Методи побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності

Abstract

Сучасні методи побудови інформаційно-комунікаційних систем активно еволюціонують у відповідь на зростання потреб у швидкості, надійності та гнучкості комунікаційних мереж. Розподілені інформаційно-комунікаційні системи характеризуються своєю здатністю забезпечувати обробку та зберігання даних через мережу різноманітних автономних компонентів. Ці системи дозволяють організаціям об'єднувати ресурси, зменшувати затримки та підвищувати доступність інформації [1]. Архітектури розподілених систем можуть бути розділені на традиційні та сучасні підходи. Традиційна ієрархічна архітектура, як правило, передбачає чітку структурованість, де інформаційні потоки організовані за рівнями. Це створює зрозумілу і логічну схему управління, однак може призводити до вузьких місць у системі, особливо коли обсяг даних і запитів значно зростає. Натомість сучасні підходи, такі як архітектура Spine-Leaf, пропонують більш гнучке та масштабоване рішення [2]. Об’єкт дослідження – розподілені інформаційно-комунікаційні системи, що характеризуються підвищеною надійністю, а також методи та технології, які використовуються для їх побудови та оптимізації в умовах сучасного цифрового середовища. Предмет дослідження – підходи та методи підвищення надійності розподілених інформаційно-комунікаційних систем, а також алгоритми і технології, що забезпечують ефективність їх функціонування в умовах динамічних змін. Мета роботи та завдання дослідження. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є аналіз методів побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності. Для того щоб досягнути мети роботи, потрібно виконати наступні завдання: 1. Здійснити дослідження основних проблем у побудові надійних розподілених систем та їх вирішення 2. Проаналізувати сучасні методи побудови інформаційно-комунікаційних систем. 3. Сформувати гібридної інфраструктури мережі як підхід для побудови сучасних інформаційно-комунікаційних систем 4. Експериментально перевірити ефективність гібридного методу побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності. Методи дослідження. У ході виконання роботи проведено аналіз наукової літератури, проведедено експериментальні дослідження на робочому стенді, з метою визначення ефективністі гібридного методу побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності. Наукова новизна дослідження полягає в тому, що розроблено інтегрований підхід до створення гібридних інформаційно-комунікаційних систем, що поєднує в собі традиційні методи з новітніми технологіями. Це дозволяє досягти більш високої надійності, адаптивності та ефективності функціонування систем в умовах змінних навантажень та потенційних загроз. Результати дослідження можуть слугувати основою для подальших наукових розробок у сфері інформаційних технологій і забезпечення безпеки. Випускна кваліфікаційна робота складається зі вступу, 5-ти розділів, висновку, списку використаних джерел та додатків. У першому розділі роботи, виконано аналіз основних загроз, що впливають на надійність розподілених інформаційно-комунікаційних систем, включаючи технічні збої, людські помилки, кіберзагрози та природні катастрофи. Та проведено детальний огляд методів, які забезпечують підвищення надійності розподілених інформаційно-комунікаційних систем [3]. Другий розділ присвячений традиційні та сучасним підходам до побудови мереж. Традиційні архітектури, зокрема ієрархічні моделі, забезпечують стабільність завдяки чітко структурованим рівням управління і контролю, де кожен рівень має свої чітко визначені функції. Така архітектура здебільшого побудована на централізованих компонентах, що виконують основні функції з обробки та зберігання даних. Сучасні архітектури, такі як Leaf-Spine, пропонують новий підхід, заснований на принципах децентралізації та паралелізації [4]. У цих системах навантаження розподіляється між багатьма елементами, що дозволяє досягати високої продуктивності та забезпечує велику гнучкість [5]. У третьому розділі, виконане дослідження принципу побудови мережі на основі гібридної інфраструктури демонструє. Основні переваги такої архітектури полягають у використанні spine-leaf топології, що забезпечує рівномірний розподіл трафіку і відсутність єдиної точки відмови. Завдяки такому підходу всі компоненти мережі є взаємозамінними і мають однакові конфігурації, що не тільки спрощує їхнє обслуговування, а й дозволяє швидко проводити заміну обладнання, знижуючи ризики втрати продуктивності у випадку збоїв. У четвертому розділі, проведоно тестування гібридної мережі та її розгортання продемонструвало високу ефективність реалізації інфраструктури, що ґрунтується на топології spine-leaf. Зокрема, можливість налаштування всього Core Chunk за менше ніж годину є значною перевагою для оперативності впровадження мережевих рішень.Modern methods of building information and communication systems are actively evolving in response to the growing needs for speed, reliability and