11.1. Рутинные объектно-ориентированные задачи Of his quick objects hath the mind no part, Nor his own vision holds what it doth catch… Вильям Шекспир. Сонет 113 Если вы вообще не знакомы с ООП, то эта глава вас ничему не научит. А если вы понимаете, что такое ООП в языке Ruby, то, наверное, ее и читать не стоит.

Объектно-ориентированное программирование и VBA В результате своей эволюции Visual Basic превратился в (почти) объектно-ориентированный язык программирования. Хотя освоение приемов работы с объектами и представляет некоторую трудность в начале знакомства с VBA, ожидаемая

Глава 12. Объектно-ориентированное программирование. В этой главе...~ Концептуализация объектов~ Понимание свойств, методов и событий - главных компонентов VBA-объектов~ Работа с объектными моделями~ Использование форм как объектов~ Выяснение и установка свойств объектов~

Объектно-ориентированное программирование Абстракция, наследование, полиморфизм, инкапсуляцияГоворя об ООП (объектно-ориентированном программировании), нельзя обойти стороной эти четыре базовых понятия. Поэтому ниже будет приведено их краткое описание.Абстракция –

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА JAVA 7. КЛАССЫ Базовым элементом объектно-ориентированного программирования в языке Java является класс. В этой главе Вы научитесь создавать и расширять свои собственные классы, работать с экземплярами этих классов. Напомним,

2.4. Объектно-ориентированный подход Вспомним спецификацию нашего массива в предыдущем разделе. Мы говорили о том, что некоторым пользователям может понадобиться упорядоченный массив, в то время как большинство, скорее всего, удовлетворится и неупорядоченным. Если

Процедурно-ориентированное программирование В части II были представлены базовые компоненты языка С++: встроенные типы данных (int и double), типы классов (string и vector) и операции, которые можно совершать над данными. В части III мы увидим, как из этих компонентов строятся

V. Объектно-ориентированное программирование Объектно-ориентированное программирование расширяет объектное программирование, вводя отношения тип-подтип с помощью механизма, именуемого наследованием. Вместо того чтобы заново реализовывать общие свойства, класс

17.1.1. Объектно-ориентированное проектирование Из чего складывается объектно-ориентированное проектирование четырех рассмотренных выше видов запросов? Как решаются проблемы их внутреннего представления?С помощью наследования можно определить взаимосвязи между

Учебное пособие содержит: краткое изложение языка UML - той его части, которая может быть использована как основа языка моделирования сложных динамических систем; описание и возможности предлагаемого авторами нового языка моделирования на базе гибридных автоматов, являющегося расширением UML; исторический обзор и примеры различных подходов к конструированию инструментов моделирования; объектно-ориентированный анализ сложных динамических систем. Книга является второй из трех книг, объединенных общим названием Моделирование систем.

Необходимость в унифицированном языке описания моделей.
Традиционная технология проектирования сложных систем, не предполагающая предварительного компьютерного моделирования, включает в себя следующие основные этапы: формулировку требований к будущей системе, разработку на их основе проектной документации, создание опытного образца, его испытание на соответствие требованиям и сопровождение промышленного образца.

В идеальном случае полная функциональная спецификация, разработанная системными аналитиками или автоматически с помощью компьютерных технологий, уже является проектным решением, остается малое - построить физическую модель по этой спецификации, которая и будет проектируемой системой. К сожалению, это не так. Создание реальной системы, соответствующей разработанным функциональным спецификациям, требует творческих, не формализуемых инженерных решений и ручного труда.

Даже, казалось бы, полностью формализованная "мягкая часть" современных технических систем - встроенное программное обеспечение - чаще всего выполняется на специальных встроенных ЭВМ или микропроцессорах с особыми каналами обмена, специальными операционными системами и другими особенностями, предполагающими "ручную" доводку разработанного программного обеспечения. Без этого "ручного", плохо формализуемого, этапа трудно обеспечить специальные требования надежной работы системы при заданных температурах, вибрациях, перегрузках, уровнях излучения, ограничениях на объем и вес. В главе 5 обсуждаются условия, при которых возможна автоматическая генерация встроенного программного обеспечения но функциональной спецификации, и эти условия оказываются еще очень далекими от сегодняшних реалий.

