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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC DŨNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC CỦA BỘ MÔ PHỎNG NS-2 LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội – 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC DŨNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC CỦA BỘ MƠ PHỎNG NS-2 Ngành : Cơng nghệ thơng tin Chuyên ngành : Truyền liệu Mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT Hà Nội – 2008 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .3 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính mạng Internet 1.2 Giao thức kiến trúc giao thức 1.2.1 Khái niệm giao thức 1.2.2 Kiến trúc phân tầng mơ hình tham chiếu ISO/OSI TCP/IP 1.2.2.1 Mơ hình tham chiếu ISO OSI 1.2.2.2 Mơ hình tham chiếu TCP/IP 11 1.2.3 Đặc tả kiểm chứng giao thức 13 1.3 Đánh giá hiệu suất giao thức 14 1.3.1 Khái niệm hiệu suất mạng độ đo hiệu suất 14 1.3.2 Tầm quan trọng việc đánh giá hiệu suất 15 1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng 16 1.4.1 Khái quát phƣơng pháp đánh giá hiệu suất 16 1.4.2 Phƣơng pháp lập mơ hình giải tích 16 1.4.3 Phƣơng pháp lập mơ hình mơ 17 1.4.4 Phƣơng pháp Đo 18 1.4.5 So sánh phƣơng pháp 18 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN QUÁ TRÌNH TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC .20 2.1 Mạng cục giao thức tầng MAC 20 2.1.1 Mạng cục (LAN – Local Area Network) 20 2.1.2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng 20 2.1.2.1 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên 21 2.1.2.2 Điều khiển truy nhập xác định 26 2.2 Các giao thức tầng Giao vận 28 2.2.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 28 2.2.1.1 Cấu trúc gói số liệu TCP 29 2.2.1.2 Thiết lập kết thúc kết nối 31 2.2.1.3 Điều khiển lƣu lƣợng điều khiển tắc nghẽn giao thức TCP 33 2.2.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 39 CHƢƠNG 3: BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 41 3.1 Giới thiệu 41 3.2 Các đặc điểm bật chức mơ NS-2 42 3.3 Kiến trúc NS-2 44 3.3.1 Bộ lập lịch kiện 47 3.3.2 Nút mạng (node) 48 3.3.3 Đƣờng truyền (link) 49 3.3.4 Gói tin (packet) 50 3.3.5 Tác tử (Agent) 51 3.4 Tệp vết (trace file) chứa kết mô 54 3.4.1 Tệp vết có tên mở rộng tr 54 3.4.2 Tệp vết có tên mở rộng nam 56 3.5 Các mơ hình sinh lỗi NS-2 56 3.6 Các nguồn sinh lƣu lƣợng NS-2 60 3.7 NAM (Network Animator) số cơng cụ hỗ trợ việc phân tích hiển thị kết mô 62 3.7.1 NAM 62 3.7.2 Một số cơng cụ đƣợc tích hợp Linux 63 3.7.3 PERL 65 3.7.4 GNUPLOT 67 3.7.5 Tracegraph 69 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỰC HIỆN MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC CỦA NS-2 .70 4.1 Giới thiệu 70 4.2 Bộ lập lịch kiện thời gian thực (RealTime Scheduler) 73 4.3 Tap Agents 75 4.4 Các đối tƣợng mạng 77 4.5 Tạo nguồn lƣu lƣợng đến từ mạng thực 78 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC 81 5.1 THỰC NGHIỆM 1: MINH HỌA CHẾ ĐỘ PROTOCOL 81 5.1.1 Mục tiêu thực nghiệm 81 5.1.