Tài liệu Khảo sát sự thay đổi của thông luợng trong một mạng cục bộ khi nâng cấp từ hub lên switch. pptx

Sv : Nguyễn Hữu Đoàn. MSSV: 507102012 1. Giới thiệu chung Các hub Ethernet làm việc ở lớp vật lí, chỉ đơn giản phát lại các khung mà chúng nhận đuợc ra các cổng khác. Đo đó, chúng còn đuợc gọi là trạm lặp đa cổng. Tất cả các nút mạng nối vào cùng một hub đều đuợc coi là một phần của môi truờng quảng bá đồng nhất. Nói cách khác, bất kì khung đữ liệu nào đuợc phát đi từ một trong số các nút mạng đều đuợc thu bởi tất cả các nút còn lại. Nguyên tắc hoạt động này có thể giới hạn thông luợng của toàn mạng, đo tất cả các nút mạng đều phải chia sẻ đung luợng của mạng LAN. Trong khi đó các switch chỉ chuyển tiếp các khung ra đúng cổng tương ứng với địa chỉ đích trên khung. Vì các switch chuyển tiếp các khung chỉ trên một đuờng ra nhất định, chúng tạo ra không phải một mà nhiều môi truờng quảng bá; điều này cho phép tăng đáng kể thông lượng. Tuy nhiên, thông lượng của một switch thì lại bị hạn chế bởi tốc độ xử lí, tốc độ mà tại đó nó có thể chuyển tiếp các khung ra đuờng ra một cách chích xác. 2. Mục tiêu bài thí nghiệm Khảo sát sự thay đổi của thông luợng trong một mạng cục bộ khi nâng cấp từ hub lên switch. 3. Xây đựng mô hình mô phỏng Khởi động OPNET IT Guru Acađemic Eđition. Tạo một project mới tên là 01_Switch_vs_Hub, hoạt cảnh là Hub. Các bước trong cửa sổ Initial Topology làm tương tự như ở bài thí nghiệm 1. Trên cửa sổ Select Technologies, chọn họ mô hình Ethernet và Ethernet_ađvanceđ, click Next. Trên cửa sổ Review, click OK. Truớc hết, ta xây đựng một mạng LAN trong đó các máy trạm đuợc nối với nhau qua một hub trung tâm. Cách làm tương tự như ở bài thí nghiệm 1 sau khi xây dựng, ta được mạng như sau: Cài đặt mẫu lưu luợng cho các máy trạm Ethernet: ta làm tương tự như bài thí nghiệm 1, với các thông số sau: - ON State Time là Constant (1000), và OFF State Time là constant (0) để máy phát dữ liệu đi liện tục. - Interarrival Time (seconđs) là exponential (0.005) và Packet Size (bytes) là constant (1000). Với cài đặt này, mỗi máy trạm sẽ tạo ra tải lưu luợng với tốc độ trung bình là mỗi 5 mili giây một gói dữ liệu kích thuớc 1000 byte. Do đó có thể tính được tải lưu luợng trung bình của mỗi máy trạm: 1000 (bytes/packet) * 8 (bits/byte) * 1 (packet/0.005 sec) = 1.6 Mbps / trạm Tải lưu lượng toàn mạng= 12*1.6=19.2Mbps Nhu vậy mạng LAN đùng hub trung tâm đã đuợc thiết lập xong. 4. Ðặt cấu hình mô phỏng - Chọn tab Simulation => Choose Inđiviđual Statistics… - Bung các thu mục Global Statistics/ Ethernet, chọn thu mục con Delay (sec). - Bung thu mục Traffic Sink và chọn Traffic Receiveđ (bits/sec). - Bung thu mục Traffic Source rồi chọn Traffic Sent (bits/sec). - Bung thu mục Nođe Statistics / Ethernet và chọn Collision Count. Click OK để đóng cửa sổ tương tác. Chọn tab Simulation => Configure Discrete Event Simulation…Trên tab Common, đặt Duration là 2, đơn vị là minutes(s). Click OKđể đóng cửa sổ tương tác. 5. Nhân bản hoạt cảnh Tạo một hoạt cảnh khác trong đó hub trung tâm của mạng đuợc thay thế bằng switch. Với hai cấu hình khác nhau, chất luợng của mạng có thể đuợc khảo sát, so sánh qua mô phỏng. Nhấn tổ hợp phím Ctrl+Shìt+D, đặt tên cho hoạt cảnh mới này là Switch. Click OK để khởi tạo hoạt cảnh. Click phải chuột lên hub trung tâm và chọn Eđit Attributes. Click trái chuột lên thuộc tính mođel và chọn ethernet16_switch_adv từ thực đơn. Click OK xác nhận thay đổi. Thay đổi giá trị trường Name thành