Оглавление
Оглавление
Предисловие
Глава 1. Объектно-ориентированный подход к моделированию
Необходимость в унифицированном языке описания моделей
Классы, экземпляры и многокомпонентные системы
Использование UML на начальной стадии проектирования
Диаграммы классов
Атрибуты
Поведение
Операции и методы
Абстрактные и конкретные классы. Интерфейсы
Классы и отношения
Ассоциация
Обобщение
Агрегация
Наследование
Полиморфизм
Поведение. Диаграммы состояний
Структурированные классификаторы
Компоненты
События и сигналы
Пакеты
Модель
Глава 2. Объектно-ориентированное моделирование сложных динамических систем на основе формализма гибридного автомата
Активный класс и активный динамический объект
Пакеты и модель
Использование пассивных объектов
Переменные
Типы данных
Скалярные типы
Вещественный тип
Целые типы
Булев тип
Перечислимые типы
Символьные типы
Регулярные типы
Векторы
Матрицы
Массивы
Списки
Комбинированный тип (запись)
Явно определяемые типы
Сигналы
Автоматическое приведение типов
Система уравнений
Карта поведения
Состояния
Переходы
Структурная схема
Объекты
Связи
Регулярные структуры
Наследование классов
Добавление новых элементов описания
Переопределение унаследованных элементов
Полиморфизм
Параметризованные классы
Глава 3. Моделирование гибридных систем и объектно-ориентированный подход в различных пакетах
Моделирование гибридных систем в инструментальных средствах для "больших" ЭВМ
Язык SLAM II
Язык НЕДИС
Гибридные модели в современных инструментах моделирования
Моделирование гибридных систем в пакете Simulink ("блочное моделирование")
Моделирование гибридных систем на языке Modelica ("физическое моделирование")
Гибридное направление
Языки объектно-ориентированного моделирования
Simula-67 и НЕДИС
ObjectMath
Omola
Modelica
Инструменты "блочного моделирования"
Анализ существующих языков ООМ применительно к моделированию сложных динамических систем
Глава 4. Многообъектные модели
Глава 5. Объектно-ориентированное моделирование и объектно-ориентированный анализ
Сложная техническая система
Объектно-ориентированный анализ при разработке сложных технических систем
Объектно-ориентированное моделирование на последующих этапах разработки и сопровождения сложной технической системы
Системно-аналитическая модель как основа "сквозной" технологии проектирования
Литература
Дополнительная литература к главе 1
Дополнительная литература к главе 2
Дополнительная литература к главе 3
Дополнительная литература к главе 4
Дополнительная литература к главе 5
Предметный указатель.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Моделирование систем, Объектно-ориентированный подход, Колесов Ю., Сениченков Ю., 2012 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

Понятие объектно- ориентированного подхода (ООП) ООП ООП – подход, использующий объектную декомпозицию В ООП статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними Динамическая структура объекта описывается в терминах обмена сообщениями между объектами От структурного подхода ООП отличает способ декомпозиции системы

Объект Объект – осязаемая реальность, имеющая четко определенное поведение. Объект обладает состоянием, поведением, индивидуальностью Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс => Объект = экземпляр класса Объект = экземпляр класса"> Объект = экземпляр класса"> Объект = экземпляр класса" title="Объект Объект – осязаемая реальность, имеющая четко определенное поведение. Объект обладает состоянием, поведением, индивидуальностью Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс => Объект = экземпляр класса"> title="Объект Объект – осязаемая реальность, имеющая четко определенное поведение. Объект обладает состоянием, поведением, индивидуальностью Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс => Объект = экземпляр класса">

Свойства объекта Состояние объекта – перечень всех возможных (статических) свойств объекта и текущими (динамическими) значениями каждого из этих свойств Поведение – воздействие объекта на другой объект и наоборот, а также относительное изменение состояний этих объектов и передачу сообщений между ними Индивидуальность – это свойство объекта, отличающее его от других объектов

Различие между классом и объектом Множество объектов со схожими свойствами (состояние, поведение, индивидуальность) = КЛАСС => Каждый объект = экземпляр класса Каждый объект = экземпляр класса"> Каждый объект = экземпляр класса"> Каждый объект = экземпляр класса" title="Различие между классом и объектом Множество объектов со схожими свойствами (состояние, поведение, индивидуальность) = КЛАСС => Каждый объект = экземпляр класса"> title="Различие между классом и объектом Множество объектов со схожими свойствами (состояние, поведение, индивидуальность) = КЛАСС => Каждый объект = экземпляр класса">

Иерархия классов: Родительский класс обладает фи" title="Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фи" class="link_thumb"> 7 Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фиксированным набором свойств => производный от него класс содержит тот же набор свойств + дополнительные свойства, характеризующие его уникальность иерархия классов: Родительский класс обладает фи"> иерархия классов: Родительский класс обладает фиксированным набором свойств => производный от него класс содержит тот же набор свойств + дополнительные свойства, характеризующие его уникальность"> иерархия классов: Родительский класс обладает фи" title="Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фи"> title="Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фи">

Принципы ООП. Инкапсуляция Инкапсуляция – это сокрытие отдельных деталей внутреннего устройства классов от внешних по отношению к нему объектов или пользователей. Инкапсуляция ведет свое происхождение от деления модулей на 2 части: интерфейс и реализация.

