Đề tài Đo hiệu năng mạng Ethernet

Đề tài Đo hiệu năng mạng Ethernet

Báo cáo cơ sở mạng Luận văn Đề tài: Đo hiệu năng mạng Ethernet 1 Báo cáo cơ sở mạng Mục Lục Luận văn 1 Đề tài: Đo hiệu năng mạng Ethernet 1 Mục Lục 2 I.Yêu cầu bài tập lớn: 2 1 .Mục đích bài tập lớn : 4 2. Giới thiệu đề tài : 4 II . Phân công công việc 10 1. Phân công chung : cả nhóm tìm hiểu và làm quen với công cụ mô phỏng NS2 qua các tài liệu cô giáo đã cho 10 2. Phân công cụ thể thực hiện đề tài : 10 III. Thực hiện đề tài 10 1.Tạo ra mô hình mô phỏng mạng máy tính qua các nút 10 2. Thiết lập các máy nguồn máy đích và tạo liên kết gửi nhận 12 3. Tạo tiến trình gửi dữ liệu là tiến trình Poisson và liên kết vào máy nguồn 12 4. Tạo ra các gói gửi và tính toán băng thông, tốc độ mất gói dựa trên lưu lượng mà máy đích nhận được (Mbit/s) và số gói bị mất 14 5. Vẽ đồ thị băng thông và tốc độ mất gói từ các file số liệu ở trên 15 IV. Kết quả mô phỏng 16 2.Kết quả với trường hợp trễ là 1s 28 3.Khi độ dài gói thay đổi 33 V. Kết luận 39 1.Hiệu năng mạng Ethernet: 39 2.Công cụ lập trình: 41 VI. Tài liệu tham khảo 42 * http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/index.html 42 *http://nile.wpi.edu/ns 42 I.Yêu cầu bài tập lớn: 2 Báo cáo cơ sở mạng Mạng Ethernet với tốc độ 10Mbit/s.sử dụng cấu hình kênh truyền bus (coaxial cable).Trễ truyền dẫn 10ms.Biết rằng card mạng của máy tính đều liên tục có các gói được gửi đến với tốc độ như nhau λ =200 gói/s ,tuân theo phân bố Poisson.Độ dài của gói Ethernet tuân theo phân bố Poisson với chiều dài trung bình là 1500bytes (hình vẽ). Chạy mô phỏng dùng NS-2 trong khoảng thời gian 30s.Đánh giá và vẽ đồ thị tổng dung lượng băng thông chiếm trên bus khi truyền gói b(t) và tốc độ mất gói e(t) (tính bằng gói/s) khi số máy tính nối mạng là: 2.1. 3 máy 2.2. 10 máy 2.3. Lặp lại mô phỏng trên trong trường hợp trễ truyền dẫn là 1s.Có nhận xét gì so với trường hợp đầu tiên ? Giả thiết mỗi máy x sẽ phát đến 1 máy y bất kì do sinh viên tự chọn 3 Báo cáo cơ sở mạng 2.4. Giả thiết độ dài gói Ethernet là cố định L= 1500bytes.Lặp lại câu 2.2,so sánh kết quả với trường hợp gói có độ dài thay đổi. 1 .Mục đích bài tập lớn : Trong môn cơ sở mạng thông tin sinh viên đã làm quen với phương pháp đánh giá hoạt động của một hệ thống thông tin bằng phương pháp toán học, đặc biệt là mô hình liên quan đến hàng đợi đơn, mạng hàng đợi, cơ sở cho các cơ chế điều khiển luồng và định tuyến trong mạng. Trong phần bài tập lớn, sinh viên sẽ được làm quen với một phương pháp khác để đánh giá hiệu năng, đó là phương pháp mô phỏng.Bài tập lớn này có một số mục đích sau: * Kiểm nghiệm các kết quả phân tích, đánh giá hệ thống khi dùng phương pháp phân tích toán học và phương pháp mô phỏng. * Làm quen với công cụ mô phỏng NS-2 – công cụ mô phỏng mạng thông dụng nhất hiện nay. * Làm quen với hệ điều hành Linux và lập trình trong môi trường GNU. * Phát triển kỹ năng làm việc theo nhóm. * Phát triển kỹ năng làm việc độc lập. 2. Giới thiệu đề tài : 2.1. Sơ lược về mạng Ethernet : Ethernet là mạng cục bộ do các công ty Xerox, Intel và Digital equipment xây dựng và phát triển. Ethernet là mạng thông dụng nhất đối với các mạng nhỏ hiện nay. Ethernet LAN được xây dựng theo chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng của ISO, mạng truyền