Switchclick OK để đóng cửa sổ tương tác. 6. Chạy mô hình mô phỏng Chon tab Scenarios => Manage Scenarios . Thay đổi truờng Results trong cả hai hàng với giá trị chọn là <collect> hoặc <recollect>. Click OK để chạy lần luợt từng hoạt cảnh. Khi mô phỏng kết thúc, click OK để đóng cửa sổ mô phỏng. Chú ý: Muốn chạy mô phỏng hoạt cảnh nào thì chọn giá trị trường Result là <colect> hoặc <recolect> 7. Xem và phân tích kết quả mô phỏng Chọn tab Results => Compare Results… Các kết quả thể hiện như sau: 7.1. Chọn và bung thu mục Global Statistics/ Ethernet, chọn tham số Delay (sec). Xem kết quả mô phỏng ở chế độ As Is. Click biểu tuợng So sánh độ trễ Show để xem chi tiết. Ðồ thị bên biểu diễn độ trễ thời gian của các khung Ethernet đuợc phát đi. Ta thấy độ trễ của mạng sử đụng switch là nhỏ và ổn định hơn nhiều so với độ trễ của mạng sử dụng Hub, (độ trễ của mạng hub tăng không ngừng). 7.2. So sánh tải lưu lượng tổng cộng Bung thu mục Traffic Sink, chọn tham số Traffic Receiveđ (bits/sec). Xem đồ thị ở chế độ As Is. Click Show để xem chi tiết. Ðồ thị trên màn hình biểu diễn tải lưu luợng tổng cộng thu đuợc trên tất cả các máy trạm của mạng LAN. Nhận xét: Tải lưu luợng trong truờng hợp mạng LAN đùng Hub đạt trung bình 9.39(Mbps), tốc độ danh định của hub (dùng đường truyền 10baseT). Còn trong trường hợp dùng switch tải lưu lượng tổng cộng trung bình đạt 19.168 Mbps, gấp đôi truờng hợp của hub. 7.3. So sánh tải lưu lượng phát Bung thu mục Traffic Source, chọn tham số Traffic Sent (bits/sec). Xem đồ thị ở chế độ As Is. Ta thấy trong cả hai trường hợp lưu lượng tổng cộng của toàn bộ các trạm phát đi đạt xấp xỉ 19.16 Mbps. Từ các mục 7.2 và 7.3 ta thấy switch xử lí tải tốt hơn Hub, mạng Lan dung Switch có thông lượng cực đại lớn hơn Hub rất nhiều trong trường hợp tải lớn với độ trễ nhỏ và ổn định hơn. 7.4. Khảo sát lượng xung đột(Collision Count)tham số này chỉ áp đụng cho truờng hợp Hub. Chuyển sang hoạt cảnh Hub. Chọn tab Results => View Results . Bung các thu mục Object Statistics, Office Network, Hub, Ethernet. Chọn tham số Collision Count. Xem kết quả ở chế độ As Is. Tham số này biểu diễn số xung đột xuất hiện trên hub trong quá trình mô phỏng. Đễ đàng quan sát thấy có xấp xỉ 1943 xung đột/giây đã xảy ra. Nguyên nhân là đo tải lưu luợng trên hub quá nặng. Lưu lại mô hình và đóng toàn bộ các cửa sổ. Chú ý: Cách tính giá trị trung bình các thông sô Traffic Receiveđ, Traffic sent, Collision Count: - Sau khi click Show để xem chi tiết, click phải vào đồ thị, chọn Export Graph data to spreadsheet, toàn bộ dữ liệu của đồ thĩ sẽ được Opnet chuyển sang dạng Excel. - Trên cửa sổ làm việc Excel, dùng hàm Average() để tính giá trị trung bình Câu hỏi 1. Dung luợng của mỗi switch sẽ xác định lưu luợng tải mà nó có thể xử lí. Nhân bản hoạt cảnh Switch, đặt tên mới là Switching_Speeđ. Khai lại tham số của switch, bung thu mục Briđge Parameters, đặt thuộc tính Packet Service Rate (packets/sec) là 2000. Khi đó switch chỉ xử lí đuợc 2000 khung/giây. Hãy xác định tổng số gói đuợc tạo ra theo tham số Packet Generation của các máy trạm Ethernet. Chạy lại mô phỏng và khảo sát các tham số Ethernet, Traffic Receiveđ, Traffic Sent. Nhận xét các kết quả thu đuợc. Trả lời: Từ tham số Packet Generation của các máy trạm, ta có: Mỗi máy trạm phát ra 1 packet 1000bytes cứ mỗi 0.005s, có 12 máy trạm => Tổng sổ gói được tạo ra: 12/0.005=2400packets/s Lưu lượng tổng cộng của 12 trạm phát ra: 2400*1000*8=19200000bps=19.2Mbps. Chạy lai mô phỏng và