Принципы ООП. Полиморфизм Полиморфизм (греч. poly – много, morfos – форма) - это свойство некоторых объектов принимать различные внешние формы в зависимости от обстоятельств. Действия, выполняемые одноименными методами, могут отличаться в зависимости от того, к какому из классов относится тот или иной метод.

Другие принципы ООП Типизация – ограничения, накладываемые на класс объектов и препятствующие взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающие эту возможность). Параллелизм – это свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные или пассивные состояния между собой. Устойчивость – свойство объекта существовать во времени (вне зависимости от процесса, породившего данный объект) и/ или пространстве (при перемещении объекта из пространства, в котором он был создан).

Универсальный язык моделирования UML. Предыстория В начале 90-х гг. 20 века – создание новых объектно-ориентированных языков программирования (Smalltalk, C++, Java) Разработано огромное количество методов проектирования объектно-ориентированного ПО Результат – разработка UML, с целью объединения достоинств различных подходов в один независимый от производителей язык моделирования.

Универсальный язык моделирования UML UML – Unified Modeling Language – унифицированный язык моделирования, который предназначен для визуализации и документирования объектно-ориентированных систем и бизнес-процессов с ориентацией на их последующую реализацию в виде программного обеспечения.

Универсальный язык моделирования UML Авторы – Гради Буч (G. Booch), Джим Румбах (или Рамбо, D. Rumbaugh), Айвар Джекобсон (I. Jacobson). Первая версия языка появилась в 1996 г. В настоящее время все вопросы дальнейшей разработки UML сконцентрированы в рамках консорциума OMG. В 2004 г. – UML 2.0.

Диаграммы UML UML включает в себя 8 типов диаграмм: 1) диаграммы вариантов использования; 2) диаграммы классов; 3) диаграммы состояний; 4) диаграммы деятельности; 5) диаграммы кооперации; 6) диаграммы последовательности; 7) диаграммы компонентов; 8) диаграммы развертывания. Диаграммы взаимодействия Диаграммы реализации

Некоторые программные продукты (UML tools) IBM Rational Software Architect (IBM) IBM Rational Rose (IBM) ARIS UML Designer (IDS Sheer) Enterprise Architect (SPARX Software) Altova Umodel KUml, Dia, PowerDesigner И т.д. Подробнее:

Задание Самостоятельно изучить статью «UML basics: An introduction to the Unified Modeling Language»: /library/769.html?S_TACT=105AGX15&S_ CMP=EDU

Языки объектно-ориентированного моделирования стали появляться между серединой 1970-х и концом 1980-х годов, когда началась разработка подходов к объектно-ориентированному анализу и проектированию (ООАП) систем. К середине 1990-х годов некоторые из методов были существенно улучшены. Известными в этот период становятся: метод Гради Буча (Grady Booch - Воосh"93); метод Джеймса Румбаха (James Rumbaugh - Object Modeling Technique); метод Айвара Джекобсона (IvarJacobson- Object Orienter Software Engineering).

История языка UML (Unified Modeling Language) берет начало с октября 1994 года, когда Буч и Румбах из Rational Software Согрогаtion начали работу по |унификации своих методов. Проект так называемого унифицированного метода версии 0.8 был подготовлен и опубликован в ноябре 1995 года. Осенью того же года к ним присоединился Джекобсон, главный технолог из компании ObjectoryАВ (Швеция), с целью интеграции своего метода ООSЕ с двумя предыдущими.

В этот период поддержка разработки языка UML становится одной из целей консорциума OMG (Object Management Group) – образован в 1989 году. Язык UML приобретает статус второго стратегического направления в работе OMG. Усилия Г. Буча, Дж. Румбаха и А. Джекобсона привели к появлению документов, содержащих описание собственно языка UML версии 0.9 (1996 г.)

Rational Software Согрогаtion вместе с несколькими организациями, изъявили желание выделить ресурсы для разработки строгого определения языка UML, учредила консорциум партнеров UML В январе 1997 года опубликован документ с описанием языка UML 1.0.

Из более чем 800 компаний и организаций, входящих в настоящее время в состав консорциума OMG, особую роль продолжает играть Rational Software Согрогаtion, которая стояла у истоков разработки языка UML. Эта компания разработала и выпустила в продажу одно из первых инструментальных СА8Е-средств Rational! Rose 98, в котором была реализована нотация различных диаграмм языка UML. В феврале 2003 г. компания Rational Software Согрогаtion была приобретена IBM, и с этого момента она имеет официальное название IBM Rational Software.

В настоящее время все вопросы дальнейшей разработки языка UML скон­центрированы в рамках консорциума OMG. Соответствующая группа специалистов обеспечивает публикацию материалов, содержащих описание последующих версий языка UML. Очередной этап развития данного языка закончился в марте 1999 года, когда консорциумом OMG было опубликовано описание языка UML 1.3. Следующей версией языка UML стала версия 1.5, специфицированная в марте 2003 г. В 2004 г. вышла версия UML 2.0.

На основе технологии UML компании Microsoft, Rational Software и другие поставщики средств разработки программных систем разработали единую информационную модель, которая получила название UML Information Model. Предполагается, что эта модель даст возможность различным программам, поддерживающим идеологию UML, обмениваться между собой компонентами и описаниями.

UML представляет собой общецелевой язык визуального моделирования, который разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Он является простым и мощным средством моделирования, который может быть эффективно использован для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем самого различного целевого назначения. Этот язык вобрал в себя наилучшие качества и опыт методов программной инженерии, которые с успехом использовались на протяжении последних лет при моделировании больших и сложных систем.

В рамках языка UML все представления о модели сложной системы фиксируются в виде специальных графических конструкций, получивших название диаграмм. В терминах языка UML определены следующие виды диаграмм:

диаграмма вариантов использования (use case diagram)

диаграмма классов (class diagram)

диаграммы поведения (behaviorг diagrams)

диаграммы взаимодействия (interaction diagrams)

диаграмма кооперации (collaboration diagram)

диаграмма последовательности (sequence diagram)

диаграмма состояний (statechart diagram)

диаграмма деятельности (activity diagram)

диаграммы реализации (implementation diagrams)

диаграмма компонентов (component diagram)

диаграмма развертывания (deployment diagram)

Из перечисленных диаграмм некоторые служат для обозначения двух и более других подвидов диаграмм. При этом в качестве самостоятельных представлений в языке UML используются следующие диаграммы.

Диаграмма вариантов использования – функциональное назначение системы

Диаграмма классов – статическая структура модели системы в терминологии классов ООП

Диаграмма кооперации – структурный аспект взаимодействия объектов системы через передачу и прием сообщений

Диаграмма последовательности – временной аспект взаимодействия объектов системы

Диаграмма состояний – описание поведения системы в терминах переходов и состояний

Диаграмма деятельности – моделирование процесса выполнения операций (частный случай диаграммы состояний)

Диаграмма компонентов – описание физического представления системы, определяющее ее архитектуру (первая из двух диаграмм реализации)

Диаграмма развертывания – представление общей конфигурации и топологии распределенной системы (вторая из двух диаграмм реализации)

Перечень этих диаграмм и их названия являются каноническими в том смыс­ле, что представляют собой неотъемлемую часть графической нотации языка UML. Более того, процесс ООАП неразрывно связан с процессом построения этих диаграмм. При этом совокупность построенных таким образом диаграмм является самодостаточной в том смысле, что в них содержится вся информация, которая необходима для реализации проекта сложной системы.

Каждая из этих диаграмм детализирует и конкретизирует различные представления о модели сложной системы в терминах языка UML. При этом диаграмма вариантов использования представляет собой наиболее общую концептуальную модель сложной системы, которая является исходной для построения всех остальных диаграмм. Диаграмма классов является, по своей, сути, логической моделью, отражающей статические аспекты структурного построения сложной системы.

Диаграммы поведения также являются разновидностями логической модели, которые отражают динамические аспекты функционирования сложной системы. И, наконец, диаграммы реализации служат для представления физических компонентов сложной системы и поэтому относятся к ее физической модели.

Михаил Васильев, Игорь Хомков, Сергей Шаповаленко

Практически на всех стадиях жизненного цикла информационных систем (ИС) - как проектирования, когда закладываются основные характеристики системы, так и сопровождения и управления уже построенной ИС - возникает немало вопросов, имеющих первостепенное значение. Будет ли данная архитектура ИС удовлетворять растущим потребностям? Какие узкие места требуют наиболее пристального внимания? Какие инвестиции необходимы для того, чтобы ИС сохранила рабочее состояние через год?.. три года?.. пять лет? Какова эффективность используемой ИС?

Ответить на все эти вопросы отнюдь не легко. Еще труднее ответить на них правильно. Анализ корпоративной информационной системы на любом этапе ее существования - сложное дело.

Можно сказать, что сложность корпоративных информационных систем является не случайным, а скорее необходимым их свойством. Оно определяется рядом причин, среди которых можно назвать следующие:

Сложность решаемой задачи;

Сложность разработки ИС;

Сложность обеспечения таких параметров, как адекватность, масштабируемость, надежность, экономическая эффективность и безопасность;

Сложность описания отдельных подсистем ИС.

Объективные оценки может дать применение технологий моделирования. Построение модели, ее анализ и получение ответов на вопросы “что будет, если...?” позволяют спрогнозировать поведение ИС в различных ситуациях. Наиболее часто применяются стендовое макетирование и построение компьютерных моделей ИС.