số liệu Ethernet cho phép đưa vào mạng 4 Báo cáo cơ sở mạng các loại máy tính khác nhau kể cả máy tính mini. Ethernet có các đặc tính kỹ thuật chủ yếu sau đây: • Có cấu trúc dạng tuyến phân đoạn, đường truyền dùng cáp đồng trục, tín hiệu truyền trên mạng được mã hoá theo kiểu đồng bộ (Manchester), tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mb/s. • Chiều dài tối đa của một đoạn cáp tuyến là 500m, các đoạn tuyến này có thể được kết nối lại bằng cách dùng các bộ chuyển tiếp và khoảng cách lớn nhất cho phép giữa 2 nút là 2,8 km. • Sử dụng tín hiệu bǎng tần cơ bản, truy xuất tuyến (bus access) hoặc tuyến token (token bus), giao thức là CSMA/CD, dữ liệu chuyển đi trong các gói. Gói (packet) thông tin dùng trong mạng có độ dài từ 64 đến 1518 byte. 2.1.1 Hệ thống Ethernet Sơ lược về hệ thống Ethernet . - Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máy tính với tốc độ từ 10 đến 100 triệu bít một giây (Mbps) . Hiện thời công nghệ Ethernet thường được sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn 10-Mbps. - Công nghệ truyền thông 10-Mbps sử dụng hệ thống cáp đồng trục cỡ lớn , hoặc cáp đôi, cáp sợi quang . Tốc độ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps . 2.1.2.Các thành phần của Ethernet Hệ thống Ethernet bao gồm 3 thành phần cơ bản : • Hệ thống trung gian truyền tín hiệu Ethernet giữa các máy tính. 5 Báo cáo cơ sở mạng • Các nhóm thiết bị trung gian đóng vai trò giao diện Ethernet làm cho nhiều máy tính có thể kết nối tới cùng 1 kênh Ethernet. • Các khung Ethernet đóng vai trò làm các bit chuẩn để luân chuyển dữ liệu trên Ethernet. Phần tiếp sau đây sẽ miêu tả quy tắc thiết lập cho các thành phần đầu tiên, các mảng truyền thông vật lí , thiết lập quy tắc truy cập trung gian cho Ethernet và các khung Ethernet. 2.1.3. Hoạt động của Ethernet Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm , hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng , không có một trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đuờng trung gian. Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi , từng bit một , qua đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên. Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi không , nếu rỗi thì mới gửi đi các gói ( dữ liệu). Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm . Tức là không có sự ưu tiên . Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết dịnh bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian ( Medium Access Control-MAC) được đặt trong mỗi trạm . MAC thực thi dựa trên cơ sở sự phát hiện va chạm sóng mang ( CSMA/CD). - Giao thức CSMA/CD . - Xung đột - Truyền dữ liệu 2.1.3.1.Giao thức CSMA/CD. Để truyền thông tin, mỗi giao tiếp mạng phải lắng nghe cho tới khi không có tín hiệu trong kênh chung , lúc này nó mới có thể truyền thông tin . Nếu một giao tiếp mạng thực hiện truyền thông tin trong kênh thì gọi là sóng và các trạm 6 Báo cáo cơ sở mạng khác phải chờ đợi cho tới khi sự truyền dẫn này kết thúc . Quá trình này gọi là phát hiện sóng mang. Mọi giao tiếp Ethernet đều có cơ hội ngang nhau trong việc truyền thông tin trong mạng (Đa truy nhập ) . Trong quá trình truyền từ đầu này tới đầu kia của Ethernet , những bít đầu tiên của khung cần phải đi tới mọi vùng của mạng . Tức là có thể có 2 giao tiếp mạng cùng thấy mạng rỗi và gửi đi cùng 1 lúc. Khi đó Ethernet phát hiện sự “ va chạm “ và dừng việc truyền và gửi lại các khung . ĐÓ là quá trình phát hiện va chạm. Giao thức CSMA/CD được thiết kế nhằm cung cấp cơ hội ngang bằng truy nhập kênh chung cho mọi trạm trong mạng . Sau khi gói tin được gửi đi mỗi trạm trong mạng sẽ sủ dụng giao thức CSMA/CD để xem trạm nào sẽ được gửi tiếp sau. 2.1.3.2.Va chạm Nếu có có hơn 1 trạm cùng gửi thông tin cùng lúc thì tín hiệu được nói rằng đang va chạm , Các trạm sẽ nhận ra biến cố này và dừng việc truyền bằng thuật toán backoff . Sau đó mỗi trạm sẽ chọn 1 thời gian ngẫu nhiên sau đó để truyền tiếp . Thông thường khoảng thời gian trễ này là rất ngắn chỉ khoảng phần nghìn hoặc phần triệu của giây . Nếu như sau đó lại có va chạm thì lại phải truyền lại . Nếu sau một số lần liên tiếp nào đó va chạm thì hệ thống sẽ thôi truyền gói tin này nữa , thường Ethernet chọn 16 lần để hảy bỏ truyền gói tin. Nếu mạng càng lớn và càng nhiều trạm thì khả năng huỷ bỏ càng lớn . 2.1.3.3.Truyền dữ liệu Cũng như các mạng LAN khác , Ethernet luôn tìm cách truyền dữ liệu tốt nhất , Tuy nhiên ngay cả với những mạng Ethernet đắt tiền nhất và được thiết kế tốt nhất thì dữ liệu truyền đi vẫn không hoàn hảo. Nhiễu điện có thể xuất hiện mọi lúc trên hệ thống cable và làm dữ liêu bị hỏng . 7 Báo cáo cơ sở mạng Trong trường hợp kênh LAN bị tắc nghẽn làm cho số lần va chạm vượt quá 16 làm cho các khung bị mất . Không thể có mạng LAN nào hoàn hảo , vì thế những phần mềm ở lớp giao thức mạng cao hơn được thiết kế để cứu dữ liệu khỏi lỗi. Cần thiết phải nâng lên các giao thức mạng mức cao để chắc chắn dữ liệu nhận được là chính xác .Các giao thức bậc cao làm được điều nàu nhờ phương thức truyền đáng tin cậy và sự xác nhận chuỗi thông tin truyền qua mạng . 2.1.4.Khung và địa chỉ Ethernet Quả tim của Ethernet là là khung , khung được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các máy tính ,Khung gồm các bit được chia thành các trường . Các trường này bao gồm trường địa chỉ , trường dữ liệu chứa từ 46 tới 15000 byte dữ liệu , và 1 trường kiểm tra lỗi để kiểm tra các bit nhận được có giống với các bit được truyền đi không. Trường đầu tiên mang 48 bit địa chỉ , gọi là địa chỉ nhận và địa chỉ gửi, IEEE quản lí các địa chỉ bởi trường địa chỉ. IEEE cung cấp 24 bit nhận dạng gọi là “ định danh tổ chức duy nhất “ (OUI) , mỗi tổ chức tham gia vào Ethernet sẽ được cung cấp 1 định danh duy nhất .Tổ chức sẽ tạo ra 48 bit địa chỉ sử dụng OUI của 24 bit địa chỉ đầu tiên . 48 bit này được biết đến như là địa chỉ vật lí , phần cứng hoặc địa chỉ MAC. 48 bít địa chỉ là dấu hiệu nhận biết chung cho mỗi giao tiếp Ethernet khi nó được tạo ra , nhờ đó mà làm đơn giản hơn cấu trúc của Ethernet. Với cách định danh này bạn có thể nhóm nhiều tổ chức Ethernet vì thế dễ dàng hơn trong việc quản lí Ethernet. Mỗi khung Ethernet được gửi tới 1 kênh chung , khi đó mỗi giao tiếp mạng sẽ xem xét trường 48 bit đầu tiên có chứa địa chỉ , giao tiếp mạng sẽ so sánh địa chỉ của chính nó với địa chỉ này . Giao tiếp mạng có địa chỉ trùng với địa chỉ nhận sẽ đọc toàn bộ khung và gửi những dữ liệu này tới phần mềm 8 Báo cáo cơ sở mạng trong máy . Mọi giao tiếp mạng sẽ ngừng đọc thông tin trong khung sau khi chúng phát hiện địa chỉ của chúng không trùng với địa chỉ nhận. 2.1.5 .