Mô phỏng mạng ip và làm chủ phần mềm ns 3 (tt)

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGÔ THỊ LAN MÔ PHỎNG MẠNG IP VÀ LÀM CHỦ PHẦN MỀM NS-3 CHUYÊN NGÀNH : TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH MÃ SỐ : 60.48.15 Người hướng dẫn khoa học: TS Đinh Văn Dũng TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề Thế giới mạng viễn thơng mạng máy tính trải qua kinh nghiệm thập niên trước, phát triển chưa có tiền lệ lĩnh vực cung cấp dịch vụ, âm lượng trình truyền tin, công nghệ sử dụng Các mạng viễn thông, mà trước tập trung vào truyền tải sử dụng cơng nghệ chuyển mạch, nhanh chóng phát triển theo hướng chuyển giao kỹ thuật số, liệu, hình ảnh dùng cơng nghệ chuyển mạch gói TCP/IP Việc kết hợp hệ thống làm tăng tính phức tạp xử lý nguyên nhân dẫn đến đời phương pháp mơ hình hóa kỹ thuật mô quy hoạch, thiết kế mạng với công nghệ IP (Internet, NGN, 3G, MAN-E, ) Ngay nay, việc mơ hình hóa mơ hầu hết kỹ thuật sử dụng rộng rãi thiết kế hệ thống phức tạp linh hoạt hiệu Đồng thời, sử dụng mô làm cho việc học tập, nghiên cứu hệ thống nhà trường hiệu sở vật chất chưa đáp ứng II Mục tiêu nghiên cứu luận văn Xuất phát từ hiệu sử dụng, đồng thời xuất phát từ yêu cầu trường Đại học Cơng Nghiệp Việt – Hung: Khuyến khích giáo viên sử dụng công cụ mô giảng, để học sinh quan sát trực quan để giải vấn đề thiếu phương tiện dạy học Và từ thực tế dạy học chuyên nghành “Quản trị mạng” trường Đề tài “Mô mạng IP làm chủ phần mềm NS-3” với mong muốn sau hoàn thành giúp cho công tác giảng dạy thuận lợi để truyền đạt tối đa kiến thức đến cho sinh viên chuyên nghành “Quản trị mạng” nơi em công tác Do đó, mục tiêu đề tài cần đạt là: - Tìm hiểu phương pháp mơ hình hóa mạng IP: mơ kiện rời rạc, mơ theo vết (trace driven) phương pháp mô Monte - Làm chủ phần mềm mã nguồn mở ns-3, nắm vững lớp, mơ hình cách sử dụng lớp ns-3 III Thực minh họa mô sử dụng ns-3 Bố cục luận văn Luận văn gồm nội dung sau: Chương : Mô mạng IP Chương : Kiến trúc hệ thống phần mềm NS-3 Chương : Phát triển ứng dụng phần mềm mô NS-3 Chương MƠ PHỎNG MẠNG IP 1.1 Các phương pháp mơ hình hóa mạng IP 1.1.1 Phương pháp mơ kiện rời rạc Một mơ sử dụng mơ hình trạng thái rời rạc hệ thống gọi phương pháp mô kiện rời rạc Phương pháp ngược với phương pháp mô kiện liên tục chỗ mô kiện liên tục trạng thái hệ thống lấy giá trị liên tục Các mơ hình trạng thái liên tục sử dụng mơ hóa học trạng thái hệ thống mô tả tập trung chất hóa học Trong hệ thống máy tính, mơ hình kiện rời rạc sử dụng trạng thái hệ thống mô tả số lượng công việc thiết bị khác Lưu ý thuật ngữ “rời rạc” không dùng để giá trị thời gian sử dụng mô Phương pháp mô kiện rời rạc sử dụng giá trị thời gian liên tục hay rởi rạc Tất phương pháp mơ kiện rời rạc có chung cấu trúc Bất kể hệ thống mơ hình gì, phương pháp mơ có số thành phần sau: Nếu sử dụng ngôn ngữ lập trình đa dụng, nhà phân tích phải tự phát triển tất thành phần Nguôn ngữ lập trình mơ cung cấp vài thành phần, cịn lại nhà phân tích phải tự phát triển 1.1.2 Phương pháp mô theo vết (trace driven) Mô sử dụng trace làm đầu vào phương pháp mô trace-driven Trace ghi kiện xếp theo thời gian hệ thống thật Các phương pháp mô trace-driven thơng dụng phân tích hệ thống máy tính Chúng thường sử dụng để phân tích điều chỉnh giải thuật quản lý tài nguyên Giải thuật paging, phân tích nhớ cache, giải thuật lập lịch CPU, giải thuật ngăn chặn nghẽn giải thuật để phân chia động nhớ ví dụ trường hợp áp dụng thành công phương pháp mô Trace-driven để cập đến tài liệu Trong nghiên cứu đó, Trace tài nguyên yêu cầu dùng làm đầu vào để thực mô để mơ hình giải thuật khác 1.1.3 Phương pháp mô Monte Phương pháp mô tĩnh hay phương pháp mơ khơng có trục thời gian gọi phương pháp mơ Monte Carlo Những phương pháp thường dùng để mơ hình tượng xác suất , tượng không thay đổi đặc tính theo thời gian Giống phương pháp mô động, phương pháp mô tĩnh cần phải có tạo số giả