В настоящее время на рынке инструментов моделирования информационных систем определились три лидера. Это американские компании MIL3 (система моделирования OPNET), Make Systems (система NetMaker XA) и CACI Products Company (система COMNET). На рис. 1 приведено главное окно системы OPNET. (В PC Week/RE, № 34/98, с. 36 на рис. 2 приведено окно графического представления результатов в системе OPNET.) Остановимся на одной из этих систем и на подходе, в ней реализованном, подробнее.

Технология моделирования ИС c использованием COMNET III

Очевидный путь моделирования сложных систем состоит в их декомпозиции по древнему принципу Divide et impera (Разделяй и властвуй. - Лат.). Иерархическое представление сложных ИС в виде набора связанных подсистем является ключом к раскрытию ситуации. Полученные в результате такой декомпозиции подсистемы могут быть в свою очередь разделены на подсистемы следующего уровня иерархии и так до бесконечности. Именно возможность декомпозиции сложных систем позволяет нам создавать их модели. Однако на этом пути крайне важно уметь вовремя остановиться.

Конечная стадия процесса декомпозиции определяется низшим уровнем абстракции, применяемым в каждой конкретной модели. Чрезмерно детальное дробление может привести к результату, прямо противоположному ожидаемому: вместо упрощения моделируемой системы можно прийти к ее усложнению, к тому, что называется “за деревьями не видно леса”. Таким образом, правильно выбранный уровень абстрагирования крайне важен для успешного моделирования.

Следующим шагом, облегчающим моделирование сложных систем, является обнаружение и выделение общих абстракций. Предположим, что мы уже выполнили декомпозицию моделируемой ИС и получили некую иерархию сущностей. Так, например, маршрутизатор Cisco 7500 и компьютер NS7000, снабженный несколькими сетевыми платами и выполняющий программную маршрутизацию, могут быть рассмотрены и как два совершенно разных объекта, и как два объекта, принадлежащие к одному и тому же классу маршрутизаторов. Декомпозиция системы с помощью метафоры классов в сочетании с корректно выбранным уровнем абстракции позволяет радикально упростить построение модели ИС.

Рис. 1. Главное окно системы OPNET

Обычно рассматривается два основных вида декомпозиции: алгоритмическая, разделяющая исследуемую систему по ее активным началам, т. е. протекающим в ней процессам в определенном порядке, и объектно-ориентированная, позволяющая разделить исследуемую систему на классы однотипных абстракций. Оба типа декомпозиции нашли свое применение в COMNET III.

Подход к построению моделей в COMNET III может быть представлен в виде стандартной последовательности шагов:

Описание топологии ИС и определение параметров оборудования;

Описание источников трафика и их поведения, описание загрузки сети;

Определение сценария моделирования.

Определение топологии ИС и связей источников трафика с узлами топологии представляет идеальное поле для применения объектно-ориентированной декомпозиции. Для описания поведения источников трафика и изменений загрузки сети во времени необходима алгоритмическая декомпозиция.

Как уже говорилось, граничные условия для декомпозиции ИС зависят от требуемого уровня абстракции. Абстрагирование позволяет разработчику, создающему проект ИС, или системному администратору, осуществляющему ее сопровождение, отделить наиболее существенные особенности ее поведения от того, как именно они реализуются. “Хорошей является такая абстракция, при которой подчеркиваются существенные для рассмотрения и использования детали и опускаются те, которые на данный момент несущественны или отвлекают внимание”*1. Так, в одной ситуации при описании компьютера достаточно определить его как источник трафика, не вдаваясь в подробное описание архитектуры, в другой же может потребоваться детальное рассмотрение таких его характеристик, как, скажем, количество процессоров и параметров дисковой подсистемы.

*1. Shaw M. Abstraction Techniquest in Modern Programming Languages. - IEEE Software, Oct. 1984, v. 1(4), p.10.

В системе COMNET полностью применим объектно-ориентированный метод декомпозиции, что позволяет существенно сократить сроки моделирования и сделать его процесс интуитивно-понятным, четко коррелирующим с реальной системой. Модель создается из объектов, своего рода “строительных блоков”, знакомых пользователю из опыта реальной жизни. С системой COMNET поставляется большая библиотека таких объектов - моделей реального сетевого оборудования и методов доступа к среде. Рассмотрим подробнее объектную модель COMNET (рис. 2).

Рис. 2. Базовая библиотека классов COMNET III

Объекты в этой системе могут быть разделены на два класса: используемые, во-первых, для описания топологии и, во-вторых, для описания трафика и характеристик загрузки сети. Базовый экран COMNET III с набором библиотечных классов приведен на рис. 3.

Рис. 3. Основной экран системы COMNET

Описание топологии в COMNET III

Такие основные понятия топологии в системе COMNET III, как узлы, соединения, дуги, были описаны в PC Week/RE, № 34/98, с. 34.

