Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA Bài tập lớn mạng máy tính mô phỏng hoạt động của giao thức CSMA
Bài Tập Lớn Mạng Máy Tính Đề Tài:Lập Trình Mơ Phỏng Hoạt Động Giao Thức CSMA GVHD:TS Hà Nội, 11/2016 Hà Nội, 12 / 2017 Mô hệ thống CSMA/CD Lời nói đầu Mạng máy tính phát sinh từ nhu cầu muốn chia sẻ, dùng chung tài nguyên cho phép giao tiếp trực tuyến ứng dụng đa phương tiện mạng Giao tiếp trực tuyến bao gồm gửi nhận thông điệp, thư điện tử… ứng dụng đa phuơng tiện phát thanh, truyền hình, điện thoại qua mang, hội thỏ trực tuyến, nghe nhạc, xem phim… Sự kết hợp máy tính với hệ thống truyền thơng tao cách mạng vấn đề tổ chức khai thác sử dụng hệ thống máy tính Mơ hình tập trung dựa máy tính lớn thay mơ hình máy tính đơn lẻ kết nối lại để thực cơng việc, hình thành mơi trường làm việc nhiều người sử dụng phân tán, cho phép nâng cao hiệu khai thác tài nguyên chung từ vị trí địa lý khác Các mơ gọi mạng máy tính Với sư phát triển khoa học kỹ thuật nay, hệ thống mạng máy tính phát triển cách nhanh chóng đa dạng quy mô, hệ điều hành ứng dụng Do vậy, việc nghiên cứu để vận hành khai thác chúng ngày trở nên phức tạp Tuy nhiên, mạng máy tính có điểm chung thơng qua khảo sát, phân loại đánh giá chúng Vì vậy, báo cáo chúng em thực việc khảo sát, mô đánh giá hệ thống CSMA/CD sử dụng mạnh mẽ mạng Lan cơng nghệ Ethernet Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy TS Trần Quang Vinh tạo hội cho chúng em làm tập lớn nhiệt huyết giúp đỡ nhóm em vượt qua khó khăn việc hồn thiện tập lớn Trong q trình làm tập lớn khơng tránh khỏi sai sót thiếu kiến thức, kinh nhiệm kỹ làm tập lớn nhóm em mong có thêm nhận xét thầy, chúng em xin chân thành cảm ơn Trong báo cáo nhóm em chia làm phần chính, phần nói kĩ hệ thống CSMA bao gồm lý thuyết sở, kiểu truy cập phải sinh hệ thống CSMA/CD đồng thời phân tích giải thuật hệ thống CSMA/CD đưa hướng phân tích kết mơ Phần chúng em nói sơ lược phần mềm mơ Omnet++(Omnetpp) sử dụng để mô lại hệ thống Phần chúng em phân tích hệ thống đưa mơ hình hóa, đồng thời đưa khó 2|Page Mô hệ thống CSMA/CD khăn gặp cách giải Phần nhóm em hướng dẫn chi tiết cách để mơ hệ thống từ project viết trước thực việc build hệ thống Phần cuối báo cáo bao gồm tài liệu tham khảo thể tôn trọng nhà nghiên cứu 3|Page Mô hệ thống CSMA/CD Mục lục 4|Page Mô hệ thống CSMA/CD Danh sách hình vẽ 5|Page Mơ hệ thống CSMA/CD Danh sách bảng biểu Danh sách từ viết tắt Kí hiệu Tên viết tắt Ý nghĩa CSMA Carrier-sense multiple access CSMA/CD Carrier-sense multiple access with collision detection OMNeT++ Objective Modular Network Testbed in C++ Thời gian xử lý truyền gói tin Thời gian trễ kênh truyền 6|Page Mô hệ thống CSMA/CD Nội Dung Mơ hình giao thức CSMA/CD Lý thuyết giao thức CSMA CSMA (viết tắt từ Carrier Sense Multiple Access) giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang Ethernet hoạt động theo nguyên lý “Nghe trước nói sau” để tránh va chạm