ngẫu nhiên Phương pháp mô Monte Carlo sử dụng để tính tốn biểu thức khơng theo sắc xuất cách sử dụng phương pháp theo sắc xuất 1.2 Đánh giá phần mềm mô mạng IP 1.2.1 Các tiêu chí đánh giá phần mềm mô mạng - Phương pháp mô hỗ trợ: Các phương pháp mô phổ biến gồm có phương pháp: mơ kiện rời rạc, mô theo vết (trace driven) mô Monte - Hỗ trợ chạy tảng khác nhau: Sẽ hữu ích có chương trình mơ chạy tảng khác nhau, cụ thể hệ điều hành linux windows Trong trường hợp mơ có tải tính tốn nặng, cần quan tâm tới khả xử lí đa nhiệm, song song, hay phân tán - Hỗ trợ việc tạo topo mạng: Các chương trình mơ cần có khả tạo topo mạng phân cấp, khơng phân cấp topo mạng ngẫu nhiên 4 - Hỗ trợ giám sát: Trong q trình mơ phỏng, có lợi giám sát hoạt động mạng luồng, nút mạng hay tổng quát số tiêu chí tổng hợp Việc giám sát trợ giúp giao diện đồ họa Kết giám sát ghi vào file nhằm tạo liệu để so sánh sau hay chạy lại mô phục vụ mục đích nghiên cứu hoạt xảy - Sự cân đối, khả mở rộng, khả điều chỉnh tính mềm dẻo/ linh hoạt: Các chương trình mơ phải có kiến trúc module mở đó, mơ hình thời thay thế, chỉnh sửa, hay bổ sung mơ hình - Tính khả dụng rộng rãi: Thiết kế phần mềm chương trình mơ cơng cụ lập trình dùng chương trình mơ có tác động lớn đến tính khả dụng Lợi ích giao diện đồ họa tăng tốc thao tác chương trình mơ Và chất lượng chung tài liệu sẵn có hỗ trợ kĩ thuật yếu tố quan trọng để học cách sử dụng điều khiển chương trình mơ cách hiệu nhanh chóng - Mức độ cộng đồng mạng chấp nhận chương trình mơ phỏng: Việc chọn lựa chương trình mơ sử dụng rộng rãi chấp nhận cộng đồng mạng cho phép tạo kết dễ so sánh với kết trình bày tài liệu có, khía cạnh đó, kết dễ giới khoa học chấp nhận 1.2.2 Một số phần mềm mô mạng IP 1.3 1.2.2.1 OPNET 1.2.2.2 OMNeT++ 1.2.2.3 NS-2 1.2.2.4 JiST 1.2.2.5 SimPy So sánh hiệu suất phần mềm mô 1.3.1 Phương pháp thực Thực mơ hình mạng chạy tất phần mềm mô ns-2, OMNet++, ns-3, SimPy JiST/SWANS Bởi vì, hiệu suất q trình mơ mạng phụ thuộc chủ yếu vào mã mô hình mạng độ phức tạp tính tốn chúng 1.3.2 Khả tương đương mơ hình Thực mô phần mềm mô khác Trong ví dụ ta chạy mơ mơ hình mạng tất phần mềm mô phỏng, xác suất mát thông tin nằm khoảng 1, cấu trúc liên kết mạng hình vng giới hạn kích thước mạng từ tới 1024 nút , thời gian mô đặt 600s Kết đạt cho thấy tỷ lệ mát thông tin SimPy cao mức trung bình, nhiên nằm giới hạn chấp nhận Từ kết này, ta kết luận việc triển khai độc lập mô thực tế cho kết tương đương 1.3.3 So sánh hiệu suất Với thực tế khả mô phần mềm cho kết nhau, ta tiến hành so sánh công cụ mô riêng, đánh giá thông số: Thời gian chạy mô (simulation runtime) sử dụng nhớ (memory usage) Để đánh giá khả phần mềm mô phỏng, thực lượt chạy khác sử dụng mô Trong lượt chạy đầu tiên, xác suất thông tin đặt cố định 0.10 với kích thước mạng khoảng từ tới 3025 nút 5 Hình 1.3 Thời gian chạy mô thời gian so với kích thước mạng Lượt thứ sử dụng kích thức mạng cố định 3025 nút, xác suất thông tin nằm khoảng 0.0 1.0 Tất kết đưa sau trung bình lần thực loạt mô Trong loạt mô phỏng, thời gian mô đặt 600s 1.3.3.1 Thời gian chạy mô Hình 1.3 cho thấy thời gian chạy mơ đo kích thước mạng khác công cụ mô so sánh Trước hết, kết cho thấy SimPy không hoạt động tốt khơng thể áp dụng mơ mạng có quy mơ lớn: Đối với mạng có kích thước 3025 nút, trung bình cần tới 1225 giây để hồn thành việc chạy mơ Trái ngược với điều đó, cơng việc JiST hoàn thành nhanh khoảng 14 lần, kết thời gian thực trung bình 86s Nhìn qua hiệu suất thời gian chạy tổng thể JiST đáng kinh ngạc Thực tế cho thấy xây dựng dựa Java nhanh so với OMNeT++ ns3, công cụ thực cách tự nhiên Điều giới hạn thành công từ kiến trúc JiST: Bên cạnh việc thực song song thực thể khác nhau, JiST thực tối ưu hóa thời gian chạy dựa phân tích mã byte thực Theo hiệu suất thời gian chạy Ns-3, cải tiến kiến trúc, cụ thể việc bỏ oTCL/C++, phản ánh rõ ràng kết thu trên, ns-3 coi nhanh so với phiên