báo cáo bài tập lớn môn cơ sở mạng thông tin
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ MẠNG THÔNG TIN ĐỀ BÀI SỐ 2 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS PHẠM VĂN TIẾN SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Ngọc Mạnh(TN) MSSV:20071914 Lưu Tiến Đạt MSSV:20070716 Nguyễn Viết Thu MSSV:20072801 HÀ NỘI 11/2010 1 Tóm tắt nội dung báo cáo : I, Đề bài và phân tích yêu cầu 3 II. Cách thức tiến hành công việc 4 III. Giới thiệu về NS2 4 IV, Nội dung chương trình mô phỏng 8 V, Kết quả mô phỏng 13 VI,Kết luận 24 2 I, Đề bài và phân tích yêu cầu : 1.Đề bài: Các thông số của mạng : - Mạng gồm 7 nút - Các liên kết giữa các nút có trễ truyền lan 10ns, chiều dài hàng đợi là 50. Cụ thể : + Các liên kết giữa các máy tính và các bộ định tuyến thuộc loại 100BaseT có băng thông 100 Mbps + Băng thông các liên kết giữa các nút như trên hình vẽ - Mạng truyền 2 nguồn thông tin : + Thứ nhất là nguồn lưu lượng tcp - ứng dụng FTP : Kích thưóc file : 50MByte Kích thước gói : 1400 byte + Thứ hai là luồng udp - traffic CBR Tốc độ : 1Mbps Kích thước gói : 1024 byte Nguồn lưu lượng tcp khởi động trước luồng udp : 10s 2, Yêu cầu : - Viết kịch bản và chạy mô phỏng mạng với thời gian lớn hơn 2 phút - Thu thập số liệu về khả thông của mỗi luồng và vẽ đồ thị - Thu thập và vẽ đồ thị cửa sổ tắc nghẽn (congestion window) 3 - Thay đổi tham số luồng udp sau đó thu thập và vẽ đồ thị tỷ lệ mất gói tại node_1 và node_2 của luồng udp. II. Cách thức tiến hành công việc: II.1. Công việc chung: -Tìm hiểu về NS2 -Viết các chương trình đơn giản và chạy trong NS2 -Tạo topology cho bài tập lớn và tự tạo kịch bản để chạy. II.2. Phân chia công việc: 1.Nguyễn Ngọc Mạnh (trưởng nhóm) : -Cài đặt NS2, tìm tài liệu liên quan và cung cấp cho các thành viên trong nhóm. Điều phối công việc của nhóm. -Tìm hiểu khái niệm congestion window -Thu thập số liệu và vẽ cửa sổ tắc nghẽn. -Thay đổi tốc độ luồng UDP và thu thập số liệu. -Tổng hợp , báo cáo. 2.Lưu Tiến Đạt: -Tìm hiểu về Xgraph -Xây dựng chương trình tính khả thông cho mỗi luồng. -Tìm hiểu về UDP,TCP 3.Viết Thu: -Tìm hiểu về awk -Viết chương trình tính tỉ lệ mất gói tại node_1, node_2. III. Giới thiệu về NS2 NS (phiên bản) là phần mềm mô phỏng mạng điều khiển sự kiện riêng rẽ hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely, viết bằng ngôn ngữ C++ và OTcl. NS rất hữu ích cho việc mô phỏng mạng diện rộng (WAN) và mạng local (LAN). Bốn lợi ích lớn nhất của NS-2 phải kể đến đầu tiên là: • Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại • Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng • Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thực thi được trong thực tế • Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau 4 Các lệnh cơ bản: 1. Tạo biến mới Để tạo một biến mới ta dùng lệnh set. Có 3 cách dùng lệnh set như sau: set a 0 : Tạo một biến a và gán cho a giá trị bằng 0. set b $a: Tạo biến b và gán cho b giá trị bằng giá trị của biến a set a [] : Tạo biến a và gán cho a giá trị của một hàm ở trong “[]”. set a [ new Node]: Tạo biến a và thiết lập a là một node. Node là một đối tượng ở trong NS2 2. Kiểu biến Chú ý rằng ở trong Tcl cũng như trong NS2 không có kiểu của biến. Biến là string hay interger phụ thuộc vào giá trị ta gán cho biến. Ví dụ: set a [expr 1/20] : a có giá trị bằng 0. set a [expr 1.0/20.0] : a có giá trị chính xác là 0.05 Điều này rất quan trọng trong quá trình lập trình cho NS2. 