truyền chung kênh truyền Các nút mạng cục Ethernet kết nối qua kênh truyền quảng bá dùng chung, vậy, trạm gửi frame, tất trạm LAN nhận frame Khi trạm có tin cần gửi lắng nghe kênh truyền thấy có sóng mang nghĩa kênh truyền bận đợi tới kênh truyền rảnh, ngược lại truyền Tất trạm nhận tin, nhiên sau kiểm tra địa đích thấy khơng phải gửi cho tin tự động bị hủy 1.2 Các kiểu mơ hình truy cập CSMA CSMA thường sử dụng loại mơ hình truy cập kênh truyền bao gồm 1-persistent CSMA, p-persistent CSMA non-persistent CSMA 1.2.1 - Persistent CSMA Đối với mơ hình truy cập này, trạm có tin cần truyền lắng nghe kênh truyền, kênh truyền khơng có sóng mang (khơng bận) truyền Ngược lại, lại đợi kiểm tra kênh truyền liên tục kênh truyền rảnh Đây mơ hình cài đặt hệ thống CSMA/CD bao gồm Ethernet 7|Page Mô hệ thống CSMA/CD Hình Lưu đồ giải thuật 1-Persistent CSMA 1.2.2 P - persistent Đối với mơ hình truy cập này, trạm có tin cần truyền lắng nghe kênh truyền, kênh truyền có sóng mang (kênh bận) hệ thống đợi tới kênh truyền rảnh Ngược lại hệ thống tạo số ngẫu nhiên I nằm khoảng từ [0,1] I nhỏ giá trị p cho trước trạm gửi tin, ngược lại đợi mini slot time sau bắt đầu truyền lại Ở đây, giá trị mini slot time thường gấp đôi thời gian trễ kênh truyền Theo khảo sát đồ thị tính cực trị để hiệu suất kênh truyền cao giá trị p thường lấy sau: n số trạm mạng p xác suất để truy cập kênh 8|Page Mơ hệ thống CSMA/CD Hình Lưu đồ giải thuật p - persistent CSMA 1.2.3 None – Persistent Mô hình truy cập giống với mơ hình – Persistent, trạm có tin cần truyền lắng nghe kênh truyền, kênh truyền khơng có sóng mang (khơng bận) truyền Ngược lại, hệ thống lại đợi với số ngẫu nhiên nguyên lần mini slot time định nghĩa trên, sau trạm tự động bắt đầu thực việc “nghe trước nói” 9|Page Mơ hệ thống CSMA/CD Hình Lưu đồ giải thuật none - persistent CSMA 1.3 Sự kế thừa CSMA/CD từ hệ thống CSMA 1.3.1 Lý thuyết CSMA/CD Trong hệ thống CSMA phát xung đột, khó làm tăng hiệu suất kênh Do đó, hệ thống CSMA/CD đời có thêm chế xử lý xung đột Về mặt nguyên lý truy cập kênh truyền không khác CSMA truyền hệ thống ln nghe sóng mang để phát xung đột Khi phát thấy có sóng mang (bị xung đột), hệ thống thực việc xử lý gói tin cách gửi tin thông báo đồng thời đợi khoảng thời gian ngẫu nhiên, sau hết thời gian đợi bắt đầu truyền lại tin Trường hợp tin bị hủy xảy bị xung đột nhiều 10 | P a g e Mơ hệ thống CSMA/CD Hình 20 Hướng dẫn cách chọn project mô Bước Trong mô em thực việc mô hệ thống CSMA/CD cho chuẩn Ethernet 10Base5, 10Base2 100BaseT Sau chọn cấu hình mạng ta lựa chọn số lượng trạm cần mơ Ngồi ta chọn File-> Hình 21.Lựa chọn cấu hình mạng mơ 36 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD Hình Lựa chọn số lượng host mơ Hình 22 Mở lại phần lựa chọn cấu hình mạng Bước 10 Ta có hình ảnh cơng cụ chương trình mơ sau Hình 23 Hình ảnh cơng cụ trình mơ phổng • Step : để thực mơ chạy kiện • Run: để thực mô tự động xử lý kiện • Fast: tăng tốc mơ nhanh để kiểm tra tính ổn định chương trình 37 | P a g e Mơ hệ thống CSMA/CD • Express: tăng nhanh dùng việc chạy tới mốc thời gian để lấy mẫu thơng số liệu • Until: cài đặt chạy thời điểm cố định • Stop: tạm dừng mơ để quan sát đánh giá Bước 11 Ta chọn Run thực việc mơ Phân tích giá trị thiết bị hình ảnh o Tại thiết bị Transmiter* có số hiển thị “DP 0, ATP 1” nghĩa số gói tin bị hủy (Destroy packet) số lần cố gắng truyền lại (Attemp) o Tại thiết bị Receiver có kí tự hiển thị “18, 98.904” nghĩa số gói tin truyền thành coong 18 đạt hiệu suất đánh giá thời điểm 98.904% Hình 24 Hình ảnh mơ chế độ Run Để tăng tốc độ kiểm tra ổn định ta chọn FAST công cụ hệ thống tăng tốc độ nhanh muốn nhanh dùng để đạt mức thống kê số liệu ta chọn Express 38 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD Hình 25 Biểu tượng mơ chế độ Express Chọn auto-update inspectors để hệ thống tự động lấy mẫu kết hiển thị thiết bị Để hẹn chạy làm việc khác ta chọn UNTIL công cụ Việc sử dụng Until thường xuyên số kiện nhiều đồng thời ta cần thời gian đủ dài để quan sát kết Ta chọn thời gian để dừng chọn dừng gặp kiện tin Ở ta chọn kiểu mode để mơ Normal, Fast Express Hình 26 Cửa sổ thiết lập thông số chế độ Until Bước 12 Sau quan sát đánh giá hệ thống xong, ta kết thúc cách sử dụng phím tắt Ctrl + Q chọn File -> exit Chương trình bảng 39 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD gọi hàm finish() cho hệ thống project có viết hàm finish() để tổng hợp số hiệu ta chọn Yes ngược lại ta chọn No Ở ta chọn No nhóm em chưa có nhiều kinh nhiệm nên khơng hồn thiện tồn phần thống kê số liệu Hình 27 Cửa sổ chương trình mơ Hình 28 Cửa sổ lựa chọn gọi hàm finish() 4.3 Các khó khăn gặp việc mơ Do đặc thù trình mơ có thêm số lỗi phát sinh khó sửa khó debug lỗi tới vài ngày khơng thể tìm lỗi, lỗi khơng phát sinh lần mơ sang lần sau, lần sau bị lỗi làm tính ổn định hệ thống Vì sau làm việc với trình mơ nhóm em tổng hợp lại số lỗi hay gặp trình mơ Omnet++ 40 | P a g e Mơ hệ thống CSMA/CD Tính tốn hai số double q nhỏ Ngun nhân: Do trình mô Omnetpp sử dụng kiểu liệu simtime_t để mơ thời gian chạy Thường ta tư với kiểu sử dụng số double để biểu diễn giá trị thời gian, nhiên truyền tin hệ thống tự động chuyển kiểu liệu từ double sang simtime_t Do khác cấu trúc liệu, hiệu hai số double nhỏ chuyển đổi sai sinh thành số lớn nằm phạm vi biểu diễn liệu simtime_t chuyển đổi sai tạo thành số mang giá trị âm sinh lỗi mô kiện âm Giải pháp: Trước tính tốn hai số double cho ta thực thiện việc ép kiểu sang kiểu liệu simtime_t trước sau tính tốn bình thường, khơng sinh lỗi Lỗi sinh chế truyền tin Nguyên nhân: Khi ta tạo tin truyền đi, chất tin có vùng nhớ lưu giá trị Nếu trình tin ta xóa vùng nhớ phát sinh lỗi dừng hồn tồn việc mơ Giải pháp: Ta cấp phát trước truyền tin bên thu t bắt kiện tin lúc ta thực việc xóa tin Đối với tin lập lịch kiện cho thân, ta cần có chế sử dụng trạng thái