trước (ns-2) Trong hiệu suất thời gian chạy OMNeT++ so với ns-3 JiST, công cụ mơ thể có khả mở rộng theo thời gian chạy mô Hình 1.4 Thời gian chạy mơ so với việc giảm xác suất Để hiểu sâu cách thức thời gian chạy công cụ mơ khác ta quan sát từ kết hình 1.4 Ở đây, hình dung thời gian chạy trung bình từ loạt mơ thứ mạng có kích thước cố định 3025 nút xác suất mát thông tin khác Với việc tăng xác suất mát thông tin, thời gian chạy mơ tự nhiên giảm cách nhanh chóng tồn cơng cụ mơ phỏng, ngày nhiều gói tin bị loại bỏ từ mơ phỏng, dẫn đến kết kiện xử lý Nói cách khác, xác suất mát thông tin trực tiếp phản ánh số kiện thực mơ Ta thấy thời gian chạy mô SimPy tăng nhanh nhiều xác xuất thông tin thấp công cụ mô khác Từ kết đó, ta kết luận thực tế SimPy có kiện xử lý lõi mô khác 1.3.3.2 Sử dụng nhớ Tương tự phân tích thời gian chạy mơ Hình 1.5 mơ tả việc sử dụng nhớ tối đa công cụ mô riêng biệt hai loạt chạy mô Hình 1.5 Bộ nhớ sử dụng so với kích thước mạng Từ kết cho thấy, JiST sử dụng tài nguyên nhớ nhiều so với công cụ mơ khác Ngồi ra, khác biệt sử dụng nhớ JiST công cụ khác tăng lên kích thước mạng lớn Hiệu suất sử dụng nhớ ns-2, OMNeT++ SimPY chia thành đường tuyến tính tương tự thể tốc độ tăng dần việc sử dụng nhớ kích thước mạng tăng ns-3 cơng cụ mô hiệu vấn đề 7 Chương KIẾN TRÚC HỆ THỐNG PHẦN MỀM NS-3 2.1 Cấu trúc phần mềm NS-3 Ns-3 phần mềm mô mạng kiện rời rạc mà lõi mơ hình mơ thực C++ Ns-3 xây dựng thư viện tĩnh động liên kết với chương trình C++, định nghĩa cấu trúc mô bắt đầu mô Ns-3 đưa tất API cho Python, cho phép chương trình Python sử dụng module Ns-3 tương tự sử dụng C++ 2.2 Lịch trình thời gian thực (RealTime Scheduler) Mục đích lịch trình thời gian thực đồng thời gian mơ với thời gian thực bên ngồi Nếu khơng có diện thời gian thực bên (biên đồng hồ) thời gian mô nhảy sau kết thúc mơ trước 2.3 Mô rời rạc với MPI Mô kiện rời rạc song song cho phép thực chương trình mơ nhiều xử lý Bằng cách chia mô thành xử lý thích hợp, LP, LP thực xử lý khác Phương pháp mô cho phép mô mô phạm vi lớn cách thúc đẩy làm tăng lực xử lý sẵn có nhớ Để đảm bảo chắn việc thực mơ rời rạc đúng, bắt buộc phải có thông điệp truyền qua LP Để hỗ trợ cho mô rời rạc ns-3, giao diện chuyển thông điệp chuẩn (Message Passing Interface (MPI)) sử dụng, với lớp mô rời rạc Hiện tại, việc phân chia mô cho mục đích rời rạc ns-3 tập trung liên kết điểm nối điểm (Point-to-Point) 2.4 Node NetDevices Node thành phần lớp Node Một lớp Node bao gồm NetDevice phận cấu trúc bên phương thức ứng dụng Đối tượng Node chứa danh sách ứng dụng (Application) (ban đầu danh sách rỗng), danh sách NetDevice (ban đầu danh sách rỗng), danh sách ProtocolHandlers, số nguyên ID ID hệ thống (đối với mô rời rạc) 2.5 Wifi NetDevice WifiNetDevice mơ hình hóa điều khiển giao tiếp mạng không dây dựa chuẩn IEEE802.11 Tập hợp mơ hình 802.11 ns-3 cung cấp thực thi xác mức MAC chi tiết kỹ thuật 802.11 cung cấp mơ hình mức PHY chi tiết kỹ thuật 802.11a Mã nguồn NetDevice Wifi có thư mục src/devices/wifi 2.6 Wimax NetDevice Khi thêm đối tượng WimaxNetDevice vào nút Ns-3, người ta tạo mơ hình mạng dựa chuẩn 802.16 Các tính quan trọng mơ hình Wimax ns-3 gồm: - Khả mở rộng, lớp vật lý thực tế mơ hình kênh - Phân loại gói tin cho lớp hội tụ IP - Hiệu kế hoạch liên kết liên kết - Hỗ trợ dịch vụ truyền đa điểm quảng bá (Multicast Broadcast Service (MBS)) chức truy tìm gói tin 8 Mã nguồn mơ hình WiMAX đặt thư mục src/devices/wimax 2.7 Các API Socket API socket tồn từ lâu sử dụng ứng dụng người dùng để truy cập dịch vụ mạng nhân mạng “Socket” khái niệm trừu tượng, giống kênh điều khiển tập tin Unix, cho phép ứng dụng kết nối với máy tính khác Internet trao đổi dịng liệu tin cậy gói liệu không tin cậy, dịch vụ với Ns-3 cung cấp loại API Socket, điều quan trọng để hiểu khác biệt chúng Loại API ns-3 tự nhiên loại thứ sử dụng dịch vụ API tự nhiên để cung cấp API giống POSIX phần