Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития средств информационного обмена (СИО) характеризуется резким повышением объемов передаваемой информации Непрерывное совершенствование средств требует оценки их качества, что осуществляется при тестировании на этапе НИОКР Целью тестирования средств информационного обмена является определение соответствия техническим условиям (стандартам) В соответствии с системным подходом тестированию подлежат все компоненты системы, в том числе программные модули
В основе настоящего исследования лежат результаты работ ряда ученых, внесших значительный вклад в разработку теории протоколов информационного обмена (К A Petri, CAR Hoarе, J Neyman, G V Bochmann, В А Мизин, В Г Лазарев, В Е Котов), межуровневого взаимодействия в протоколах средств информационного обмена (сервисов) (Н А Анисимов, С В Белковский, В Н Турченко, О Б Макаревич, А Д Иванников, С С Зайцев, М И Кравцунов, С В Ротанов), в развитии теории профилирования и тестирования средств информационного обмена (В К Щербо, В А Сухомлин, В В Липаев, В С Зарубин, Ю С Злотников, Т М Парамохина, А Я Олейников, В П Кулагин, Э А Якубайтис, И С Константинов, В Т Еременко)
Полученные ими результаты в формальном описании и анализе протоколов информационного обмена (ПИО) применимы к простым средствам информационного обмена В более сложных системах, базирующихся на построении и анализе множества достижимых состояний, практическая потребность предполагает дальнейшее развитие методов анализа и синтеза
В указанных работах имеются достаточные научные предпосылки для решения задачи моделирования процессов тестирования средств информационного обмена В то же время, существующие подходы к решению проблемы адаптации средств информационного обмена к изменению параметров внешней среды носят, как правило, локальный по областям применений и разрозненный по методам характер Вопросы тестирования программных модулей и компонентов средств информационного обмена рассмотрены исследователями в большом числе работ Однако тестирование взаимодействия компонентов затронуто относительно слабо Тестирование взаимодействия модулей - более сложная задача, чем тестирование самих модулей Необходимо отметить, что все логические ошибки в средствах информационного обмена полностью выявить и устранить не удается Поэтому должны быть устранены те ошибки, которые принципиально влияют на их работоспособность
Между тем, обращают на себя внимание следующие аспекты
1) Средства информационного обмена используются в корпоративных сетях предприятий, где наблюдается большая сложность взаимодействия их элементов При этом значительное число отказов сетей передачи данных (СПД)
^
(35-40 %) связано с отсутствием должного внимания к вопросам тестирования взаимодействия модулей
При производстве больших цифровых вычислительных машин в состав операционных систем входит семейство протоколов, которые обеспечивают управление ресурсами Даже одиночные сбои в их функционировании могут привести к «катастрофическим» последствиям (тупиковым состояниям, зависаниям, блокировкам, переполнению буферов оперативной памяти, полному отказу) На этапе НИОКР не всегда удается устранить логические ошибки взаимодействия процессов и их несанкционированные прерывания Для этого предусматривается использование всего арсенала испытаний -периодических, типовых, приемо-сдаточных, направленных на устранение логических ошибок взаимодействия протокольных объектов
Тестирование средств информационного обмена широко используется при создании макетных и опытно-промышленных образцов на этапах НИОКР (например, ФГУП НТЦ «Атлас» ФСБ России, ФГУ НИИ «Энергия», ЗАО «Гудвин-Европа» и др) для предотвращения несанкционированных прерываний взаимодействия протокольных объектов в протоколах безопасности
В современных рыночных условиях жесткая конкуренция вынуждает рассматривать возможности злонамеренных воздействий на функционирование защищенных процессов информационного обмена (ИО) Защита от вредоносного воздействия злоумышленников в процессе эксплуатации требует тестирования правильности передачи информации и управления между взаимодействующими модулями для предотвращения несанкционированного доступа к процессам информационного обмена и обнаружения фактов атак на протоколы и алгоритмы
Указанные обстоятельства обусловливают актуальность исследования моделирования процессов взаимодействия протокольных объектов в средствах информационного обмена
Объект исследования - протоколы информационного обмена
Предмет исследования - модели и алгоритмы взаимодействия протокольных объектов
Цель исследования - повышение качества процессов взаимодействия протокольных объектов
Задачи исследования, вытекающие из цели:
Анализ процессов взаимодействия протокольных объектов при информационном обмене
Исследование и моделирование взаимодействия протокольных объектов и межуровневых сервисов
Исследование процессов и построение моделей и алгоритмов исправления ошибок идентификаторов точек доступа и избыточных межуровневых переходов
4 Исследование эффективности применения разработанных моделей и
алгоритмов при реализации их в стеке протоколов TCP/IP
Методы исследования:
Для решения указанных задач использовались методы теории вероятностей, системного анализа, имитационного моделирования, математической логики, теории графов, а также теории сетей Петри (СП).