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ 82 5.1.3 Kịch mô phỏng: 83 5.1.4 Cách thực kết mô 84 5.2 THỰC NGHIỆM 2: MINH HỌA CHẾ ĐỘ OPAQUE 86 5.2.1 Mục tiêu thực nghiệm 86 5.2.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ 86 5.2.3 Kịch mô phỏng[18]: 87 5.2.4 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm 2: 88 5.3 THỰC NGHIỆM 3: MÔ PHỎNG TRÊN MẠNG LAN: 91 5.3.1 Mục tiêu thực nghiệm 91 5.3.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ 91 5.3.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm 92 5.3.3.1 Quan sát nguồn lƣu lƣơng thực NAM 92 5.3.3.2 Tranh chấp đƣờng truyền giao thức UDP TCP 93 5.4 THỰC NGHIỆM – MÔ PHỎNG TRUYỀN THÔNG VỚI INTERNET 95 5.4.1 Mục tiêu thực nghiệm 95 5.4.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ 96 5.4.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm 97 5.5 THỰC NGHIỆM – MÔ PHỎNG VỚI INTERNET CÓ NGUỒN PHÁT UDP 98 5.5.1 Mục tiêu thực nghiệm 98 5.5.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ 98 5.5.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm 99 KẾT LUẬN .104 CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 105 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 106 CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .108 A Tài liệu Tiếng Việt 108 B Tài liệu Tiếng Anh 108 MỞ ĐẦU Cùng với phát triển công nghệ thông tin, đặc biệt cơng nghệ mạng máy tính, loại ứng dụng khác mạng ngày phong phú đa dạng Mỗi loại ứng dụng có đặc trưng riêng u cầu phục vụ, vậy, việc tìm giải pháp cho giao thức cải tiến giao thức có ln nhà nghiên cứu quan tâm, nhằm đạt hiệu cao cho loại ứng dụng Tuy nhiên, giao thức đời cần có kiểm định chất lượng truyền tải nghiêm ngặt, cần phải đánh giá để chọn giao thức tốt số giao thức đề xuất Công việc đánh giá gọi đánh giá hiệu suất giao thức cách thức thực đánh giá gọi phương pháp đánh giá hiệu suất giao thức Hiện nay, có nhiều cách để đánh giá hiệu suất giao thức, vấn đề chọn phương pháp cho phù hợp với khả điều kiện cụ thể Lập mơ hình mô phương pháp đánh giá hiệu suất mạng máy tính đại, sử dụng rộng rãi giới So với hai phương pháp phổ biến khác Lập mơ hình giải tích Đo (trên mạng thực), phương pháp có nhiều ưu điểm vượt trội, chi phí thấp, nhanh chóng xác Để tăng độ tin cậy kết nghiên cứu, người ta thường sử dụng ba phương pháp, hai ba phương pháp nêu NS có khả tương tác với mạng thực, có tất ưu điểm chung phương pháp mô cộng thêm nhiều ưu điểm Phương pháp đo Nội dung luận văn nghiên cứu khả tương tác với mạng thực NS, thực mô nguồn lưu lượng hệ thống mạng thực, nhằm hiểu rõ hành vi số giao thức sử dụng Luận văn gồm phần mở đầu, năm chương kết luận Nội dung của chương trình bày tóm tắt sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan lịch sử hình thành phát triển mạng máy tính, nguyên tắc trao đổi số liệu mạng mơ hình tham chiếu Chương trình bày đánh giá hiệu suất, tầm quan trọng việc đánh giá hiệu suất hệ thống mạng máy tính, số phương pháp đánh giá hiệu suất phổ biến sử dụng Chương 2: Trình bày phương pháp điều khiển truy nhập mạng giao thức tầng Giao vận Các giao thức trình bày chương có liên quan trực tiếp đến phần thực nghiệm mơ luận văn Chương 3: Trình bày thành phần mô mạng NS-2, số đặc điểm chức bật mô NS-2 Giới thiệu số công cụ cần thiết thường sử dụng để phân tích hiển thị kết mơ Chương 4: Trình bày khả tương tác với mạng thực mô NS-2, giới thiệu số đối tượng thực tương tác với mạng thực Chương 5: Trình bày kết thực mơ phỏng, cụ thể kiểm chứng khả tương tác với mạng thực quan sát thông lượng giao thức hoạt động mạng thực như: 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, trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hướng 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, trường Đại học Quy Nhơn góp ý, tạo điều kiện giúp đỡ cho thời gian thực luận văn CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính mạng Internet Những tiến nhanh chóng cơng 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 vị trí hầu hết lĩnh vực kinh tế, văn hóa xã hội Máy tính xuất giải hầu hết cơng việc tính tốn phức tạp mà người tốn hàng nghìn năm, đó, máy tính thực cơng việc tương ứng vài ngày, chí vài Tuy nhiên, lúc máy tính thực công việc riêng rẽ, độc lập máy tính mà khơng giải 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 người trao đổi, khai thác thông tin cách nhanh chóng, xác hiệu - mạng máy tính Vào khoảng năm 50 hệ máy tính đưa vào hoạt động thực tế với bóng đèn điện tử chúng có kích thước cồng kềnh tốn nhiều lượng Khi đó, việc nhập liệu vào máy tính thực thơng 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 cơng việc tính tốn xử lý, người ta thêm vào hệ thống máy tính tiền xử lý, thiết bị tập trung, thiết bị dồn kênh dùng để tập trung tín hiệu đường truyền gửi đến từ trạm cuối Máy tính xử lý trung tâm thiết bị tạo thành mạng truyền tin Vào năm 1970, máy tính 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 thơng (communication network) Trong đó, thành phần nút mạng, thường gọi chuyển mạch (switching unit) dùng để hướng đơn vị thông tin (gói tin) tới đích Các nút mạng nối với đường truyền (transmission line), trạm cuối nối trực tiếp vào nút mạng Vào năm 1974, công ty IBM giới thiệu loạt thiết bị đầu cuối chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng thương 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 trường 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 đường truyền tốc độ cao nhằm kết nối mạng khu vực thành phố lớn với Các đường truyền tốc độ cao dùng chung (chia sẻ) để kết nối nhiều mạng với mà không cần phải xây dựng hệ thống đường truyền Năm 1983, mạng Internet thức đời, Internet mạng truyền thơng tồn 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 tồn 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 tồn cầu thường xây dựng mạng đường trục tốc độ cao, hệ thống mạng liên kết có tốc độ truyền cực cao so với tốc độ truyền hệ thống mạng thông thường Tiền thân Internet APARNET, mạng diện rộng 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 cịn trì có số thành phần mạng bị hỏng Ngày nay, Internet trở thành mạng mạng thơng tin máy tính tồn cầu, kết nối với dựa giao thức trao đổi số liệu TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Các dịch