Кроме узлов, соединений и дуг для описания иерархических топологий и моделирования независимых маршрутизируемых доменов в систему COMNET включен еще один дополнительный класс, объекты которого также могут располагаться в вершинах графа, - подсеть (subnet).

Использование механизма наследования, в том числе множественного, расширяет круг используемых классов.

Класс узлов наследуют четыре новых класса.

Класс “Компьютер и узел связи” (C&C Node, Computer and Communications Node)

Эти объекты могут служить источниками или приемниками трафика, а также применяются для моделирования сложных программных систем, учитывающих загрузку процессора и дисковых подсистем. Узлы ИС, описанные с помощью C&C Node, могут быть использованы и для моделирования программных маршрутизаторов.

Класс “Группа компьютеров” (Computer Group Node)

Объект можно использовать только для моделирования компьютерных систем, так как их функциональность включает в себя лишь источник и приемник трафика. Как правило, с его помощью описываются группы компьютеров, имеющих идентичное поведение.

Класс “Маршрутизатор” (Router Node)

Объекты этого типа применяются для моделирования аппаратных маршрутизаторов. Так же как и C&C Node, Router Node может выступать и источником, и приемником трафика, выполнять приложения, использующие аппаратные ресурсы узла (процессоры, дисковые подсистемы). Для более детального описания аппаратной реализации моделируемых объектов введен ряд дополнительных свойств, таких, как наличие и параметры внутренней шины, что позволяет моделировать внутреннее прохождение трафика между входными и выходными портами объекта.

Класс “Коммутатор” (Switch Node)

Объекты типа Switch Node, обладая возможностью маршрутизации, служат для моделирования коммутаторов, затрачивающих на передачу трафика между внутренними портами ничтожно малое время. Однако эти объекты, в отличие от трех предыдущих, не могут быть использованы ни как источник, ни как приемник трафика.

Объекты классов C&C Node, Computer Group Node и Router node для моделирования сложных программных систем включают репозиторий команд, использующих такие уже упомянутые свойства объектов, как характеристики дисковой подсистемы. В постоянно обновляющуюся библиотеку объектов различных классов, входящих в состав COMNET, включен широкий спектр моделей реально существующих аппаратных устройств.

Объект link наследует два новых объекта.

Класс “Соединение точка - точка” (Point-to-Point Link)

Этот класс используется для описания каналов между двумя узлами. Примером таких соединений могут быть выделенные линии, связывающие маршрутизаторы в глобальных сетях или соединения в сетях с коммутацией каналов.

Класс “Множественный доступ” (Multiaccess link)

Полем для применения этого класса являются ситуации, когда несколько узлов имеют доступ к одной среде передачи данных. В свою очередь, этот объект наследуется рядом новых объектов, описывающих конкретные факты реализации метода доступа к среде, такие, как Carrier Detection, Token Passing, SONET и т. п. (см. рис. 2).

До сих пор мы рассматривали случаи, когда родительский объект наследуется одним объектом-потомком. Однако объектно-ориентированный подход предусматривает и более сложные ситуации с множественным наследованием. Эта форма наследования также применима в системе COMNET. Здесь множественное наследование использовано при создании объектов таких важных классов, как Транзитная сеть (Transit Network) и “Облако” (WAN Cloud).

Оба класса являются наследниками двух родительских классов - Subnet и Link. Форма наследования изображена на рис. 2. Рассмотрим этот вариант подробнее.

Класс “Подсеть” (Subnet)

Исключительно важный класс. Используемый для создания иерархических топологий ИС, он позволяет корректно описывать подсети с различными алгоритмами маршрутизации, причем независимые от алгоритма, применяемого на магистрали. Кроме того, подсети используются, чтобы скрыть излишнюю детализацию при моделировании сложных ИС. В COMNET с их помощью описываются системы с произвольной глубиной вложения. Соединения между внутренней топологией подсети и топологией магистрали осуществляются с помощью точек доступа (access points), число которых может быть произвольным (см. рис. 3).

Класс “Транзитная сеть” (Transit Net)

Потомком подсетей и соединений является объект, сочетающий свойства родительских объектов. Транзитная сеть может рассматриваться и как соединение, и как подсеть одновременно. В качестве соединения она пересылает пакеты из выходного буфера одного узла во входной буфер другого. В ипостаси же подсети транзитная сеть создает в своих границах область с собственным алгоритмом маршрутизации.

Класс “Облако” (WAN Cloud)

Объекты этого класса, позволяющие создавать абстрактные представления для глобальных сетей, также наследуют свойства объектов-родителей - Subnet и Link. С точки зрения топологии объект WAN Cloud функционирует подобно объекту “соединение”, его пиктограмма подключается непосредственно к узлам. С точки зрения внутренней структуры облако состоит из набора виртуальных соединений (virtual circuit) и каналов доступа (access links), разновидности соединения точка - точка для моделирования глобальных сетей.