thiết bị để xóa tin Các lỗi khác cách debug Trong Omnet++ có hỗ trợ cơng cụ debug ta debug chương trình cách click chuột phải vào project cần debug sau chọn Debug As -> Omnet++ Simulation sau ta chọn vào hình 41 | P a g e Mơ hệ thống CSMA/CD Hình 29 Hướng dẫn debug Omnetp++ 4.4 Kết mô Ở nhóm em lựa chọn cơng nghệ mạng 10Base2, 10Base5 100BaseT để làm tham số cho trình mô Việc mô lấy mẫu 3s hệ thống mô để đánh giá với tham số cần mô bao gồm số lượng trạm, độ dài tin Khoảng cách trạm ta sử dụng hàm phân phối Omnet++ Vì thể khơng thể truyền vào Kết thực mô mạng 10BASE2 Số lượng host Độ dài gói tin 10 520 95.278 % 99.654 % 10 780 98.571 % 99.769 % 10 1040 97.732 % 99.827 % 42 | P a g e Hiệu suất mô Hiệu suất lý thuyết Mô hệ thống CSMA/CD 10 1300 98.037 % 99.861 % 10 1500 99.28 % 99.88 % 30 520 95.181 % 99.653 % 30 780 97.947 % 99.769 % 30 1040 97.455 % 99.826 % 30 1300 97.968 % 99.861 % 30 1500 97.990 % 99.879% Bảng Bảng kết mô mạng 10Base2 43 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD Hình 30.Đồ thị quan hệ độ dài gói tin hiệu mô công nghệ 10Base2 Kết thực mô 10BASE5 Số lượng host Độ dài gói tin Hiệu suất mơ Hiệu suất lý thuyết 10 520 91.284 % 99.222 % 10 780 96.720 % 99.480 % 10 1040 95.319 % 99.609 % 10 1300 96.304 % 99.687 % 10 1500 98.12 % 99.729 % 100 520 87.074 % 99.017 % 100 780 89.128 % 99.342 % 100 1040 91.104 % 99.506 % 100 1300 92.699 % 99.604 % 100 1500 94.280 % 99.657 % Bảng Kết mô mạng 10Base% 44 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD Hình 31 Đồ thị quan hệ độ dài gói tin hiệu mơ cơng nghệ 10Base5 Kết thực mô 100BaseT Số lượng host Độ dài gói tin 10 520 84.867 % 98.192 % 10 780 99.991 % 98.787 % 45 | P a g e Hiệu suất mô Hiệu suất lý thuyết Mô hệ thống CSMA/CD 10 1040 93.409 % 99.088 % 10 1300 96.824 % 99.687 % 10 1500 98.640 % 99.729 % 100 520 57.634 % 98.029 100 780 68.334 % 98.677 100 1040 73.854 % 99.005 100 1300 76.894 % 99.202 1500 80.232 % 99.308 100 Bảng Kết mô mạng 100BaseT 46 | P a g e Mơ hệ thống CSMA/CD Hình 32 Đồ thị quan hệ độ dài gói tin hiệu mô công nghệ 100BaseT Nhận xét kết luận Nhận xét Dựa đồ thị kết cho thấy, công nghê cho kết tốt sai số khoảng chấp nhận trường hợp 10 trạm trường hợp đặc biệt 30 trạm công nghệ 10Base2 chế mơ hình hóa Mục 3, 47 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD khiến việc nhận dạng kênh truyền bận xảy gói tin tới đích hiệu khó đạt tới giá trị lý thuyết Ta nhận thấy giá trị 780 byte cho gói tin tất cơng nghệ cho giá trị tốt, chí trường hợp 100BaseT hệ thống gần khơng xảy xung đột đạt giá trị 99.99% Đối với kết trường hơp 100 trạm cho ta thấy đồ thị gần tuyến tính, kết hiệu thấp đặc thù chế mô tăng số lượng host tăng xác xuất có nhiều host truy cập thời điểm gây xung đột hệ thống, nhiên lý thuyết nhóm em khơng tìm tài liệu đề cập tới vấn đề 5.2 Kết luận Do q trình làm chưa có tính tốn kỹ lưỡng mặt thời gian đồng thời chưa có kinh nhiệm nghiên cứu mạng nên