vụ Internet liên tục phát triển, đáp ứng hầu hết dịch vụ thông tin liên lạc xã hội Một số dịch vụ như: E-mail: Cho phép soạn, gửi nhận thư điện tử mạng, xuất ngày đầu ARPANET nhiều người quan tâm Tin tức: Các nhóm thiết kế diễn đàn đăng thơng tin cơng cộng trao đổi thơng điệp Đăng nhập từ xa: Sử dụng chương trình telnet, rlogin, ssh, người sử dụng đâu Internet đăng nhập đến máy tính khác có tài khoản Truyền tệp: Sử dụng chương trình FTP, người dùng chép tệp tin từ máy Internet đến máy khác Năm 1990, Tim Robert Cailliau đưa dự án thiết kế hệ thống thơng tin tồn cầu World Wide Web (WWW) dựa ý tưởng siêu văn Sự đời WWW làm thay đổi nhiều khả ứng dụng Internet đời sống xã hội, khơng làm thay đổi mạng làm cho người dùng dễ sử dụng Nó cho phép người sử dụng khai thác thơng tin Internet 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 ước nhiều mặt, từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) liệu thủ tục gửi/nhận liệu, kiểm soát chất lượng truyền tin xử lý lỗi Yêu cầu xử lý trao đổi thông tin người sử dụng cao quy tắc nhiều phức tạp Tập hợp tất quy tắc, quy ước gọi giao thức (Protocol) mạng Rõ ràng, mạng sử dụng giao thức khác tùy lựa chọn người thiết kế Tuy nhiên, tổ chức chuẩn quốc tế đưa số giao thức chuẩn dùng nhiều mạng khác để thuận lợi cho việc kết nối chung 1.2.2 Kiến trúc phân tầng mơ hình tham chiếu ISO/OSI TCP/IP Để giảm phức tạp việc thiết kế cài đặt mạng, hầu hết mạng máy tính 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 cung cấp mà không cần quan tâm chi tiết tầng bên thực dịch vụ Các hệ thống mạng khác có số lượng tầng khác chức tầng khác Khi xây dựng hệ thống mạng phân tầng, người ta cần xác định số lượng tầng, chức tầng, sau định nghĩa mối quan hệ hai tầng đồng mức mối quan hệ hai tầng kề 94 nguồn phát UDP bị thăng giáng mạnh thông lượng nguồn phát TCP Nguyên nhân giao thức TCP sử dụng chế cửa sổ trượt có kích thước thay đổi Thơng lượng TCP tiếp tục tăng bên phát thực thể TCP không nhận biên nhận thời gian time-out, bên phát TCP cho có dấu hiệu tắt nghẽn nên giảm cửa sổ phát xuống đáng kể sau tăng trở lại làm thơng lượng nguồn phát TCP thăng giáng mạnh Khi thông lượng kết nối TCP tăng cao số lượng gói tin UDP bị loại lớn ngược lại thông lượng TCP giảm số lượng gói tin UDP bị loại hơn, làm cho thông lượng UDP bị thăng giáng theo thăng giáng thông lượng TCP Một số nguyên nhân làm cho thông lượng nguồn TCP UDP chiếm phần nhỏ băng thông đường truyền, là: – Bộ đệm phát đệm thu máy tính A, B, C, D khơng đủ lớn để tăng thêm thông lượng đường truyền – Hàng đợi Modem không đủ lớn để chứa tất gói tin đến từ máy A máy B trước đưa lên đường truyền đến máy C, dẫn đến loại bỏ gói tin Modem Hơn mục đích Modem truy cập Internet ADSL có dung lượng thấp, có nhớ nhỏ, tốc độ xử lý chậm Do đó, Modem khơng thích hợp cho truyền liệu mạng LAN tốc độ cao (100Mbps) – Có xung đột sử dụng đường truyền chung từ Modem đến máy C hai kết nối làm cho gói tin bị hỏng, dẫn đến thơng lượng TCP giảm đáng kể loại bỏ gói tin UDP Các lý nguyên nhân làm cho kết nối sử dụng hiệu băng thông đường truyền