Nghiên cứu khả năng tương tác với mạng thực của bộ mô phỏng NS 2

ĐẠIHỌC HỌCQUỐC QUỐCGIA GIAHÀ HÀNỘI NỘI ĐẠI TRƯỜNGĐẠI ĐẠIHỌC HỌCCÔNG CÔNGNGHỆ NGHỆ TRƯỜNG NGUYỄNNGỌC NGỌCDŨNG DŨNG NGUYỄN NGHIÊNCỨU CỨUKHẢ KHẢNĂNG NĂNGTƯƠNG TƯƠNGTÁC TÁCVỚI VỚI NGHIÊN MẠNGTHỰC THỰCCỦA CỦABỘ BỘMÔ MÔPHỎNG PHỎNGNS-2 NS-2 MẠNG Ngành : Công nghệ thông tin Chuyên ngành : Truyền liệu Mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SỸ LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT Hà HàNội Nội––2008 2008 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính mạng Internet 1.2 Giao thức kiến trúc giao thức 10 1.2.1 Khái niệm giao thức 10 1.2.2 Kiến trúc phân tầng mô hình tham chiếu ISO/OSI TCP/IP 10 1.2.2.1 Mô hình tham chiếu ISO OSI Error! Bookmark not defined 1.2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP Error! Bookmark not defined 1.2.3 Đặc tả kiểm chứng giao thức Error! Bookmark not defined 1.3 Đánh giá hiệu suất giao thức Error! Bookmark not defined 1.3.1 Khái niệm hiệu suất mạng độ đo hiệu suấtError! Bookmark not defined 1.3.2 Tầm quan trọng việc đánh giá hiệu suất Error! Bookmark not defined 1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng Error! Bookmark not defined 1.4.1 Khái quát phƣơng pháp đánh giá hiệu suấtError! Bookmark not defined 1.4.2 Phƣơng pháp lập mô hình giải tích Error! Bookmark not defined 1.4.3 Phƣơng pháp lập mô hình mô Error! Bookmark not defined 1.4.4 Phƣơng pháp Đo Error! Bookmark not defined 1.4.5 So sánh phƣơng pháp Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN QUÁ TRÌNH TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC Error! Bookmark not defined 2.1 Mạng cục giao thức tầng MAC Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mạng cục (LAN – Local Area Network) Error! Bookmark not defined 2.1.2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng Error! Bookmark not defined 2.1.2.1 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên Error! Bookmark not defined 2.1.2.2 Điều khiển truy nhập xác định Error! Bookmark not defined 2.2 Các giao thức tầng Giao vận Error! Bookmark not defined 2.2.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) Error! Bookmark not defined 2.2.1.1 Cấu trúc gói số liệu TCP Error! Bookmark not defined 2.2.1.2 Thiết lập kết thúc kết nối Error! Bookmark not defined 2.2.1.3 Điều khiển lƣu lƣợng điều khiển tắc nghẽn giao thức TCP Error! Bookmark not defined 2.2.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 Error! Bookmark not defined 3.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 3.2 Các đặc điểm bật chức mô NS-2Error! Bookmark not defined 3.3 Kiến trúc NS-2 Error! Bookmark not defined 3.3.1 Bộ lập lịch kiện Error! Bookmark not defined 3.3.2 Nút mạng (node) Error! Bookmark not defined 3.3.3 Đƣờng truyền (link) Error! Bookmark not defined 3.3.4 Gói tin (packet) Error! Bookmark not defined 3.3.5 Tác tử (Agent) Error! Bookmark not defined 3.4 Tệp vết (trace file) chứa kết mô Error! Bookmark not defined 3.4.1 Tệp vết có tên mở rộng tr Error! Bookmark not defined 3.4.2 Tệp vết có tên mở rộng nam Error! Bookmark not defined 3.5 Các mô hình sinh lỗi NS-2 Error! Bookmark not defined 3.6 Các nguồn sinh lƣu lƣợng NS-2 Error! Bookmark not defined 3.7 NAM (Network Animator) số công cụ hỗ trợ việc phân tích hiển thị kết mô Error! Bookmark not defined 3.7.1 NAM Error! Bookmark not defined 3.7.2 Một số công cụ đƣợc tích