trình xử lý ứng dụng tổng thể Cả loại cố gắng cho gần với API để người viết ứng dụng hệ thống Unix quen với nó, biến thể POSIX gần với API Socket hệ thống thực 2.8 Tổng quan định tuyến Ns-3 thiết kế nhằm mục đích hỗ trợ phương pháp định tuyến giao thức truyền thống, cổng hỗ trợ thực thi định tuyến mã nguồn mở tạo điều kiện để nghiên cứu kỹ thuật định tuyến khơng thống Một số vấn đề định tuyến ns-3: Kiến trúc định tuyến, cấu hình định tuyến tồn cục cấu trúc mạng có dây, giao thức định tuyến đơn, định tuyến đa luồng 2.9 Tạo mơ hình Ns-3 2.9.1 Phương pháp thiết kế Hãy xem xét việc mơ hình muốn tạo làm việc nào; nên làm Hãy suy nghĩ điều này: + Chức năng: Nó cần có chức ? Những thuộc tính hay cấu hình người dùng nhìn thấy ? + Sử dụng lại: người có khả sử dụng lại thiết kế tôi? Tôi sử dụng lại mã từ ns-2 để bắt đầu? Làm để người sử dụng tích hợp mơ hình với phần cịn lại mơ khác? + Phụ thuộc: Làm tơi làm giảm bớt phụ thuộc vào bên đoạn mã nhiều tốt (để làm cho module hóa khơng)? Ví dụ, tơi muốn sử dụng Ipv6 mà không phụ thuộc vào IPv4? Tơi có nên tránh phụ thuộc vào IP tất phiên bản? 2.9.2 Xây dựng khung cho hàm cần tạo Khi sẵn sàng để bắt đầu thực xác định muốn xây dựng Một cách để giải tạo khung cho hàm cần tạo (scaffolding) điền chi tiết hoàn thành trình thiết kế Phần mơ tả qua nhiều bước nên cần cân nhắc để định nghĩa scaffolding khung sườn không chứa nội dung mô hình thực thi Nó thường thực hành tốt để khơng phải đợi để có chi tiết kết hợp với người dùng cuối, thay đưa khung mơ hình vào hệ thống sau thêm số chức sau API q trình tích hợp dường thích hợp 2.9.3 Tạo mơ hình Ns-3 2.9.3.1 Bổ sung thêm hỗ trợ vào lớp point-to-point-net-device.h class ErrorModel; /** * Mơ hình lỗi kiện nhận gói tin Ptr m_receiveErrorModel; 2.9.3.2 Bổ sung xử lý truy cập void PointToPointNetDevice::SetReceiveErrorModel (Ptr em) NS_LOG_FUNCTION (this SetReceiveErrorModel (em); bool ErrorModel::DoCorrupt (Packet& p) NS_LOG_FUNCTION; NS_LOG_UNCOND("Corrupt!"); return false; 10 Chương PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3.1 Thực gói tin IPv6 NS-3 Ns-3 đời nhằm đáp ứng phát triển mạnh mẽ công nghệ mạng, xuất công nghệ khơng dây, bao gồm hỗ trợ tính di động multihoming Hiện nay, NS-3 đáp ứng yêu cầu công cụ mô Tuy nhiên NS-3 tập trung vào IPv4, IPv6 triển khai mạng Internet chắn giao thức sử dụng Internet năm mươi năm tới, công cụ mô mạng nên hỗ trợ cho IPv6 Hầu hết phát triển tương lai giao thức cho Internet hỗ trợ IPv6 3.1.1 Đặc điểm IPv6 Hiện nay, giao thức sử dụng giao thức mạng phiên (IPv4) Giao thức đưa vào sử dụng hiệu Tuy nhiên, phát triển ngày tăng mạng Internet gây thiếu hụt địa vấn đề bảo trì tuyến đường Vấn đề thiếu hụt địa khắc phục phần cách giới thiệu rộng rãi công nghệ NAT (Network Address Translators), cho phép kết hợp địa IP toàn cục cho nhiều máy mạng riêng Mặc dù vậy, việc sử dụng NAT gây rắc rối q trình truyền thơng máy ảnh hưởng đến hiệu suất mạng Để giải vấn đề để nâng cao dịch vụ cung cấp IP phải chấp nhận phiên IP mới, IP phiên (IPv6) IPv6 đưa để giải phần lớn vấn đề đúc kết 30 năm qua mạng Internet Đầu tiên, mở rộng khơng gian địa từ 232 tới 2128 Một địa IPv6 cấu tạo gồm 128 bit: 64 bit thường dùng để định danh mạng (phần đầu mạng), 64 bit sau dùng để định vị máy mạng Mỗi địa IPv6 phạm vi chúng: liên kết cục bộ, trang cục hay tồn cục Phạm vi có hiệu lực địa liên kết cục bị giới hạn tên liên kết đó, ví dụ địa loại dùng để truyền thông trực tiếp máy gần Một địa liên kết cục cấu hình tự động giao diện mạng cách kết hợp tiền tố FE80::/64 với IEEE802 E-64 giao diện Đối với trang không kết nối tới mạng Internet mạng riêng có phạm vi cục Những địa tương đương với địa IPv4 riêng (ví dụ 192.168.0.0) Tuy nhiên, địa không chấp nhận suốt trình định tuyến vấn đề phân định ranh giới trang Chúng thay địa cục Cuối cùng, địa IPv6 tồn cục định tuyến tồn mạng IPv6 sử dụng để truyền tải thông tin hai máy IPv6 từ xa 3.1.1.1 Phát nút mạng lân cận IPv6 có giao thức giao thức phát nút mạng lân cận (Neighbor Discovery), thực vài chức khám phá tuyến đường, phân giải địa (ánh xạ địa IP với địa lớp liên kết), tự động cấu hình địa chỉ, tìm nút mạng lân cận, định bước nhảy chuyển hướng máy Tất thông điệp IPv6 (ICMPv6) giao thức phát nút mạng lân cận truyền thực Giao thức điều khiển thông báo mạng (Internet Control Message Protocol) Giao thức phát nút mạng lân cận cung cấp thủ tục cấu hình địa chế tự động cấu hình địa Một máy tính tự động cấu hình địa IPv6 có giá trị tồn cục nhận thơng điệp thông báo định tuyến (Router Advertisement) định tuyến truy cập cục định kỳ 11 quảng bá liên kết IPv6 Một thông báo định tuyến thường cung cấp (nhiều) tiền tố liên kết để cấu hình địa tồn cầu, thêm vào địa lớp liên kết định tuyến truy cập cục Lưu ý rằng, địa IPv6 liên kết cục định tuyến lấy từ tiêu đề IPv6 thông báo định tuyến, u cầu cần thiết khơng thay đổi gói tin IPv6 cần chuyển tiếp tới định tuyến Khi nhận thông báo định tuyến, máy tính cấu hình địa IPv6 toàn cục cho tiền tố liệt kê thông báo cách kết hợp tiền tố với IEEE 802 EUI-64 giao diện nhận tin nhắn Ngồi ra, máy bổ sung thêm tuyến đường có liên quan bảng định tuyến (Tuyến đường mặc định, tuyến đường cho liên kết đích,…) đămg ký nhớ đệm nút mạng lân cận (tương đương với nhớ ARP IPv4) ánh xạ địa IPv6 với địa lớp liên kết định tuyến Hơn nữa, định tuyến truy cập cung cấp thời gian tồn cho tiền tố, thông báo để hỗ trợ máy tính biết địa không chấp nhận không nên sử dụng để bắt đầu phiên truyền thông Lưu ý rằng, IPv6 cho phép cấu hình địa tự động thơng qua Giao thức cấu hình địa động phiên (Dynamic Host Configuration Protocol version - DHCPv6) cấu hình địa tay 3.1.1.2 Phương thức nâng cao độ tin cậy kết nối IP Phương thức nâng cao độ tin cậy kết nối IP (Multihoming) trạng thái nút mạng truy cập nhiều đường, nút mạng có vài giao diện mạng kết nối tới mạng truy cập khác, mạng nút truy cập nhiều lần Trong nút mạng có địa giao diện IPv4, IPv6 cho phép nút mạng gán vài địa IPv6 (không quan tâm phạm vi địa chỉ) giao diện Một trường hợp cụ thể minh họa cấu hình liên kết cung cấp với định tuyến truy cập thông báo tiền tố Một nút mạng cấu hình địa giao diện kết nối tới liên kết này: Một địa liên kết cục bộ, địa toàn cục (từ gọi IP1 IP2), tương ứng với tiền tố Như vậy, nút mạng giao tiếp với IP1 IP2 IP1 IP2 3.1.1.3 Phương thức truyền đa điểm Phương thức truyền đa điểm IP chế chuyển gói tin IP tới nhiều điểm đến lúc cách thực gửi gói tin lần gặp điểm đến bị chia tách tạo khác Khác với IPv4, phương thức truyền đa điểm IP phần đặc tính IPv6 Ví dụ, đặc tính quảng bá IPv4 thay phương thức truyền đa điểm tới nhóm đại diện cho tất nút mạng liên kết Giao thức phát danh sách hướng (Multicast Lister Discovery) (tuơng đương với giao thức quản lý nhóm mạng IPv4) nhúng trực tiếp thông điệp ICMPv6 3.1.1.4 Mở rộng tiêu đề Bên cạnh tiêu đề IP đơn giản (( số trường chia thành so với tiêu đề IPv4) IPv6 làm cho việc định nghĩa phần mở rộng đễ dàng hơn, nhúng trực tiếp vào tiêu đề IP Tiêu đề IPv6 gồm có trường cho tiêu đề xác định giao thức từ lớp mơ hình OSI (chẳng hạn giao thức TCP UDP) IPv6 mở rộng Người đọc tham khảo phần [2] để biết thêm chi tiết định dạng tiện ích lựa chọn phổ biến 12 3.2 Các công nghệ tảng mô công thách thức mạng Thách thức kiện tác động tới hoạt động bình thường Thách thức gây lỗi lỗi lan làm cho dịch vụ chuyển vận lỗi Các thách thức tới hoạt động bình thường mạng gồm: Cấu hình sai khơng cố ý, lỗi hoạt động, công nguy hiểm, tai nạn tự nhiên quy mô lớn, thách thức môi trường Nguyên tắc phân loại thách thức mạng dùng cho công nghệ tảng mơ thể hình 3.7 Hình 3.7: Nguyên tắc phân loại thách thức mạng Nguyên tắc cần thiết để phân biệt thách thức đưa hiểu tác động chúng Các thách thức chia thành loại: Mục đích, phạm vi miền hoạt động 3.2.1 Các mơ hình thách thức vào mục tiêu Các mơ hình thách