nhóm em chưa có thiết kế mơ tốt Tuy nhiên việc làm tập lớn giúp cho nhóm em học hỏi nhiều thứ mạng với kinh nhiệm kỹ khác để giúp cho công việc học tập nghiên cứu sau Nhóm em mong thầy có đánh giá nhận xét giúp chúng em tiến 48 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD Tài liệu tham khảo [1] Wikipedia,"https://en.wikipedia.org/wiki/Carriersense_multiple_access_with_collision_detection," Wikipedia, April 2017 [Online].Available:https://en.wikipedia.org/wiki/Carrier sense_multiple_access_with_collision_detection [Accessed 2-5 2017] [2] IEEE Std 802.3, 2000 Edition, IEEE Std 802.3, 2000 Edition, Secretary, IEEESA Standards Board: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2000 [3] en.wikipedia.org,"https://en.wikipedia.org/wiki/Slot_time," https://en.wikipedia.org, 26 August 2016 [Online] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Slot_time [Accessed 4-5 2017] [4] Jim Kurose, Keith Ross, Computer Networking (sixth edition), AddisonWesley, 2013, pp 453-459 [5] omnetpp group, "https://omnetpp.org/," 2016 [Online] Available: https://omnetpp.org/component/jdownloads/category/32-release-olderversions?Itemid=-1 [Accessed 2017] [6] "http://learn-networking.com," 29 january 2008 [Online] Available: http://learn-networking.com/network-design/carrier-sense-multiple-accesscollision-detect-csmacd-explained [Accessed 2-5 2017] [7] S Keshav, Publishing "http://www.cs.cornell.edu/," Group, 30 Corporate 1997 and Professional [Online] Available: http://www.cs.cornell.edu/skeshav/book/csma/ [Accessed 2-5 2017] 49 | P a g e Mô hệ thống CSMA/CD [8] Gorry Fairhurst, "http://www.erg.abdn.ac.uk," 14 2004 [Online] Available: http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/course/lan-pages/csma-cd.html [Accessed 2-5 2017] [9] https://en.wikipedia.org, https://en.wikipedia.org, "https://en.wikipedia.org/wiki/10BASE5," 11 April 2017 [Online] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/10BASE5 [Accessed May 2017] [10] Wikipedia,"https://en.wikipedia.org/wiki/Interpacket_gap," https://en.wikipedia.org, 20 December 2016 [Online] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Interpacket_gap [Accessed 1-2 May 2017] [11] TS Phạm Ngọc Thắng, Nguyễn Tiến Dũng, Giáo trình máy tính mạng máy tính, Nhà xuất giáo dục việt nam, 2013 50 | P a g e ... để tiến hành mô 15 | P a g e Mô hệ thống CSMA/ CD hoạt động mạng Mục đích ứng dụng mô hoạt động mạng thông tin, nhiên tính phổ cập linh hoạt nó, OMNeT++ sử dụng nhiều lĩnh vực khác mô hệ thống... CSMA/ CD Nội Dung Mô hình giao thức CSMA/ CD Lý thuyết giao thức CSMA CSMA (viết tắt từ Carrier Sense Multiple Access) giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang Ethernet hoạt động theo nguyên lý... OMNeT++ công cụ mô hoạt động mạng module thiết kế hướng đối tượng OMNeT++ thường sử dụng ứng dụng chủ yếu như: Mô Mô Mơ Mơ hình hoạt động mạng thơng tin hình giao thức hình hố mạng kiểu hàng đợi