hợp Linux Error! Bookmark not defined 3.7.3 PERL Error! Bookmark not defined 3.7.4 GNUPLOT Error! Bookmark not defined 3.7.5 Tracegraph Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỰC HIỆN MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC CỦA NS-2 Error! Bookmark not defined 4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 4.2 Bộ lập lịch kiện thời gian thực (RealTime Scheduler)Error! Bookmark not defined 4.3 Tap Agents Error! Bookmark not defined 4.4 Các đối tƣợng mạng Error! Bookmark not defined 4.5 Tạo nguồn lƣu lƣợng đến từ mạng thực Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰCError! Bookmark not defined 5.1 THỰC NGHIỆM 1: MINH HỌA CHẾ ĐỘ PROTOCOLError! Bookmark not defined 5.1.1 Mục tiêu thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.1.2 Thiết lập cấu hình mạng mô Error! Bookmark not defined 5.1.3 Kịch mô phỏng: Error! Bookmark not defined 5.1.4 Cách thực kết mô Error! Bookmark not defined 5.2 THỰC NGHIỆM 2: MINH HỌA CHẾ ĐỘ OPAQUEError! Bookmark not defined 5.2.1 Mục tiêu thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.2.2 Thiết lập cấu hình mạng mô Error! Bookmark not defined 5.2.3 Kịch mô phỏng[18]: Error! Bookmark not defined 5.2.4 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm 2: Error! Bookmark not defined 5.3 THỰC NGHIỆM 3: MÔ PHỎNG TRÊN MẠNG LAN:Error! Bookmark not defined 5.3.1 Mục tiêu thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.3.2 Thiết lập cấu hình mạng mô Error! Bookmark not defined 5.3.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.3.3.1 Quan sát nguồn lƣu lƣơng thực NAMError! Bookmark not defined 5.3.3.2 Tranh chấp đƣờng truyền giao thức UDP TCPError! Bookmark not defined 5.4 THỰC NGHIỆM – MÔ PHỎNG TRUYỀN THÔNG VỚI INTERNET Error! Bookmark not defined 5.4.1 Mục tiêu thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.4.2 Thiết lập cấu hình mạng mô Error! Bookmark not defined 5.4.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.5 THỰC NGHIỆM – MÔ PHỎNG VỚI INTERNET CÓ NGUỒN PHÁT UDPError! Bookmark not defined 5.5.1 Mục tiêu thực nghiệm Error! Bookmark not defined 5.5.2 Thiết lập cấu hình mạng mô Error! Bookmark not defined 5.5.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Error! Bookmark not defined CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 A Tài liệu Tiếng Việt 11 B Tài liệu Tiếng Anh 11 MỞ ĐẦU Cùng với phát triển công nghệ thông tin, đặc biệt công nghệ mạng máy tính, loại ứng dụng khác mạng ngày phong phú đa dạng Mỗi loại ứng dụng có đặc trƣng riêng yêu cầu đƣợc phục vụ, vậy, việc tìm giải pháp cho giao thức cải tiến giao thức có đƣợc nhà nghiên cứu quan tâm, nhằm đạt hiệu cao cho loại ứng dụng Tuy nhiên, giao thức đời cần có kiểm định chất lƣợng truyền tải nghiêm ngặt, cần phải đƣợc đánh giá để chọn giao thức tốt số giao thức đề xuất Công việc đánh giá đƣợc gọi đánh giá hiệu suất giao thức cách thức thực đánh giá đƣợc gọi phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức Hiện nay, có nhiều cách để đánh giá hiệu suất giao thức, vấn đề chọn phƣơng pháp cho phù hợp với khả điều kiện cụ thể Lập mô hình mô phƣơng pháp đánh giá hiệu suất mạng máy tính đại, đƣợc sử dụng rộng rãi giới So với hai phƣơng pháp phổ biến khác Lập mô hình giải tích Đo (trên mạng thực), phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm vƣợt trội, chi phí thấp, nhanh chóng xác Để tăng độ tin cậy kết nghiên