Описание трафика и загрузки сети в COMNET III

Как мы уже говорили, модель ИС в COMNET включает в себя две части: описание топологии системы и описание источников трафика и загрузки сети. Мы рассмотрели базовый спектр объектов, связанных с топологией. Теперь обратимся к объектам, описывающим трафик.

COMNET предоставляет широкий спектр средств для описания трафика.

Класс “Сообщение” (Message)

Объекты, принадлежащие к этому классу, позволяют послать одиночное сообщение либо одному объекту-адресату, либо множеству объектов. Пересылка таких сообщений рассматривается как последовательность дейтаграмм, где каждый пакет маршрутизируется независимо от других.

Класс “Отклик” (Response)

Объекты этого класса могут быть использованы только для посылки ответных сообщений. Они управляются приходами сообщений, созданных объектами классов Message или Response. Получателем сообщений класса Response всегда будет объект класса Node, к которому подключен источник управляющих сообщений (класса Response или Message).

Класс “Вызов” (Call)

Объекты класса Call применяются для создания моделей сетей с коммутацией каналов. Источник вызова описывается набором таких параметров, как закон распределения, длительность и, с учетом класса маршрутизации, требований к пропускной способности.

Класс “Сессия” (Session)

Эти объекты используются для моделирования сеансов, включающих наборы сообщений или сообщений, маршрутизируемых по виртуальным соединениям. Сеанс инициируется отправкой пакета установки сеанса и получением пакета-подтверждения. В дальнейшем в рамках сеанса может быть послано произвольное количество сообщений, также описанных в объекте класса Session. Такие сообщения маршрутизируются либо как дейтаграммы, либо как виртуальные соединения - в зависимости от алгоритма маршрутизации на магистрали или в подсети, содержащей данный объект.

Отметим также, что в COMNET III применяются так называемые файлы описания внешнего трафика (external traffic files), получить которые можно с помощью различных анализаторов трафика.

Особый интерес представляют объекты класса “Приложение” (Application), являющегося результатом множественного наследования классов Message, Response, Call и Session (см. рис. 2). Его объекты позволяют наиболее гибко описывать в рамках модели рабочую загрузку сети и поведение источников трафика. Более того, при их использовании могут быть легко смоделированы практически любые виды программных систем, в том числе распределенных, таких, как СУБД, почтовые системы и пр.

Реальное приложение, описываемое объектами этого класса, включает в себя три составные части. Во-первых, это параметры узла, с которым соединен объект класса Application. С помощью данных параметров задаются характеристики и количество необходимых процессоров и дисковых подсистем. Во-вторых, это так называемые репозитории команд, использующих вышеупомянутые характеристики узла. И в-третьих, это собственно объект Application, управляющий последовательностью выполнения этих команд.

В репозитории команд узла, а следовательно, и в объекте класса Application могут содержаться следующие команды:

Transport Message (передать сообщение). Эта команда представляет собой результат наследования объекта классом Application родительского объекта класса Message.

Setup (установить) - результат наследования класса Session.

Answer Message (ответить на сообщение) является наследником класса Response.

Filter Message (фильтровать сообщения). Эта команда позволяет приостановить все операции, описанные в объекте класса Application, до тех пор, пока не будет получено сообщение, удовлетворяющее условиям фильтрации.

Process (обработка). С помощью этой команды осуществляется моделирование обработки, вызывающей загрузку процессора.

Read и Write (чтение и запись). Две эти команды также позволяют моделировать занятость процессора узла, но уже в контексте взаимодействия с дисковой подсистемой чтения и записи файлов.

Таким образом, с помощью классов Application, Message, Response, Session и Call возможно как гибкое моделирование текущей загрузки сети, так и детальное описание поведения программных систем, входящих в состав ИС. Исключительно важно, что эти классы позволяют моделировать сложные распределенные программные системы и их влияние на существующую сетевую инфраструктуру сети.

Объекты COMNET III: параметрическое абстрагирование

Говоря о базовом наборе классов COMNET III, крайне важно упомянуть о применимости к ним так называемого параметрического абстрагирования. Этот подход позволяет создавать новые объекты - экземпляры класса с различными свойствами. Такие важные технологические решения, как, скажем, Gigabit Ethernet, могут быть очень просто смоделированы путем изменения параметров рассматриваемой абстракции - свойств выбранного класса.