Khi lưu lượng đến vượt khả nhận gói tin bị loại, thời gian đợi biên nhận lâu nên bên gửi TCP cho có mát gói tin xảy Đó lý làm cho thông lượng TCP giảm đáng kể nguồn UDP bắt đầu phát Cụ thể, tổng thông 95 lượng hai kết nối thời điểm ổn định vào khoảng 10Mbps, chiếm khoảng 10% khả vận chuyển đường truyền Nguồn phát UDP máy B có thơng lượng khoảng 9.716 Mbps, đến máy nhận C cịn khoảng 4.6Mbps Điều cho thấy hạn chế thiết bị phần cứng sử dụng cho thực nghiệm có thật Để thêm tính thuyết phục nhận xét này, thực thêm thực nghiệm giống với nguồn phát UDP (9.716 Mbps), thu kết thông lượng nguồn UDP máy C Hình 5.12 Hình 5.12 Đồ thị thông lượng giao thức UDP truyền riêng Rõ ràng, lưu lượng nguồn video thu không bị hao hụt nhiều sử dụng chung đường truyền với ứng dụng ftp (Hình 5.11) 5.4 THỰC NGHIỆM – MÔ PHỎNG TRUYỀN THÔNG VỚI INTERNET 5.4.1 Mục tiêu thực nghiệm Để kết việc đánh giá giao thức không bị ảnh hưởng nhiều phần cứng trạm thu thực nghiệm 3, thực thực nghiệm khác tương tự thực nghiệm với nguồn lưu lượng phát trực tiếp Internet thông qua kết nối ADSL 96 5.4.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ Internet A FTP1 NSE E FTP2 B ADSL line C D Modem ADSL FTP3 Hình 5.13 Topo mạng mơ Mạng mơ cấu hình tương tự cấu hình mạng thực nghiệm Địa IP máy sau: A(192.54.34.190), B(150.65.7.130), E(208.113.214.86), máy lại cấu thí nghiệm mơ Máy D thực kết nối với ba máy A, B, E với đường truyền ADSL 3072/640 Kbps Tuy nhiên, thơng số đường truyền ADSL thực (do tơi đăng ký gói dịch vụ ADSL MegaYOU (downlink/uplink = 3072 Kbps/640 Kbps) nhà cung cấp dịch vụ FPT) khơng phải ln ổn định (điều hồn tồn nằm ngồi khả kiểm sốt tơi) Nên chúng tơi quan sát q trình chia sẻ đường truyền ba kết nối ftp Nguồn ftp-1 tạo cách download tệp tin “Fedora-9-i386DVD.iso” địa website: http://mirror.fraunhofer.de/download.fedora.redhat.com/fedora/linux/rele ases/9/Fedora/i386/iso/ Nguồn ftp-2 tạo cách download phần mềm “ns-allinone2.33” địa website: http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=149743 Nguồn ftp-3 tạo cách download tệp tin “driverXP.rar” địa chỉ: ftp://dung.thanhdatvn.com/ 97 5.4.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm Mô bắt đầu thực vào lúc 04h15, ngày 1/6/2008 Thời gian mô 653 giây với kết trình bày đây: Hình 5.14 Đồ thị thơng lượng ba kết nối fpt chia sẻ băng thông FPT-3 truyền đầu tiên, thời gian giây đầu thông lượng đạt 2000 Kbps (Hình 5.15 cho ta thấy rõ ràng hơn) Đến giây thứ 8, kết nối FPT-1 bắt đầu truyền thơng lượng FPT-3 giảm xuống phải chia sẻ đường truyền cho FPT-1 Hai nguồn FPT-1 FPT-3 có thơng lượng ổn định giây 125 trước có kết nối FPT-2 truyền Sau nguồn FTP-2 bắt đầu truyền, phần băng thơng chung đường truyền chia cho ba kết nối tương đối công Tuy nhiên đến giây thứ 470 thơng lượng FPT-1, FPT-2 khơng ổn định đột giảm xuống, có lẽ dịng thơng lượng phải chia sẻ dải thơng với dịng thơng lượng xuất số chặng đó, dọc theo đường truyền chung từ máy D đến hai máy tính A E Từ kết nhận trên, có nhận xét là: Các giao thức TCP đảm bảo thực công việc sử dụng đường truyền chung Bởi 98 vì, giao thức TCP có sử dụng chế điều khiển lưu lượng điều khiển tắc nghẽn (mục 2.2.1.3) Hình 5.15 Đồ thị thơng lượng kết nối 150 giây đầu 5.5 THỰC NGHIỆM – MƠ PHỎNG VỚI INTERNET CĨ NGUỒN PHÁT UDP 5.5.1 Mục tiêu thực nghiệm Mục tiêu thực nghiệm đánh giá tương tác nguồn lưu lượng thực giao thức khác tầng Giao vận vận chuyển đường truyền Internet Cụ thể đánh giá ảnh hưởng nguồn lưu lượng UDP hai nguồn lưu lượng TCP 5.5.