cứu, ngƣời ta thƣờng sử dụng ba phƣơng pháp, hai ba phƣơng pháp nêu NS có khả tƣơng tác với mạng thực, có tất ƣu điểm chung phƣơng pháp mô cộng thêm nhiều ƣu điểm Phƣơng pháp đo Nội dung luận văn nghiên cứu khả tƣơng tác với mạng thực NS, thực mô nguồn lƣu lƣợng hệ thống mạng thực, nhằm hiểu rõ hành vi số giao thức đƣợc sử dụng Luận văn gồm phần mở đầu, năm chƣơng kết luận Nội dung của chƣơng đƣợc trình bày tóm tắt nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan lịch sử hình thành phát triển mạng máy tính, nguyên tắc trao đổi số liệu mạng mô hình tham chiếu Chƣơng trình bày đánh giá hiệu suất, tầm quan trọng việc đánh giá hiệu suất hệ thống mạng máy tính, số phƣơng pháp đánh giá hiệu suất phổ biến đƣợc sử dụng Chƣơng 2: Trình bày phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng giao thức tầng Giao vận Các giao thức đƣợc trình bày chƣơng có liên quan trực tiếp đến phần thực nghiệm mô luận văn Chƣơng 3: Trình bày thành phần mô mạng NS-2, số đặc điểm chức bật mô NS-2 Giới thiệu số công cụ cần thiết thƣờng đƣợc sử dụng để phân tích hiển thị kết mô Chƣơng 4: Trình bày khả tƣơng tác với mạng thực mô NS2, giới thiệu số đối tƣợng thực tƣơng tác với mạng thực Chƣơng 5: Trình bày kết thực mô phỏng, cụ thể kiểm chứng khả tƣơng tác với mạng thực quan sát thông lƣợng giao thức hoạt động mạng thực nhƣ: TCP, UDP Một số kết luận, nhận xét mô NS-2 kết thực nghiệm Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành PGS.TS Nguyễn Đình Việt, trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hƣớng dẫn, bảo cho nhiều lời khuyên suốt thời gian học tập, thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, đồng nghiệp khoa Tin học, trƣờng Đại học Quy Nhơn góp ý, tạo điều kiện giúp đỡ cho thời gian thực luận văn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính mạng Internet Những tiến nhanh chóng công nghiệp điện tử vi điện tử dẫn đến đời phát triển máy tính điện tử Các hệ máy tính liên tục phát triển khẳng định đƣợc vị trí hầu hết lĩnh vực kinh tế, văn hóa xã hội Máy tính xuất giải hầu hết công việc tính toán phức tạp mà ngƣời tốn hàng nghìn năm, đó, máy tính thực công việc tƣơng ứng vài ngày, chí vài Tuy nhiên, lúc máy tính thực công việc riêng rẽ, độc lập máy tính mà không giải đƣợc nhu cầu chia sẻ tài nguyên hiệu Các dịch vụ máy tính phát triển nhanh nhiều lĩnh vực, nên nhu cầu trao đổi thông tin, chia sẻ tài nguyên máy tính trở nên cấp thiết Chính nhu cầu thúc đẩy nhà nghiên cứu xây dựng nên công cụ nhằm trợ giúp ngƣời trao đổi, khai thác thông tin cách nhanh chóng, xác hiệu - mạng máy tính Vào khoảng năm 50 hệ máy tính đƣợc đƣa vào hoạt động thực tế với bóng đèn điện tử chúng có kích thƣớc cồng kềnh tốn nhiều lƣợng Khi đó, việc nhập liệu vào máy tính đƣợc thực thông qua bìa đục lỗ Các thiết bị đọc bìa máy in thiết bị vào (I/O) thông dụng máy tính Vào năm 60, máy tính trung tâm hệ kết nối với nhiều trạm cuối (terminal) thiết bị vào lúc Máy tính trung tâm làm tất việc, từ quản lý thủ tục truyền liệu, quản lý đồng trạm cuối, quản lý hàng đợi,… xử lý ngắt từ trạm cuối Để giảm nhẹ nhiệm vụ cho Máy xử lý trung tâm, sử dụng cách có hiệu vào công việc tính toán xử lý, ngƣời ta thêm vào hệ thống máy tính tiền xử lý, thiết bị tập trung, thiết bị dồn kênh dùng để tập trung tín hiệu đƣờng truyền gửi đến từ trạm cuối Máy tính xử lý trung tâm thiết bị tạo thành mạng truyền tin Vào năm 1970, máy tính đƣợc