Достоверность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, достигнута за счет корректного применения методов системного анализа, теории вероятностей, математической статистики, непротиворечивости и воспроизводимости результатов, полученных теоретическим путем, сочетания формальных и неформальных методов исследования, использования методов, адекватных природе изучаемых процессов и явлений, верификации отдельных результатов в рамках известных теоретических конструкций, используемых в теории сложных технических и информационных систем
Научная новизна и теоретическая значимость полученных результатов заключаются в том, что разработаны
1 Математическая модель взаимодействия протокольных объектов в
средствах информационного обмена, учитывающая их динамику Модель
базируется на аппарате сетей Петри, отличается использованием композиции
объектов и позволяет обнаруживать ошибки идентификаторов точек доступа
2 Математическая модель межуровневого взаимодействия протокольных
объектов на основе сети Петри, отличающаяся использованием нормализации
сетевых объектов и позволяющая устранить избыточные переходы
3 Методика тестирования взаимодействия протокольных объектов,
включающая разработанные модели и использующая для оценки качества
формализованный критерий допустимой гарантированности результата
Практическая значимость и реализация результатов заключаются в
Применении математической модели взаимодействия протокольных объектов в СИО в виде методики тестирования
Применении математической модели межуровневого взаимодействия протокольных объектов в виде алгоритмов и методики для оценки качества процессов их взаимодействия
Программном средстве анализа достижимых состояний протокола TCP, внедренном в
ОКР «Oca-DECT», проводимой ФГУП НТЦ «Атлас» ФСБ России (г Москва), акт от 30 11 2006 г,
НИОКР «Центр», проводимой ФГУ НИИ «Энергия» (г Ступино Московской обл ), акт от 10 10 2006 г ,
НИОКР, проводимых ЗАО «Гудвин-Европа» (г Москва), акт от 18 12 2006 г
Апробация и публикации. Материалы исследований публиковались на П-й Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (ИТНОП-2006, г Орел, 2006 г), IV-й и V-й Международных научно-практических интернет-конференциях «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (г Орел, 2006 и 2007 г), Ш-й
Всероссийской научной интернет-конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии» (г Орел, 2006 г), ІХ-й и Х-й Научно-практических конференциях аспирантов и преподавателей (г Орел, 2005 и 2006 г), lV-й и V-й Всероссийских научных конференциях «Проблемы развития системы специальной связи и специального информационного обеспечения государственного управления России» (г Орел, 2005 и 2007 г) 32-й Всероссийской научно-практической конференции «Сети, системы связи и телекоммуникации» (г Рязань, 2007 г) По материалам диссертации опубликовано 13 статей, зарегистрировано программное средство анализа достижимых состояний протокола TCP
Положения, выносимые на защиту
1 Математическая модель взаимодействия протокольных объектов в
средствах информационного обмена
Математическая модель межуровневого взаимодействия протокольных объектов
Методика тестирования взаимодействия протокольных объектов при верификации протоколов информационного обмена
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений Работа изложена на 184 листах машинописного текста, включающего 37 рисунков, 4 таблицы, библиографический список из 113 наименований