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ Mạng mơ cấu hình tương tự mạng thực nghiệm 4, khác thay nguồn FTP3 thành nguồn UDP Hai nguồn FTP1 FTP2 thiết lập cách download tệp tin mạng Internet (http://media.thanhnien.com.vn/VIDEO/NhuChuaHeCoCuocChiaLysSo7.wm v) trang báo Thanh Niên Nguồn UDP tạo cách xem kênh tivi trực tuyến (kênh “TT Movie” trang web: 99 http://road.awardspace.com) Kênh tivi phát với tốc độ 964Kbps vận chuyển giao thức UDP Internet A FTP1 NSE E UDP B ADSL line FTP2 C D Modem ADSL Hình 5.16 Topo mạng mơ 5.5.3 Kết nhận đƣợc từ thực nghiệm Cấu hình mơ thực lần, đồng thời đo thông lượng kết nối kết sau: Kết thực mô lần 1: (01h38 – 08/06/2008) Hình 5.17(a) Kết mơ lần 100 Kết thực mô lần 2: (01h52 – 08/06/2008) Hình 5.17(b) Kết mơ lần Kết thực mô lần 3: (02h25 – 09/06/2008) Hình 5.17(c) Kết mơ lần 101 Trên hình 5.17(a), 5.17(b) 5.17(c), thơng lượng trung bình (TLTB) tính sau khoảng thời gian 5s Để thấy rõ thăng giáng TLTB kết nối trên, chúng tơi tính TLTB khoảng thời gian 0.5s, kết trình bày đây: Hình 5.18(a) Kết mơ lần 1với thời gian tính TLTB 0.5s Hình 5.18(b) Kết mơ lần với thời gian tính TLTB 0.5s 102 Hình 5.18(c) Kết mơ lần với thời gian tính TLTB 0.5s Từ kết phân tích mơ trên, chúng tơi rút số nhận xét sau: Nguồn phát lưu lượng sử dụng TCP chia sẻ đường truyền với kết nối TCP khác cách “cơng bằng”, cịn kết nối UDP khơng ln phát với thông lượng không đổi Điều dễ dàng thấy ba lần quan sát lưu lượng trên, nguồn lưu lượng TCP giảm thông lượng đột ngột có nguồn lưu lượng khác bắt đầu phát, nguồn lưu lượng UDP phát với tốc độ cố định phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng Với TCP, thông lượng đến nút (chạy NS) thăng giáng mạnh, sử dụng chế cửa sổ trượt có kích thước thay đổi (Hình 5.18(a), Hình 5.18(b) Hình 5.18(c)) Với UDP, thông lượng đến nút (chạy NS) gần không đổi, lý giao thức UDP khơng có chế điều khiển lưu lượng nên nguồn phát UDP phát với tốc độ ổn định mà không cần quan tâm đến băng thông đường truyền, trường hợp mạng tắc nghẽn thực thể gửi giao thức UDP phát liệu Điều giải thích câu hỏi “Tại 103 ứng dụng thời gian thực Video online, TV online, Music online, … người ta dùng giao thức TCP thay dùng UDP, RTP, …?” Hơn nữa, với điều kiện băng thơng cịn hạn chế nay, tất ứng dụng thời gian thực Internet dùng giao thức UDP hệ thống mạng bị tắc nghẽn Đây lý mà hầu hết (hơn 90%) lưu lượng Internet giao thức TCP vận chuyển Ngược lại với giao thức UDP, TCP giảm thông lượng truyền băng thông đường truyền giảm nhằm thích nghi với đường truyền Do đó, giao thức TCP không phù hợp với ứng dụng truyền thông thời gian thực Tuy nhiên, điều kiện băng thông cịn hạn