nối với trực tiếp để tạo thành mạng máy tính nhằm phân tán tải hệ thống tăng độ tin cậy Cũng thời gian bắt đầu xuất khái niệm Mạng truyền thông (communication network) Trong đó, thành phần nút mạng, thƣờng đƣợc gọi chuyển mạch (switching unit) dùng để hƣớng đơn vị thông tin (gói tin) tới đích Các nút mạng nối với đƣờng truyền (transmission line), trạm cuối đƣợc nối trực tiếp vào nút mạng Vào năm 1974, công ty IBM giới thiệu loạt thiết bị đầu cuối đƣợc chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng thƣơng mại, thông qua dây cáp mạng, thiết bị đầu cuối truy cập đồng thời vào máy tính dùng chung Năm 1977, công ty Datapoint Corporation bắt đầu bán hệ điều hành mạng "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tắt Arcnet) thị trƣờng Mạng Arcnet cho phép liên kết máy tính trạm đầu cuối lại dây cáp mạng, Arcnet trở thành hệ điều hành mạng cục Vào năm 1980 nhà nghiên cứu cho đời hệ thống đƣờng truyền tốc độ cao nhằm kết nối mạng khu vực thành phố lớn với Các đƣờng truyền tốc độ cao đƣợc dùng chung (chia sẻ) để kết nối nhiều mạng với mà không cần phải xây dựng hệ thống đƣờng truyền Năm 1983, mạng Internet thức đời, Internet mạng truyền thông toàn cầu kết nối hàng trăm nghìn mạng máy tính lại với Các mạng máy tính bao gồm mạng diện rộng (WAN) mạng cục (LAN) chủ sở hữu nằm khắp nơi toàn cầu Mỗi mạng máy tính lại có nhiều máy tính chủ (máy tính cung cấp dịch vụ) hàng trăm ngàn máy tính riêng lẻ kết nối để sử dụng dịch vụ Internet Các quốc gia có kết nối mạng Internet toàn cầu thƣờng xây dựng mạng đƣờng trục tốc độ cao, hệ thống mạng liên kết có tốc độ truyền cực cao so với tốc độ truyền hệ thống mạng thông thƣờng Tiền thân Internet APARNET, mạng diện rộng đƣợc xây dựng phát triển dựa công nghệ chuyển mạch gói phục vụ nghiên cứu Bộ Quốc phòng Mỹ năm 60 kỷ 20 Mạng kết hợp nhiều loại máy tính khác nằm cách xa để trao đổi chia sẻ tài nguyên thông tin Một mục tiêu APRANET truyền thông mạng trì có số thành phần mạng bị hỏng Ngày nay, Internet trở thành mạng mạng thông tin máy tính toàn cầu, đƣợc kết nối với dựa giao thức trao đổi số liệu TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Các dịch vụ Internet liên tục đƣợc phát triển, đáp ứng hầu hết dịch vụ thông tin liên lạc xã hội Một số dịch vụ nhƣ: E-mail: Cho phép soạn, gửi nhận thƣ điện tử mạng, xuất ngày đầu ARPANET đƣợc nhiều ngƣời quan tâm Tin tức: Các nhóm thiết kế diễn đàn đăng thông tin công cộng trao đổi thông điệp Đăng nhập từ xa: Sử dụng chƣơng trình telnet, rlogin, ssh, ngƣời sử dụng đâu Internet đăng nhập đến máy tính khác có tài khoản Truyền tệp: Sử dụng chƣơng trình FTP, ngƣời dùng chép tệp tin từ máy Internet đến máy khác Năm 1990, Tim Robert Cailliau đƣa dự án thiết kế hệ thống thông tin toàn cầu World Wide Web (WWW) dựa ý tƣởng siêu văn Sự đời WWW làm thay đổi nhiều khả ứng dụng Internet đời sống xã hội, không làm thay đổi mạng nhƣng làm cho ngƣời dùng dễ sử dụng Nó cho phép ngƣời sử dụng khai thác thông tin Internet dƣới dạng văn bản, hình ảnh, âm video dựa vào hệ thống văn siêu liên kết toàn cầu 1.2 Giao thức kiến trúc giao thức 1.2.1 Khái niệm giao thức Việc trao đổi thông tin, cho dù đơn giản nhất, phải tuân theo quy tắc định Việc truyền tín hiệu mạng cần phải có quy tắc, quy ƣớc nhiều mặt, từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) liệu thủ tục gửi/nhận liệu, kiểm soát chất lƣợng truyền tin xử lý lỗi Yêu cầu xử lý