Рассмотрим пример. Допустим, мы моделируем локальную сеть, использующую на MAC-подуровне случайный метод доступа с контролем несущей и определением коллизий (CSMA/CD, класс соединений с множественным доступом), однако стандарт канального уровня, предложенный производителем сетевого оборудования, несколько отличается от “родного” IEEE 802.3. Подобная ситуация при использовании продукта, не реализующего объектно-ориентированный подход, могла бы вызвать некоторые неточности. Разработчик был бы вынужден использовать стандарт, предлагаемый производителем продукта, вероятнее всего - классический 802.3. На рис. 4 изображено интерфейсное окно COMNET III, с помощью которого пользователь может редактировать параметры этого стандарта - количество ретрансмиссий в случае обнаружения коллизий, длину заголовка кадра и т. д. Иными словами, пользователь сам осуществляет параметризацию объекта.

Рис. 4. Параметризация соединения 10BaseT стандарта IEEE 802.3

Итак, мы решаем вопрос о соответствии эталонного стандарта и стандарта производителя. Дальнейшие наши действия сводятся к тому, чтобы пополнить библиотеку объектов класса CSMA/CD новым стандартом, который определил пользователь. Для этого достаточно добавить новые параметры. Аналогично мы можем поступить с аппаратными узлами, источниками трафика, параметрами WAN Cloud и т. д.

Отсюда видно, что параметризация дает широкие возможности по расширению базовой библиотеки объектов, позволяя разработчику модели принимать более гибкие решения.

Расширить базовый набор классов можно при дальнейшем использовании механизма наследования.

Режим “Копирование-вставка внешней модели” (Intermodel copy-paste)

Предположим, что мы строим большую модель, имеющую очень сложное топологическое описание. Здесь мы можем пойти двумя путями: совместить всю топологию системы в одном файле или построить несколько фрагментов и впоследствии объединить их. Второй вариант для разработчика более удобен по целому ряду причин. Это и простота отладки каждого отдельного фрагмента, и хорошая обозримость, и, в конечном итоге, большая достоверность.

В дальнейшем вся проблема состоит в том, чтобы объекты из одной модели перенести в другую. Для решения удобно пользоваться режимом COMNET III Intermodel copy-paste (копирование - вставка внешней модели), обеспечивающим перенос из модели в модель вновь создаваемых объектов со всеми свойствами за исключением тех, которые локальны для модели-источника.

Приведем пример. Допустим, мы переносим из одной модели в другую фрагмент сети, имеющий некоторую загрузку. Трафик описывается объектами класса Message. Свойством таких объектов, локальным для модели-источника, является его направленность (destination). Остальные свойства будут перенесены без изменений из объектов, наследующих классы Node (C&C node, Computer group, Router, Switch), Link и др., не привязанных к модели-источнику.

Процедура параметризации в этом случае очень проста. В частности, для сообщения можно указать его направленность в соответствии со списком имен из новой модели, который присоединяется к объекту автоматически.

Применение описанного метода открывает широкие возможности в построении любых моделей из гибко расширяемого набора объектов - строительных блоков, позволяя существенно снизить затраты на моделирование.

Модульное построение узлов

Рассмотрим процедуру создания объекта нового класса на основе множественного наследования.

Предположим, перед разработчиком ставится задача построения подробной модели аппаратного устройства (например, маршрутизатора, несколько интерфейсных модулей которого объединены интерфейсной шиной). Целью построения модели является определение задержки на интерфейсной шине. В стандартном описании COMNET III шина описывается двумя параметрами: пропускной способностью и частотой. Ясно, что такого описания нам недостаточно. Однако в нашем распоряжении есть объект, позволяющий описать шину как отдельное устройство, - соединение. В общем-то это не совсем стандартное решение, но, проведя необходимую параметризацию объекта класса Link, мы получим модель шины как полнофункционального устройства, реализующего, например, функцию арбитража. Изображенный на рис. 5 объект MPRouter смоделирован именно таким способом. Интерфейсная шина здесь работает по алгоритму Token Bus.

Рис. 5. Параметризация источника трафика при переносе

фрагмента модели в другую модель (Session Source)

При этом следует сказать, что разработчику не стоит злоупотреблять подобными приемами, поскольку, как уже говорилось, слишком точное описание каждого объекта в некоторых ситуациях может дать обратный эффект, который выражается в снижении достоверности модели в целом. Такой прием применим в тех случаях, когда необходимо подробное описание характеристик объектов.

Возможность задания состояний объектов

Любой объект в COMNET может находиться в нескольких состояниях. К примеру, для объектов классов Link и Node возможны состояния up, down, failure (включен, выключен, ошибка). Можно также моделировать переходы между этими состояниями и анализировать влияние перехода на моделируемую ИС (рис. 6).

Рис. 6. Определение параметров текущего состояния объекта (Node Properties)

Это дает разработчику широкие возможности создания динамических сценариев типа “что будет, если...?” и тем самым существенно повышает гибкость создаваемой модели.

Итак, мы рассмотрели основные инструменты и наиболее общие методики построения моделей в COMNET III. Дальнейшие статьи авторы планируют посвятить моделированию различных решений, широко используемых в современных ИС.