Địa chỉ Multicast and Broadcast Một địa chỉ multicast cho phép một khung đơn có thể nhận được một nhóm trạm.Phần mềm mạng có thể cho phép giao tiếp mạng lắng nghe những địa chỉ multicast chỉ định. Điều này cho phép một nhóm trạm có thể được nhận biết bởi một nhóm multicast đã được gán cho địa chỉ multicast riêng. Một gói đơn gởi tới 1 địa chỉ multicast sẽ được nhận bởi mọi trạm trong nhóm này. Có một trường hợp đặc biệt của multicast là broadcast , đó là 48 bit địa chỉ của mỗi phần tử. Mọi giao tiếp Ethernet nếu thấy 1 khung với địa chỉ đến kiểu này sẽ đọc khung và gửi nó đến hần mềm trong trạm. 2.2. Sơ lược về đề tài : Ethernet là công nghệ mạng thiết bị và thông dụng, mặc dù ngày nay có nhiều công nghệ LAN nhưng Ethernet vẫn là công nghệ được sử dụng nhiều nhất . Năm 1994 ước tính có khoảng hơn 40 triệu nút Ethernet được sử dụng trên toàn cầu. Mạng Ethernet được sử dụng trong bài tập này với tốc độ 10Mbit/s, sử dụng cấu hình kênh truyền bus (coaxialcable). Trễ truyền dẫn 10ms. Biết rằng bộ đệm card mạng của các máy tínhđều liên tục có các gói được gửi đến với tốc độ như nhau λ=200 gói/s, tuân theo phân bố Poisson. Độ dài của gói Ethernet tuân theo phân bố Poisson với chiều dài trung bình là 1500bytes (Hình vẽ). Và chạy mô phỏng dùng NS-2 trong khoảng thời gian 30s. Mô phỏng mạng Ethernet như trên và sử dụng 3 máy, 10 máy cũng như thay đổi các thông số mạng như trễ truyền dẫn là 1s, độ dài của gói Ehernet L=1500 bytes cố định để đánh giá hiệu năng mà mạng Ethernet đem lại. 9 Báo cáo cơ sở mạng II . Phân công công việc 1. Phân công chung : cả nhóm tìm hiểu và làm quen với công cụ mô phỏng NS2 qua các tài liệu cô giáo đã cho 2. Phân công cụ thể thực hiện đề tài : + Tạo mô hình mô phỏng: Vũ Văn Sơn + Tạo tiến trình gửi nhận: Bùi Văn Sỹ + Tính toán băng thông và vẽ đồ thị: Đặng Đình Nhất + Tôc độ mất gói: Phan Văn Quyết Hoàng Văn Long III. Thực hiện đề tài 1.Tạo ra mô hình mô phỏng mạng máy tính qua các nút - Quá trình này sẽ tạo ra các nút tượng trưng cho các máy tính bằng lệnh: set name [new node], trong đó name là tên nút (ví dụ ta tạo ra các nút trong bài lần lượt là: n1, n2, n3…… n10). #Create a simulator object set ns [new Simulator] #mo file mo hinh va file luu du lieu ve bang thong set nf [open out.nam w] # mo file o che do ghi set f1 [open out1.tr w] set f2 [open out2.tr w] 10 [...]... phỏng Sơ đồ mạng: 16 Báo cáo cơ sở mạng 1.Kết quả mô phỏng khi trễ là 10ms Thông số kĩ thuật của mạng ethernet: - tốc độ mạng ethernet: 10Mbit/s - trễ truyền dẫn: 10ms - tốc độ gửi : λ = 200 goi / s - kích thước gói ethernet: 1500 bytes - tốc độ gói gửi: 100Mb/s - thời gian mô phỏng: 30s 1.1 Kết quả cho mạng Ethernet 3 máy: *Code đã giải thích ở phần trên 17 Báo cáo cơ sở mạng a.mô hình mạng mô phỏng:... hình mô phỏng: 26 Báo cáo cơ sở mạng b đồ thị tổng dung lượng: 27 Báo cáo cơ sở mạng c Đồ thị tốc độ mất gói 2.Kết quả với trường hợp trễ là 1s Thông số kĩ thuật của mạng ethernet: - tốc độ mạng ethernet: 10Mbit/s - trễ truyền dẫn: 1s - tốc độ gửi : λ = 200 goi / s - kích thước gói ethernet: 1500 bytes - tốc độ gói gửi: 100Mb/s - thời gian mô phỏng: 30s 28 Báo cáo cơ sở mạng 2.1.Trường hợp 3 máy: a Mô... đồ thị tổng dung lượng: 29 Báo cáo cơ sở mạng c Đồ thị tốc độ mất gói 30 Báo cáo cơ sở mạng 2.2 