trao đổi thông tin ngƣời sử dụng cao quy tắc nhiều phức tạp Tập hợp tất quy tắc, quy ƣớc đƣợc gọi giao thức (Protocol) mạng Rõ ràng, mạng sử dụng giao thức khác tùy lựa chọn ngƣời thiết kế Tuy nhiên, tổ chức chuẩn quốc tế đƣa số giao thức chuẩn đƣợc dùng nhiều mạng khác để thuận lợi cho việc kết nối chung 1.2.2 Kiến trúc phân tầng mô hình tham chiếu ISO/OSI TCP/IP Để giảm phức tạp việc thiết kế cài đặt mạng, hầu hết mạng máy tính đƣợc phân tích, thiết kế theo quan điểm phân tầng (layering) Sự phân tầng giao thức quan trọng chia nhiệm vụ cho tầng thực chức chuyên biệt Mỗi tầng thực số chức xác định cung cấp số dịch vụ định cho tầng cao Tầng cao cần sử dụng dịch vụ tầng bên dƣới cung cấp mà không cần quan tâm chi tiết tầng bên dƣới thực dịch vụ nhƣ Các hệ thống mạng khác có số lƣợng tầng khác chức tầng khác Khi xây dựng hệ thống mạng phân tầng, ngƣời ta cần xác định số lƣợng tầng, chức tầng, sau định nghĩa mối quan hệ hai tầng đồng mức mối quan hệ hai tầng kề TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt [1] Vũ Duy Lợi (2002), Mạng thông tin máy tính, Nhà xuất Thế giới [2] Nguyễn Đình Việt (2003), “Đánh giá hiệu suất mạng thông tin máy tính”, Luận án tiến sỹ toán học [3] Nguyễn Đình Việt (2008), giảng “Đánh giá hiệu mạng máy tính” B Tài liệu Tiếng Anh [4] Andrew S Tannenbaun (1996), Computer Networks, Prentice Hall, New Jersey [5] The ns Manual, January 20, 2007, the VINT Project [6] Jae Chung and Mark Claypool, “NS by Example” [7] Eitan Altman & Tania Jimenez (2003-2004), "Ns simulator for beginners", lecture-node [8] http://www.isi.edu/nsnam [9] http://www.isi.edu/vint [10] http://www.google.com [11] http://sourceforge.net [12] http://www-mash.cs.berkeley.edu/vint/xgraph [13] Tutorial for the Network Simulator, Marc Greis [14] Giovanni Perbellini, “An Introduction to NS-2”, 2005 [15] “NS Simulator for beginners”, Eitan Altman, Tania Jimenez [16] Network Emulation in the Vint/NS Simulator, Kevin Fall, University of California, Berkeley, Computer Science Division [17] Experiences with Synthetic Network Emulation for Complex IP based Networks, Stefano Cacciaguerra [18] Network advanced modeling in NS-2, Giovanni Perbellini, 2005 [...]... KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt [1] Vũ Duy Lợi (20 02) , Mạng thông tin máy tính, Nhà xuất bản Thế giới [2] Nguyễn Đình Việt (20 03), “Đánh giá hiệu suất mạng thông tin máy tính”, Luận án tiến sỹ toán học [3] Nguyễn Đình Việt (20 08), bài giảng “Đánh giá hiệu năng mạng máy tính” B Tài liệu Tiếng Anh [4] Andrew S Tannenbaun (1996), Computer Networks, Prentice Hall, New Jersey [5] The ns Manual, January 20 , 20 07,... Claypool, NS by Example” [7] Eitan Altman & Tania Jimenez (20 03 -20 04), "Ns simulator for beginners", lecture-node [8] http://www.isi.edu/nsnam [9] http://www.isi.edu/vint [10] http://www.google.com [11] http://sourceforge.net [ 12] http://www-mash.cs.berkeley.edu/vint/xgraph [13] Tutorial for the Network Simulator, Marc Greis [14] Giovanni Perbellini, “An Introduction to NS- 2 , 20 05 [15] NS Simulator... beginners”, Eitan Altman, Tania Jimenez [16] Network Emulation in the Vint /NS Simulator, Kevin Fall, University of California, Berkeley, Computer Science Division [17] Experiences with Synthetic Network Emulation for Complex IP based Networks, Stefano Cacciaguerra [18] Network advanced modeling in NS- 2, Giovanni Perbellini, 20 05