thức phân loại vào nguy hiểm hay không nguy hiểm Các thách thức khơng nguy hiểm thiếu lực người sử dụng (ví dụ: vơ tình bị cắt liên lạc, cấu hình sai tài nguyên mạng) người thiết kế (ví dụ lỗi phần cứng phần mềm cuối làm cho nút liên kết bị lỗi) Những kiện ngẫu nhiên ảnh hưởng tới nút liên kết có sẵn kết thấy đa số lỗi gặp phải Mặt khác, cơng có hại đặt đối thủ thông minh, mục tiêu cụ thể phần mạng tác động đáng kể thành phần quan trọng mạng bị lỗi 3.2.2 Các mô hình thách thức vào phạm vi Phạm vi thách thức phân loại nhiều dựa nút, liên kết phần tử mạng bị ảnh hưởng khu vực địa lý Trong nút liên kết lỗi tác động đến nhiều phần từ mạng thách thức theo vùng thường ảnh hưởng tới nhiều phần tử mạng Hiện tượng địa lý tự nhiên tác động tới khu vực rộng lớn Bão, động đất, bão mặt trời ví dụ thiên tai ảnh hưởng tới mạng phạm vi lớn Hơn nữa, tương quan địa lý sai phụ thuộc sở hạ tầng quan trọng 3.2.3 Các mơ hình thách thức vào miền hoạt động Các mạng có đặc điểm khác lớn dựa miền chúng hoạt động có dây hay khơng dây Hiệu q trình truyền thơng mạng miền khơng dây chủ yếu bị ảnh hưởng di chuyển nút suy yếu gây phương tiện khơng dây Những thách thức cố hữu lĩnh vực không dây bao gồm: kênh kết nối yếu, di chuyển nút mạng ad-hoc, thời gian trễ xác định trước Đây kết tiếng ồn, nhiễu, hiệu ứng khác từ nhân lên RF phân tán nhiều đường truyền, di động nút không dây Hơn nữa, kiện thời tiết mưa tuyết làm cho tín hiệu suy giảm làm suy yếu mạng truyền thông không 13 dây Các nút nguy hiểm làm nghẽn tín hiệu người sử dụng để làm suy yếu phiên truyền thông phương tiện không dây mở Trong mơ hình thách thức nhắc đến trực giao với kịch thách thức kết hợp thách thức loại nhỏ Ví dụ, thất bại lão hóa tự nhiên thành phần phân loại nút khơng nguy hiểm, có dây (hoặc không dây), nút bị lỗi 3.3 Nền tảng mô Để xây dựng tảng (Framework) mô bước cung cấp chi tiết thông tin thách thức bao gồm loại thách thức chi tiết cụ thể loại thách thức Bước thứ cung cấp mô tả cấu trúc liên kết mạng, bao gồm vị trí địa lý nút tọa độ logic ma trận kề Bước thứ tự động sinh mã mô ns-3 dựa cấu trúc liên kết mạng mô tả thách thức Cuối cùng, tiến hành chạy mô phân tích hiệu suất mạng theo kịch thách thức 3.4 Các ví dụ mơ Trong phần này, áp dụng tảng mô thách thức phương pháp đánh giá cấu trúc liên kết mẫu để chứng minh hữu ích phương pháp Các tham số mô ns-3 cho sau: mạng bao gồm liên kết hai chiều có dây với băng thông 10Mb/s thời gian truyền trễ 2ms Việc định tuyến thực cách sử dụng thuật tốn tìm đường ngắn Dijkstra, tính tốn lại bước, với thời gian trễ hội tụ lại coi tham số mô Lưu lượng truyền với tốc độ bit cố định (CBR) 40kb/s cặp nút, với gói tin 1000 Byte Những tham số lựa chọn khơng có tình trạng tắc nghẽn điều kiện hoạt động bình thường, mạng khơng cung cấp thơng tin để nhìn thấy tác động nút liên kết thất bại Tiến hành đo hiệu suất mạng theo thách thức tỷ lệ phân phối gói tin (PDR) 3.4.1 Các thách thức có hại khơng có hại Đầu tiên, ta đánh giá hiệu suất cấu trúc liên kết riêng thể hình 3.10 theo thách thức có hại khơng có hại Các cấu trúc liên kết chọn Sprint suy từ cấu trúc liên kết (hình 3.10.1) cấu trúc liên kết giả (hình 3.10.2 3.10.3) Các cấu trúc liên kết giả tạo cách sử dụng công cụ tạo cấu trúc liên kết KU-LoCGen KU-LoCGen tạo cấu trúc liên kết với ràng buộc địa lý địa điểm liên kết nút sử dụng mô hình Waxman sửa đổi Kết cấu trúc liên kết giả có số nút giống vị trí giống suy từ cấu trúc liên kết Sprint, nhiên số liên kết kết nối nút khác Hai đồ thị giả chọn bao gồm cấu trúc liên kết đa dạng cấu trúc khơng có liên kết để chứng minh phạm vi kết nối mạnh mẽ từ cơng nghệ mơ Các đặc tính đồ thị cấu trúc liên kết biểu diễn bảng 3.2 Bảng 3.2- Các đặc tính cấu trúc liên kết ví dụ 14 Đầu tiên tính tốn nằm (hoặc mức độ kết nối ) thành phần mạng cấu trúc liên kết, cung cấp tệp tin thách thức danh sách phần tử đưa xuống Trong hình 3.11 thể PDR liên kết