flexibility of communication networks. Distributed information and communication systems are characterized by their ability to provide data processing and storage through a network of various autonomous components. These systems allow organizations to pool resources, reduce delays, and increase information availability [1]. Architectures of distributed systems can be divided into traditional and modern approaches. The traditional hierarchical architecture, as a rule, involves a clear structure, where information flows are organized by levels. This creates a clear and logical management scheme, but it can lead to bottlenecks in the system, especially when the size of data and requests grows significantly. Instead, modern approaches such as the Spine-Leaf architecture offer a more flexible and scalable solution [2]. The object of research is distributed information and communication systems characterized by increased reliability, as well as methods and technologies used for their construction and optimization in the conditions of a modern digital environment. The subject of the research is approaches and methods of increasing the reliability of distributed information and communication systems, as well as algorithms and technologies that ensure the effectiveness of their functioning in conditions of dynamic changes. The purpose of the work and research tasks. The purpose of the master's qualification work is to analyze the methods of building distributed information and communication systems of increased reliability. In order to achieve the goal of the work is necessary to complete the following tasks: 1. To carry out a study of the main problems in the construction of reliable distributed systems and their solutions 2. Analyze modern methods of building information and communication systems. 3. To form a hybrid network infrastructure as an approach to building modern information and communication systems 4. Experimentally verify the effectiveness of the hybrid method of building distributed information and communication systems of increased reliability. Research methods. In the course of the work, an analysis of the scientific literature was carried out, experimental studies were carried out on the workbench, in order to determine the effectiveness of the hybrid method of building distributed information and communication systems of increased reliability. The scientific novelty of the mastery is that an integrated approach to the creation of hybrid information and communication systems has been developed, combining traditional methods with the latest technologies. This makes it possible to achieve higher reliability, adaptability and efficiency of system functioning in conditions of variable loads and potential threats. The results of the research can serve as a basis for further scientific developments in the field of information technology and security. The master's thesis consists of an introduction, 5 chapters, a conclusion, a list of used sources and appendices. The first section of the master's thesis explores the main threats affecting the reliability of distributed information and communication systems, including technical failures, human errors, cyber threats and natural disasters, was performed. A detailed review of the methods that ensure increased reliability of distributed information and communication systems was carried out [3]. The second section is devoted to traditional and modern approaches to building networks. Traditional architectures, in particular hierarchical models, ensure stability due to clearly structured levels of management and control, where each level has its clearly defined functions. This architecture is mostly built on centralized components that perform basic data processing and storage functions. Modern architectures such as Leaf-Spine offer a new approach based on the principles of decentralization and parallelization [4]. In these systems, the load is distributed among many elements, which allows for high performance and provides great flexibility [5]. In the third section, the performed study of the principle of building a network based on a hybrid infrastructure demonstrates. The main advantages of such an architecture are the use of a spine-leaf topology, which ensures uniform distribution of traffic and the absence of a single point of failure. Thanks to this approach, all components of the network are interchangeable and have the same configuration, which not only simplifies their maintenance, but also allows for rapid replacement of equipment, reducing the risk of loss of productivity in case of failures. In the fourth chapter, the testing of the hybrid network was carried out and its deployment demonstrated the high efficiency of the implementation of the infrastructure based on the spine-leaf topology. In particular, the ability to configure the entire Core Chunk in less than an hour is a significant advantage for the speed of implementation of network solutions