Trường hợp 10 máy: a Mô hình mô phỏng: b đồ thị tổng dung lượng: 31 Báo cáo cơ sở mạng c Đồ thị tốc độ mất gói 32 Báo cáo cơ sở mạng Nhận xét: Khi độ trễ giảm xuống tổng dung lượng băng thông bị chiếm không thay đổi Nhưng tốc độ mất gói sẽ tăng lên Với số máy trong mạng càng tăng, thì sự thì tốc độ mất gói... giải thích ở phần trên 17 Báo cáo cơ sở mạng a.mô hình mạng mô phỏng: b Đồ thị tổng dung lượng băng thông: 18 Báo cáo cơ sở mạng c Đồ thị tốc độ mất gói 19 Báo cáo cơ sở mạng 1.2 Kết quả mạng cho 10 máy *Code mô phỏng # chuong trinh tinh bang thong va toc do mat goi # cho mang ethernet 10 may voi toc do tre truyen dan la 10ms ######################################## #Create a simulator object set ns...Báo cáo cơ sở mạng set f3 [open out.tr w] $ns trace-all $f3 $ns namtrace-all $nf #tao 3 node set n1 [$ns node] set n2 [$ns node] set n3 [$ns node] $ns color 1 Red $ns color 2 Green $ns color 3 Blue - Sau đó ta sẽ liên kết các nút thành mạng ethernet theo yêu cầu bằng câu lệnh: set lan [$ns newLan ] trong đó arguments... lên 3.Khi độ dài gói thay đổi 3.1.Khi độ dài gói là L=500bytes a Mô hình mô phỏng: b đồ thị tổng dung lượng: 33 Báo cáo cơ sở mạng c Đồ thị tốc độ mất gói 34 Báo cáo cơ sở mạng 3.2.Khi độ dài gói là L=1000bytes a Mô hình mô phỏng: b đồ thị tổng dung lượng: 35 Báo cáo cơ sở mạng c Đồ thị tốc độ mất gói 36 ... node] set n8 [$ns node] set n9 [$ns node] set n10 [$ns node] #gan mau cho luong $ns color 1 Red 20 Báo cáo cơ sở mạng $ns color 2 Blue $ns color 3 Green $ns color 4 Yellow $ns color 5 White $ns color 6 Violet $ns color 7 Grey $ns color 8 Black $ns color 9 Pink $ns color 10 Brown #tao mang ethernet set lan [$ns newLan "$n1 $n2 $n3 $n4 $n5 $n6 $n7 $n8 $n9 $n10" 10Mb 10ms LL Queue/DropTail Mac/Csma/Cd]... arguments gồm 7 thành phần: 1 nhóm các nút tạo lan 2 trễ 3 băng thông 4 kiểu liên kết 5 phương thức hàng đợi 6 kiểu MAC 7 kiểu kênh truyền #tao mang ethernet set lan [$ns newLan "$n1 $n2 $n3" 10Mb 100ms LL Queue/DropTail Mac/Csma/Cd] 11 Báo cáo cơ sở mạng 2 Thiết lập các máy nguồn máy đích và tạo liên kết gửi nhận - Giả thiết các máy sẽ lần lượt là nguồn và đích, ví dụ có các cặp máy gửi nhận: máy... [$sink1 set bytes_] set bw2 [$sink2 set bytes_] set bw3 [$sink3 set bytes_] # Lay so luong packet mat set l1 [$sink1 set nlost_] set l2 [$sink2 set nlost_] set l3 [$sink3 set nlost_] 14 Báo cáo cơ sở mạng #lay thoi gian hien thoi set now [$ns now] #tinh toan bang thong (Mbit/s) va ghi vao file puts $f1 "$now [expr ($bw1+$bw2+$bw3)/$time*8/1000000]" puts $f2 "$now [expr ($l1+$l2+$l3)/$time]" #reset... " tong dung luong " -x " time(s) " -y " bandwidth(Mbit/s) " & #do thi toc do mat goi exec xgraph out2.tr -geometry 800x400 -t " toc do mat goi " -x " time(s)" -y " rate(packets/s) " & 21 Báo cáo cơ sở mạng exit 0 } #tao tien trinh poisson(toi) proc attach-expoo-traffic { node sink size burst idle rate idcolor } { set ns [Simulator instance] set source [new Agent/UDP] $source set class_ $idcolor $ns . Báo cáo cơ sở mạng Luận văn Đề tài: Đo hiệu năng mạng Ethernet 1 Báo cáo cơ sở mạng Mục Lục Luận văn 1 Đề tài: Đo hiệu năng mạng Ethernet 1 Mục Lục. việc theo nhóm. * Phát triển kỹ năng làm việc độc lập. 2. Giới thiệu đề tài : 2.1. Sơ lược về mạng Ethernet : Ethernet là mạng cục bộ do các công ty Xerox,