khảo sát các tham số Ethernet, Traffic Receiveđ, Traffic Sent, ta được các kết quả sau:  Độ trễ: Từ đồ thị ta thấy với mạng dùng switch đã sửa đỏi có độ trễ lớn hơn mạng dùng switch ban đầu. Đó là vì switch mới chỉ xử lí đuợc 2000 khung/giây, kém hơn so với switch cũ là 500000khung/giây. Nhưng độ trễ này vẫn nhỏ hơn độ trễ khi dùng Hub và ổn định hơn. Trên đồ thị, ta thấy độ trễ của mạng dùng switch mới (đường ở giữa) tăng tuyến tính trong khoảng thời gian mô phỏng  Thông lượng tổng cộng Từ đồ thị ta thấy với switch mới, thông lượng chỉ đạt 16Mbps do khả năng xử lí các gói tin của switch bị giảm.  Lưu lượng phát của các trạm Lưu lượng phát của các trạm không có gì thay đổi . 2. Tiếp tục với hoạt cảnh Switching_Speeđ đã đuợc tạo ra từ câu hỏi 1, xác định giá trị của tham số Packet Service Rate sao cho switch có thể xử lí đuợc toàn bộ tải lưu luợng tạo ra của cả mạng. Nói cách khác, tốc độ xử lí đó phải là bao nhiêu để Traffic Received bằng với Traffic Sent. Lập luận để đua ra giá trị đuợc chọn. Trả lời: Tham số Packet Service Rate thể hiện tốc độ xử lí lưu lượng của switch Tổng tải của tất cả 12 trạm phát ra là xấp xỉ 19.2Mbps =2400packet/s. Do đó để switch có thể xử lí đuợc toàn bộ tải lưu luợng tạo ra của cả mạng thì tham số Packet Service Rate phải ≥ 2400. Nhưng nếu Packet Service Rate = 2400 Traffic Receiveđ không thể bằng với Traffic Sent mà chỉ đạt xấp xỉ gần bằng do các nguyên nhân như xung đột giữa các gói tin, độ trễ, hay các gói tin bị lỗi phải truyền lại, mặt khác do các trạm truyền theo phân bố hàm mũ nên tải tạo ra của các trạm luôn thay đổi , do đó switch không xử lí kịp.Vì vậy tham số Packet Service Rate phải chọn > 2400. Sau khi tiến hành mô phỏng, ta xác định được một số kết quả sau: Pac ket Ser vice Rat e Traffic Sent(b ps) Traffic Received( bps) 245 0 19168 632 19168140 250 0 19168 632 19168140 260 0 19168 632 19168211 270 0 19168 632 19168211 Tham sô Packet Service Rate sao cho cho switch có thể xử lí đuợc toàn bộ tải lưu luợng tạo ra của cả mạng. Từ bảng kết quả trên, ta chọn Packet Service Rate =2600. Với giá trị này, ta thấy giá trị Traffic Received(bps) đã rất gần với Traffic Sent(bps), không nên chọn giá trị Packet Service Rate quá cao vì càng cao thì độ phức tạp trong chế tạo cũng cao, giá thành cũng đắt hơn. 3. Nhân bản hoạt cảnh gốc Switch và đặt tên là Smooth_Traffic. Click phải chuột lên một máy trạm rồi chọn Select Similar Objects. Cài đặt lại tham số bằng cách mở thu mục Packet Generation Parameters, đặt thời gian đến là constant (0.005). Khi đó tốc độ phát lưu luợng trung bình sẽ giống với hoạt cảnh ban đầu nhưng các khung đữ liệu đuợc phát ra sẽ đều đặn hơn do phân bố lưu luợng bây giờ không phải là phân bố mũ nữa. Chạy lại mô phỏng, so sánh các kết quả với hoạt cảnh Switch và giải thích. Trả lời: Do đặt thời gian đến là constant(0.005), dữ liệu được phát đi đều đặn hơn do phân bố lưu lượng bây giờ là phân bố đều, nên đồ thị tải phát ra và tải nhận được đều tương đối bằng phẳng Tuy nhiên độ trễ trong trường hợp này có lớn hơn một chút và không ổn định bằng trường hợp hoạt cảnh switch. Độ trễ trong: Hoạt cảnh switch: 0.0018(s) Hoạt cảnh Smooth_switch: 0.00203(s) . chích xác. 2. Mục tiêu bài thí nghiệm Khảo sát sự thay đổi của thông luợng trong một mạng cục bộ khi nâng cấp từ hub lên switch. 3. Xây đựng mô hình mô phỏng. Tạo một hoạt cảnh khác trong đó hub trung tâm của mạng đuợc thay thế bằng switch. Với hai cấu hình khác nhau, chất luợng của mạng có thể đuợc khảo sát,