,9	509,7	16,49
	10	79304	978221	34,1	571,3	15,48
Средняя загру­женность сети (могут работать 1-175 станций)	1	54656	690689	22,9	217,1	30,03
	2	50321	751836	20,1	193,5	32,08
	3	111987	1014906	47,1	526,6	17,98
	5	94854	926001	39,8	472,9	17,33
	7	132204	1032910	55,5	557,6	16,83
	9	139971	1194940	57,4	689,5	14,76
	10	152374	1088624	63,9	756,7	12,64
Высокая загру­женность сети (могут работать 1-350 станций)	1	79344	986699	33,3	352,4	26,24
	2	115910	1033017	48,7	424,8	21,63
	3	78710	762632	33,1	543,7	16,28
	5	117372	1041590	49,3	581,7	15,02
	7	136983	966730	54,9	604,4	14,04
	9	109488	929715	45,9	827,1	10,36
	10	154485	1120802	61,8	838,6	11,79

 

Основными недостатками файл-серверной архитектуры вычислительной сети являются:

·                    Низкий уровень безопасности данных – как с точки зрения хищения и нанесения вреда, так и с точки зрения внесения ошибочных изменений в генератор отчетов MAIN.mdb.

·                    Для сети предприятия ОАО «РПЗ», где с данным генератором отчетов работают порядка 350 рабочих станций, требуется достаточно мощный сервер и постоянное обновление на нем размера базы данных до 250 МБ (срок хранения данных 7-8 месяцев).

·                    Большая нагрузка на вычислительную сеть предприятия, поскольку на всех клиентских компьютерах должна быть установлена копия СУБД, которая выполняет все необходимые функции по обработке данных, постоянно выполняется синхронизация основной базы данных с ее ко­пиями в случае их обновления, существенно повышая сетевой трафик.

·                    Децентрализованное решение проблем целостности и согласованности данных и одновременного доступа к данным. Такое решение снижает надежность приложения.

 

Проведение вычислительного эксперимента в клиент-серверной ар­хитектуре сети предприятия

 

В качестве исследования клиент-серверной архитектуры вычислительной се­ти в эксперименте будут участвовать сервер ASUP, с развернутой на нем ба­зой данных main.mdf и 10 клиентских рабочих станций, на каждой из кото­рых установлен генератор отчетов _MAIN.mdb. Удаленное взаимодействие между данным сервером и клиентским приложением(_MAIN.mdb) каждой станции осуществляется посредством программного интерфейса (API) досту­па к базам данных ODBC. При всем при этом, станции располагаются в различных сетевых сегментах сети пред­приятия.

ODBC – это программный интерфейс для доступа к данным, использующий язык SQL. Основной средой функционирования ODBC считается Windows, хотя существуют реализации ODBC для других операционных систем – OS/2, Unix, MacOS и др.

К основным преимуществам ODBC API следует отнести высокую скорость работы, гибкость, переносимость исходного кода, наличие тесной связи с языком С/С++.

Принцип проведения эксперимента в клиент-серверной архитектуре вы­числительной сети аналогичен принципу проведения эксперимента в файл-серверной архитектуре за исключением использования сервера ASUP вместо файл-сервера. Результаты данного вычислительного эксперимента приведе­ны в таблице 3. Размер базы данных main.mdf (СУБД MS SQL 2005) = 1759 МБ (2 года). Максимальная загруженность исследуемой сети = 8% (при высокой загру­женности сети)

 

Таблица 3.

Результаты работы клиент-серверной архитектуры сети.

Загруженность сети	Число клиентских станций	Число запросов серверу	Число ответов сервера	Время обработки запросов сервером (мсек.)	Время обработки ответов клиентом (мсек.)	Скорость передачи данных (Мб/сек.)
Малая (1-50 станций)	3	391	716	13,6	6378,4	1,31
	5	366	715	13,6	7042,4	1,16
	10	293	703	13,4	8476,6	1,03
Средняя (1-250 станций)	3	323	705	13,4	9122,6	0,97
	5	313	704	13,4	11394,6	0,74
	10	327	726	13,8	11694,2	0,73
Высокая (1-500 станций)	3	322	723	13,2	12324,7	0,92
	5	317	718	13,2	12758,4	0,69
	10	334	746	13,2	13010,3	0,68

Примечание: база данных main.mdf образована с помощью стандартной процедуры преобразования базы данных из формата access в формат SQL server, предоставляемой СУБД Access 2003.

 

Сравнивая результаты таблицы 2 с результатами таблицы 3, которые были получены в ходе проведения экспери­мента в вычислительной сети предприятия ОАО «Раменский прибо­ростроительный завод», можно сделать вывод о том, что архитектура органи­зации вычислительной сети «клиент-сервер» позволяет устранить все недо­статки файл-серверной архитектуры. Кроме того, она позволяет оптималь­ным образом распределить вычислительную нагрузку между клиентом и сер­вером, что также влияет на многие характеристики системы: стоимость, про­изводительность, поддержку.

В архитектуре «клиент-сервер» сервер базы данных не только обеспечи­вает доступ к общим данным, но и берет на себя всю обработку этих данных. Клиент посылает на сервер запросы на чтение или изменение данных, кото­рые формулируются на языке SQL. Сервер сам выполняет все необходимые изменения или выборки, контролируя при этом целостность и согласован­ность данных, и результаты в виде набора записей или кода возврата посыла­ет на компьютер клиента.

 

Выводы

 

Сравнения результатов экспериментов между двумя сетевыми архитектурами позволяют выявить существенные преимущества программы AutoSKUD и разработан­ного на ее основе генератора отчетов по сравнению с существующим техно­логическим решением предоставляемым АРМор-201КС:

1.                  Объединение СКУД с АСУП, что позволяет использовать данные сер­вера службы безопасности в различных задачах внутренней сети пред­приятия.

2.                  Адаптация нового генератора отчетов в работе различных подразделе­ний предприятия.

3.                  Своевременность передачи данных по сети предприятия. Время по­строения отчета по одному сотруднику с 5 минут сократилось до 6-8 секунд.

4.                  Модификация СКУД 2-го класса функциональности, имеющую сред­нюю степень защиты от несанкционированного доступа в СКУД 3-его класса, обладающей высокой степенью защиты, исключая затрату де­нежных средств на новое программное и аппаратное обеспечение.

 

Литература

 

1.                  Олифер В.Г., Олифер Н.А. Средства анализа и оптимизации локальных сетей. М.: Мир, 2011.

2.                  Сетевое администрирование http://inftis.narod.ru/adm/ais-n4.htm.

3.                  Система управления доступом АРМор-201КС. http://www.confident.ru/.

 

Поступила в редакцию 08.05.2013 г.