\section{Исследование и построение решения задачи} \label{sec:Chapter3} \index{Chapter3} % \todo[inline]{Здесь надо декомпозировать большую задачу из постановки на подзадачи и продолжать этот процесс, пока подзадачи не станут достаточно простыми, чтобы их можно было бы решить напрямую (например, поставив какой-то эксперимент или доказав теорему) или найти готовое решение.} Поставленная задача состоит в разработке средства, позволяющего описывать частично сконфигурированную сеть виртуальных машин и получать на основе этого описания формализованное представление конфигурации. Для построения решения общая задача была разложена на несколько подзадач: определение состава описываемой информации, выбор формы представления данных, построение внутренней модели, разработка способа редактирования и реализация механизмов преобразования описания. \subsection{Представление модели} Рассмотрение существующих решений показывает, что диаграмма удобна для визуального восприятия, но недостаточна как основная форма хранения данных: графическое изображение сложно интерпретировать как строгое описание конфигурации. Поэтому в качестве основы решения выбрано табличное представление данных, а диаграмма рассматривается только как производное отображение модели. Такой подход позволяет отделить логическое описание сети от способа его визуализации. Табличная форма удобна тем, что позволяет явно фиксировать элементы сети и их атрибуты, редактировать отдельные значения и проверять заполненность полей. При этом она допускает частично заданные конфигурации: часть параметров может быть указана сразу, а часть оставлена пустой для последующего уточнения. При разработке табличного представления конфигурации сети виртуальных машин рассматривались два варианта организации данных: представление в первой нормальной форме и представление в третьей нормальной форме. Оба варианта позволяют формализовать описание сети, однако различаются удобством редактирования данных. В первой нормальной форме данные представляются в виде одной или нескольких таблиц, где каждая строка содержит атомарные значения: имя узла, интерфейс, адреса, принадлежность сети и т.д.. Такое представление остаётся достаточно простым для ручного заполнения и позволяет сразу видеть основную структуру конфигурации. Разберём оба представления на примере топологии, изображённой на рисунке~\ref{fig:exmpl1} \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[width=0.8\textwidth]{files/exmpl1.png} \caption{Пример топологии} \label{fig:exmpl1} \end{figure} Пример представления в 1НФ: \begin{table}[h!] \centering \begin{tabular}{|l|l|l|l|l|} \hline \textbf{Name} & \textbf{Role} & \textbf{Interface} & \textbf{Network} & \textbf{Device IP} \\ \hline PC1 & Host & eth1 & A & 10.0.0.1/24 \\ PC2 & Host & eth1 & B & 10.0.0.2/24 \\ PC3 & Host & eth1 & C & 10.0.0.3/24 \\ PC4 & Host & eth1 & D & 10.0.0.4/24 \\ com\_left & Switch & eth1 & tr & \\ com\_left & Switch & eth2 & A & \\ com\_left & Switch & eth3 & B & \\ com\_right & Switch & eth1 & tr & \\ com\_right & Switch & eth2 & D & \\ com\_right & Switch & eth3 & C & \\ \hline \end{tabular} \caption{Network device configuration} \end{table} В третьей нормальной форме данные разделяются на отдельные сущности: узлы, интерфейсы, сетевые сегменты и связи. Такой подход уменьшает дублирование данных и лучше соответствует классической реляционной модели, однако делает представление более громоздким. Для понимания одной связи приходится обращаться сразу к нескольким таблицам. Пример представления в 3НФ: \begin{table}[h] \centering \begin{tabular}{|l|l|} \hline Name & Device \\ \hline PC1 & Host \\ PC2 & Host \\ PC3 & Host \\ PC4 & Host \\ com\_left & Switch \\ com\_right & Switch \\ \hline \end{tabular} \caption{Devices} \end{table} \begin{table}[h] \centering \begin{tabular}{|l|l|l|} \hline Host Name & Interface & Network \\ \hline PC1 & eth1 & A \\ PC2 & eth1 & B \\ PC3 & eth1 & C \\ PC4 & eth1 & D \\ com\_left & eth1 & tr \\ com\_left & eth2 & A \\ com\_left & eth3 & B \\ com\_right & eth1 & tr \\ com\_right & eth2 & D \\ com\_right & eth3 & C \\ \hline \end{tabular} \caption{Interfaces} \end{table} \begin{table}[h] \centering \begin{tabular}{|l|l|} \hline Interface & IP \\ \hline PC1.eth1 & 10.0.0.1/24 \\ PC2.eth1 & 10.0.0.2/24 \\ PC3.eth1 & 10.0.0.3/24 \\ PC4.eth1 & 10.0.0.4/24 \\ \hline \end{tabular} \caption{IPs} \end{table} В качестве основного пользовательского представления была выбрана первая нормальная форма. Она удобнее для ручного заполнения, проще воспринимается при описании лабораторных стендов и не требует постоянного перехода между большим количеством связанных таблиц. Табличное представление в 1НФ используется как удобная форма ввода, а при дальнейшей обработке данные могут преобразовываться во внутреннюю модель, где отдельно выделяются узлы, интерфейсы и связи. Такой подход сохраняет простоту заполнения таблицы и одновременно позволяет использовать данные для экспорта в YAML или построения диаграммы топологии. \subsection{Внутренняя модель данных} Табличное представление удобно для ввода, но для дальнейшей обработки требуется программная структура, в которой связи между объектами выражены явно. Поэтому данные таблиц должны преобразовываться во внутреннее представление, например в набор классов Python, соответствующих основным сущностям конфигурации. Такая модель служит центральным представлением, из которого могут формироваться другие виды результата. \todo[inline]{хоть и акцент обычно на табличках, это не совсем центральное. Представить пример uml для python классов} \subsection{Преобразование модели данных} Также одной из подзадач является разработка механизмов преобразования модели. Основными преобразованиями являются импорт данных из табличного описания во внутреннюю модель, экспорт в формализованный файл конфигурации и построение диаграммы топологии. YAML-файл в этом случае используется как структурированное описание, пригодное для дальнейшей обработки программами, вроде Netloom для поднятия сеьи из виртуальных машин, а D2 может применяться для генерации визуального представления сети на основе уже построенной модели. \subsection{Вывод} Таким образом, решение строится не вокруг построения диаграммы, а вокруг формальной модели сетевой конфигурации. Табличное представление используется как способ ввода и редактирования, внутренняя модель — как основа обработки данных, а YAML и диаграмма — как формы представления результата. Такой подход позволяет обеспечить редактируемость, воспроизводимость и возможность дальнейшего применения описания при подготовке лабораторных стендов из виртуальных машин.