xáo trộn tới Sprint suy từ cấu trúc liên kết tương ứng: (hình 3.11.1), mơ hình (hình 3.11.2) mơ hình (hình 3.11.3) Kết đánh giá PDR liên kết lỗi với trường hợp sau: 10 liên kết ngẫu nghiên lỗi cơng sử dụng 10 liên kết có thứ hạng cao sở liên kết có giá trị nằm Ngoại trừ cấu trúc liên kết giả lập 1, liên kết cơng có nhiều tác động làm giảm liên kết thất bại ngẫu nghiên 100% PDR cho trường hợp ngẫu nhiên trường hợp công cấu trúc liên kết giả lập (hình 3.10.2) số điểm trung bình thấp cấu trúc liên kết này, đường kính mạng, hệ số nhóm mức độ trung bình cao Cấu trúc liên kết giả lập có nhiều liên kết so với cấu trúc liên kết khác: 74 68 Mặt khác, liên kết công liên kết nằm cao cấu trúc liên kết giả lập kết PDR giảm tới 60% Xem xét kỹ cấu trúc liên kết giả lập (hình 3.10.3) rõ ràng xác định liên kết cắt trung tâm phía tây US nguyên nhân làm giảm nhiều kể từ phân vùng mạng sau liên kết thất bại Từ suy kết luận cách kiểm tra liên kết nằm cấu trúc liên kết giả lập bảng 1, liên kết có 140 đường ngắn Hiệu suất cấu trúc liên kết ví dụ tương phản với việc đảo ngược nút nhiễu không nhiễu thể hình 3.12 Kết đánh giá PDR nút lỗi trường hợp: 10 lỗi nút ngẫu nhiên, cơng 10 nút có thứ hạng cao dựa sở công nằm giữa, 10 nút có thứ hạng cao dựa mức độ kết nối Hình 3.12.1, 3.12.2 3.12.3 thể lỗi nút tồi tệ liên kết thất bại lỗi liên kết, nút lỗi tương đương với thất bại tất liên kết đến nút Kết thu cho thấy cơng gây suy thoái nghiêm trọng 3.4.2 Các thách thức dựa vào vùng hoạt động Như thảo, cơng nghệ sử dụng hình trịn hình đa giác để mơ hình địa lý tương quan với lỗi thể tai nạn có quy mơ lớn cần thiết cho tồn mạng Những thách thức dựa vùng mơ hình chúng tơi khơng thay đổi phát phát thời gian Tiếp theo, biểu diễn kết kịch chứng minh thách thức dựa vùng phát triển không gian thời gian Trong tất kịch bản, xem hình 3.13 sử dụng Rocketfuel suy từ cấu trúc liên kết Sprint thể hình 4a Lưu lượng ứng dụng sinh khoảng thời gian từ đến 29s kịch thách thức ứng dụng từ 10 tới 22s đồ thị hiển thị hiệu suất hình 3.14 3.4.2.1 Đường tròn tỷ lệ Để chứng minh đường tròn tỷ lệ kịch thách thức dựa vùng Chúng tơi mơ vịng trịn trung tâm (74:00, 40:71), New York, USA hình 3.13.1, với đường kính (Khoảng 111 km) Chúng chọn kịch miêu tả xung điện tử cơng (EMP) PDR hiển thị hình 3.14.1 Chúng chọn tham số mô để bán kính tăng gấp đơi giây Như thấy, PDR làm giảm gấp đơi diện tích đường tròn Việc giảm PDR phụ thuộc vào việc xét xem nút liên kết nằm bước 3.4.2.2 Vòng tròn di động Tiếp theo, chứng minh kịch dựa vùng phát triển không gian thời gian Chúng tơi mơ dịch chuyển vịng trịng theo quỹ đạo từ Orlando, USA (81:37, 28:53) tới New York, USA (-74.00, 40.71) Ba hình chụp việc phát triển thách thức hiển thị hình 7b Đường kính hình trịn giữ (tương đương 222km) Chúng chọn tham số 15 mơ minh họa đường trịn đạt đến NY giây ( để hạn chế thời gian mô phỏng) với tuyến đường ước lượng lại giây (3.10.1) Sprint suy từ cấu trúc liên kết (3.10.2) Cấu trúc (3.10.3) cấu trúc liên kết giả liên kết giả Hình 3.10: Ví dụ cấu trúc liên kết để ước tính nút liên kết lỗi [11] Hình 3.11:PDR suốt liên kết có hại khơng có hại Hình 3.12:PDR suốt nút có hại khơng có hại [11] Như hình 3.14.2, PDR làm giảm đến 93% thách thức bắt đầu bao gồm nút Orlando lúc 10s Như thách thức di chuyển phía NY quỹ đạo nó, PDR đạt vào giây thứ 13 Trong trường hợp này, thách thức vùng gồm liên kết Orlando NY, từ có nhiều đường lỗi liên kết đơn không ảnh hưởng tới PDR, cho thấy đa dạng khả sống quan trọng Khi di chuyển thách thức vào khu vực đông bắc US giây thứ 16, PDR giảm tới 66% thách thức bao gồm số nút liên kết Q trình mơ cho thấy việc di chuyển vịng trịn ngồi khu vực đông đúc mạng, PDR cải thiện, thách thức kết thúc giây thứ 22 16 3.4.2.3 Mở rộng đa giác Các đa giác hữu ích cho việc mơ hình cụ thể thách thứch địa lý thất bại lực mạng Xét ví dụ mở rộng đa giác, chúng tơi biểu diễn đa giác có mặt không