chế UDP khơng phải giải pháp tốt để vận chuyển liệu thời gian thực 104 KẾT LUẬN Đánh giá hiệu suất phương pháp lập mơ hình mơ phương pháp nghiên cứu đại, sử dụng rộng rãi giới nhờ có ưu điểm vượt trội, là: nhanh chóng, xác hiệu quả, đặc biệt với chi phí thấp nên thích hợp cho đơng đảo người sử dụng NS-2 công cụ mô có nhiều ưu điểm trên, cho phép người sử dụng dễ dàng lập mơ hình mơ cho nhiều loại mạng khác nhau, đáp ứng hầu hết nhu cầu người nghiên cứu giao thức mạng Thêm vào đó, tính tương tác với mạng thực NS-2 làm tăng thêm tính tin cậy hệ thống, thực mơ mơi trường mạng thật, thừa kế tất ưu điểm tính mơ NS-2 thơng thường Một số ưu điểm bật mơ NS-2 có sử dụng tính tương tác với mạng thực, là: – Khả đưa nguồn lưu lượng thực vào mô ngược lại – Khả tác động lên nguồn lưu lượng thực như: tăng độ trễ, làm hỏng gói tin, loại bỏ gói tin, phát lại gói tin nhiều lần, – Khả ghi lại vết nguồn lưu lượng thực làm nguồn lưu lượng mô sau – Khả sinh gói tin để truyền thơng với mạng thực – Khả kiểm chứng vài hành vi số giao thức cài thực tế giao thức TCP, UDP Với việc hoàn thành Luận văn này, ngồi việc nắm vững hệ thống hố kiến thức tảng đánh giá hiệu suất mạng máy tính mơ NS-2, tơi đạt kết cụ thể sau khả tương tác với mạng thực NS-2: 1/ Thực nghiệm khả phản hồi lệnh Ping (thực nghiệm 1) 2/ Thực nghiệm tác động lên nguồn lưu lượng thực (thực nghiệm 2) 105 3/ Đưa nguồn lưu lượng đến từ mạng thực vào để tương tác với mạng mô (thực nghiệm 1, 2) 4/ Quan sát vết nguồn lưu lượng thực (thực nghiệm 3) 5/ Đánh giá thông lượng nguồn lưu lượng thực tầng Giao vận (thực nghiệm 3,4,5) Các kết nghiên cứu khẳng định ưu điểm bật nêu NS Tuy nhiên, chức Emulation NS-2 số hạn chế như: chưa phát triển tính phát gói tin truyền lại, gói tin ACK, loại gói tin khác đường truyền thực CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trên sở đạt được, dự kiến tiếp tục nghiên cứu vấn đề sau với công cụ NS-2: Nhận biết gói tin đường truyền thực đưa vào mơ như: gói tin truyền lại, gói tin ACK, loại gói tin khác đường truyền, Nghiên cứu đánh giá độ đo khác như: tần suất lỗi, độ trễ, thăng giáng độ trễ, gói tin nhằm đánh giá hệ thống mạng toàn diện Đánh giá việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho truyền thông đa phương tiện số mơ hình đảm bảo QoS DiffServ, IntServ… 106 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình tham chiếu OSI Hình 1.2 Mơ hình tham chiếu TCP/IP mơ hình tham chiếu OSI 11 Hình 1.3 Các giao thức mạng mơ hình TCP/IP 12 Hình 2.1 Các phương pháp điều khiển truy nhập mạng 21 Hình 2.2 Xung đột truy nhập mạng Pure ALOHA 22 Hình 2.3 Xung đột truy nhập mạng Slotted ALOHA 23 Hình 2.4 Hiệu suất sử dụng kênh truyền ALOHA Slotted ALOHA .24 Hình 2.5 Điều khiển truy nhập CSMA .25 Hình 2.6 Phương pháp dồn/tách kênh theo thời gian 28 Hình 2.7 Gói số liệu TCP với phần tiêu đề giả 29 Hình 2.8 Cấu trúc gói số liệu TCP 30 Hình 2.9 Thiết lập kết nối 32 Hình 2.10 Kết thúc kết nối 33 Hình 2.11 Trạng thái deadlock 34 Hình 2.12 Xác định thời gian – RTT 36 Hình 2.13 Minh họa thuật toán Slow Start 37 Hình 2.14 Minh họa thuật