vùng Trung Tây US, đặc trưng tiêu biểu Tổng công ty điện tử tin cậy vùng Bắc Mỹ (NERC) khu vực Trung Tây, với đỉnh [(-87.91 , 43.04 ), (-89.09,42.27), (-89.64,39.8), (-88.54,39.12), (-88.24 ,40.12 ), (87.65 , 41.85 )] hình 3.15 (3.13.1) Đường trịn tỷ lệ (3.13.2) Di chuyển vịng trịn (3.13.3) Mở rộng đa giác Hình 3.13: Các kịch thách thức dựa vùng Hình 3.14 PDR suốt cácthách thức dựa vùng PDR trình mơ thể hình 8c Trong mô này, cạnh đa giác không tăng 1,8 lần giây Ở giây thứ 10, Challenge ảnh hưởng tới 16 liên kết, điều làm cho PDR giảm tới 65% PDR sau tăng lên tới 93%, cho dù nhiều liên kết nhiều nút bị ảnh hưởng giây thứ Do hội tụ tuyến đường Khi tăng kích thước đa giác, PDR giảm xuống thấp tới 41%, khu vực thách thức chia cắt mạng giây thứ 21 Kiểu mơ sử dụng để tìm hiểu ràng buộc khu vực thách thức lực mạng, để mơ hình thách thức tạm thời phát triển, chẳng hạn tầng lượng thất bại làm tăng phạm vi thời gian 17 3.4.3 Các thách thức miền không dây Những thách thức khơng dây mơ thiết bị làm nhiễu làm giảm công nghệ lõi ns-3 Trong phần này, thực kịch kết hợp với loại thách thức Trong kịch này, nút làm nhiễu làm giảm di chuyển thể hình 3.15 Người gửi tọa độ (300,0) người nhận vị trí tọa độ (0,0), nút làm nhiễu tọa độ (-100,0) Trong mô nút làm giảm chạy ngang qua mạng không dây từ trái sang phải Hình 3.15: Sự phối hợp thiết bị gây nhiễu làm suy yếu thơng tin [11] Hình 3.16: PDR kịch thách thức không dây [11] Kết thực kịch hiển thị hình 3.16 Trong kịch này, thiết bị làm nhiễu lắp đặt làm cho gói tin 70% lưu lượng truyền thơng thức người gửi người nhận suy giảm quét theo chiều ngang, PDR thay đổi theo Trong khu vực việc suy giảm ảnh hưởng tới nút làm nhiễu, PDR đạt người gửi người nhận 100% Khi suy giảm ảnh hưởng tới người gửi người nhận, PDR giảm xuống 0% 18 KẾT LUẬN Mô mạng lĩnh vực ngày sử dụng rộng rãi thiết kế mạng máy tính mạng viễn thơng Các phần mềm mã nguồn mở, phần mềm thương mại xuất mang đến cho người dùng công cụ tối ưu phục vụ cho mục đích, cơng việc Sau thời gian nghiên cứu, thực đề tài rút số kết luận sau: - Trình bày tổng quan phương pháp mơ hình hóa số phương pháp mơ sử dụng - Giới thiệu số phần mềm mô mạng sử dụng - So sánh hiệu suất số phần mềm mô nay: OPNET, OMNET++, JiST, SimPy NS-2 phương pháp thực mô phỏng, hiệu suất thực hiện, thời gian chạy mô nhu cầu sử dụng nhớ thực mô - Tổng quan cấu trúc phần mềm mơ NS-3 Trình bày chức năng, cấu trúc lớp ns-3 - Ứng dụng phần mềm mô NS-3 vào thực số mô 19 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP I Kiến nghị Với mong muốn sau nghiên cứu, thực đề tài góp phần hỗ trợ việc học môn học mạng máy tính truyền thơng trường Đại học Cơng Nghiệp Việt Hung Tác giả kiến nghị với ban giám hiệu nhà trường cấp có thẩm quyền triển khai hiệu vấn đề sau: - Vận dụng phần mềm mô vào dạy học chuyên ngành “Quản trị mạng” trường để nâng cao chất lượng dạy học - Lập kế hoạch tập huấn, bồi dưỡng, tạo điều kiện cho đội ngũ giáo viên tiếp cận đưa vào nghiên cứu sử dụng phần mềm mã nguồn mở - Khuyến khích giáo viên sử dụng công cụ mô giảng, để học sinh quan sát trực quan để giải vấn đề thiếu phương tiện dạy học II Hướng nghiên cứu tiếp Luận văn phát triển số hướng: - Phát triển thêm module phần mềm mô mang NS-3 - Vận dụng chức có ns-3 để đánh giá lực mạng hệ thống lớn  ... THỐNG PHẦN MỀM NS- 3 2.1 Cấu trúc phần mềm NS- 3 Ns- 3 phần mềm mô mạng kiện rời rạc mà lõi mơ hình mơ thực C++ Ns- 3 xây dựng thư viện tĩnh động liên kết với chương trình C++, định nghĩa cấu trúc mô. .. hiệu suất phần mềm mô 1 .3. 1 Phương pháp thực Thực mơ hình mạng chạy tất phần mềm mô ns- 2, OMNet++, ns- 3, SimPy JiST/SWANS Bởi vì, hiệu suất q trình mơ mạng phụ thuộc chủ yếu vào mã mơ hình mạng độ... mở ns- 3, nắm vững lớp, mơ hình cách sử dụng lớp ns- 3 III Thực minh họa mô sử dụng ns- 3 Bố cục luận văn Luận văn gồm nội dung sau: Chương : Mô mạng IP Chương : Kiến trúc hệ thống phần mềm NS- 3