tốn Slow Start Congestion Avoidance .38 Hình 2.15 Cấu trúc gói tin UDP 39 Hình 3.1 Sự tương đờ ng C++ OTcl 44 Hình 3.2 Tổng quan NS từ góc nhìn người sử dụng 45 Hình 3.3 Cấu trúc thư mục NS 46 Hình 3.4 Bộ lập lịch kiện 47 Hình 3.5 Cấu trúc node mạng NS .49 Hình 3.6 Đường truyền .49 Hình 3.7 Cấu trúc gói tin 50 Hình 3.8 Ví dụ định dạng tệp tin vết 54 Hình 4.1 Chế độ opaque 71 Hình 4.2 Chế độ protocol 71 Hình 4.3 Giao diện mơ mạng thực .72 Hình 4.4 Vịng lặp lịch trình thời gian thực Real-Time 74 Hình 4.5 Chức Tap Agent mô 76 Hình 5.1 Kết lệnh Ping đến máy chủ Yahoo 81 Hình 5.2 Topo mạng mô .82 Hình 5.3 Sơ đồ minh họa cách NS-2 phản hồi lệnh Ping 83 Hình 5.4 Kết mơ thực nghiệm 85 Hình 5.5 Topo mạng mô .86 Hình 5.6 Thơng lượng luồng video thực nghiệm 89 Hình 5.7(a) Thơng lượng luồng video hai card mạng với tỉ lệ lỗi 10% .89 Hình 5.7(b) Thông lượng luồng video hai card mạng với tỉ lệ lỗi 20% 90 107 Hình 5.7(c) Thơng lượng luồng video hai card mạng với tỉ lệ lỗi 30% .90 Hình 5.7(d) Thơng lượng luồng video hai card mạng với tỉ lệ lỗi 50% 90 Hình 5.8 Topo mạng mơ .92 Hình 5.9 Cấu hình mạng mơ 92 Hình 5.10 Quan sát nguồn lưu lượng thực 92 Hình 5.11 Đồ thị tranh chấp đường truyền giao thức TCP UDP 93 Hình 5.12 Đồ thị thông lượng giao thức UDP truyền riêng 95 Hình 5.13 Topo mạng mô 96 Hình 5.14 Đồ thị thơng lượng ba kết nối fpt chia sẻ băng thông 97 Hình 5.15 Đồ thị thơng lượng kết nối 150 giây đầu 98 Hình 5.16 Topo mạng mơ 99 Hình 5.17(a) Kết mô lần .99 Hình 5.17(b) Kết mơ lần 100 Hình 5.17(c) Kết mơ lần .100 Hình 5.18(a) Kết mơ lần 1với thời gian tính TLTB 0.5s 101 Hình 5.18(b) Kết mơ lần với thời gian tính TLTB 0.5s 101 Hình 5.18(c) Kết mơ lần với thời gian tính TLTB 0.5s 102 CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH congestion control : điều khiển tắc nghẽn emulation : mô tương tác với mạng thực end-to-end : đầu cuối – đầu cuối entry point : điểm vào flow control : điều khiển lưu lượng frame : khung liệu tầng liên kết liệu live network : mạng thực opaque mode : chế độ “khơng suốt” payload : tải gói tin protocol mode : chế độ giao thức round trip time : thời gian throughput : thông lượng time-out : hết traffic : lưu lượng 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt [1] Vũ Duy Lợi (2002), Mạng thơng tin máy tính, Nhà xuất Thế giới [2] Nguyễn Đình Việt (2003), “Đánh giá hiệu suất mạng thơng tin máy tính”, Luận án tiến sỹ tốn 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 ... mô nút mạng đường truyền bị hỏng – Khả mô tương tác với mạng thực: NS có giao diện đặc biệt, cho phép lưu lượng thực qua nút mạng tương tác với mô chạy nút mạng Nghiên cứu áp dụng khả tương tác. .. thiệu số đối tượng thực tương tác với mạng thực Chương 5: Trình bày kết thực mô phỏng, cụ thể kiểm chứng khả tương tác với mạng thực quan sát thông lượng giao thức hoạt động mạng thực như: TCP, UDP... TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC .20 2. 1 Mạng cục giao thức tầng MAC 20 2. 1.1 Mạng cục (LAN – Local Area Network) 20 2. 1 .2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng 20 2. 1 .2. 1