3. Lệnh puts Lệnh puts dùng để ghi giá trị ra bên ngoài. Trong NS2 thì lệnh puts sẽ ghi ra bảng lệnh terminal. Mỗi lần lệnh puts được gọi, nó sẽ tạo ra một dòng mới. Ngoài ra lệnh puts còn được dùng để ghi các giá trị lên một biến được dùng để ghi giá trị ra ngoài (trong nam hoặc graph) đã được định nghĩa từ trước. Ví dụ: set nf [open out.nam w]n puts $nf “$a” 4. Lệnh if Cấu trúc lệnh if cũng giống như trong c++: if{expression} { <execute some comands> } else{ <execute some comand> } 5. Vòng lặp for for{ set i 0}{$i < 5} {incr i}{ <execute some comands> } 6. Chương trình con Trong Tcl cũng như trong NS2, để chú thích ta sử dụng dấu # ở đầu dòng. Điều này sẽ làm cho chương trình thoáng, gọn gang hơn, dễ đọc và dễ sửa sai. 5 Cấu trúc của một chương trình con: proc test2 { par1, par2, par3…}{ global var1, var2, var3…. <some command> return $something } Chú ý là lệnh return có thể có hoặc không. 1. Phần mềm mô phỏng Nam Ở đây chúng ta chỉ nói đến một số lệnh cơ bản thường để sử dụng Nam trong phần mềm mô phỏng mạng NS2. Chú ý rằng nếu chạy trực tiếp chương trình Nam thì các lệnh có thể sẽ khác đi. - Tạo file theo dõi hệ thống phục vụ cho việc mô phỏng: set nf [open out.nam w] $ns namtrace-all $nf - Gọi phần mềm mô phỏng Nam. Lệnh này thường được đặt trong chương trình con “finish” exec nam out.nam & Lệnh này sẽ gọi chương trình Nam và chạy nó dựa vào file theo theo dõi out.nam - Xác định vị trí các node trong cửa sổ Nam $ns duplex-link-op $node1 $node2 orient right Chú ý rằng ở câu lệnh trên right là dùng để chỉ phương hướng. Hoàn toàn có thể thay right bằng left, right – down, down, left – down, v.v - Gán màu cho các gói tin khi chạy chương trình mô phỏng $ns color 1 red # Gán cho các gói tin thuộc luồng 1 màu đỏ - Gán màu cho node $node color red # có thể thay red bằng blue, green, yellow…… - Gán hình dạng cho các node $node shape box - Gán màu sắc cho đường link $ns duplex-link-op $node1 $node2 “green” 2. Theo dõi sự kiện 2a. Các lệnh theo dõi cơ bản Các lệnh cơ bản dùng để theo dõi các sự kiện trên hệ thống: - Cân bằng cấp phát bộ đệm cho tất cả các file theo dõi: $ns flush-trace - Tạo một đối tượng theo dõi: 6 Cấu trúc: create-trace {type filename scr dst} Ví dụ : $ns create-trace Drop $tf $n0 $n2 - Theo dõi tất cả các sự kiện trên hệ thống: $ns trace-all $tf 2b. Cấu trúc file trace Mỗi một lệnh theo dõi trong các lệnh trên sẽ có các cấu trúc đầu ra khác nhau. Ở đây chúng ta chỉ xét đến cấu trúc file đầu ra của lệnh “trace- all”. Với các công cụ phân tích file dữ liệu có sẵn như awk, grep, perl,…. Chúng ta có thể có được tất cả các thông tin mong muốn trong quá trình hệ thống mạng được mô phỏng bằng cách phân tích file “trace-all”. File trace được tổ chức trong 12 trường như trong hình dưới 1. Trường đầu tiên mô tả loại sự kiện, được cho bởi một trong 4 kí tự r, +, -, d tương ứng với các trường hợp đã nhận (ở đầu ra của link), đã xếp vào trong hàng đợi (enqueued), rời khỏi hàng đợi (dequeued), đã bị hủy (dropped) 2. Trường thứ hai biểu diễn thời gian sự kiện xuất hiện. 3. Thông báo node input của link nơi sự kiện xảy ra. 4. Thông báo node ouput của link nơi sự kiện xảy ra. 5. Loại gói tin ( ví dụ TCP, CBR, tên loại tương ứng với tên của application mà chúng ta đã đặt, ví dụ trong phần trước thì application TCP được gọi là “tcp”). 6. Kích cỡ gói tin. 7. Một vài loại cờ. Chúng ta sẽ xét ở phần sau. 8. Flow id (fid) của Ipv6 mà người dùng thiết lập cho mỗi luồng (flow) tại đầu vào OTcl cript. Ta có thể dùng trường này để phân tích kết quả, cũng như để thiết lập màu sắc cho các luồng trong mô phỏng NAM. 9. Địa chỉ của nguồn, nơi phát gói tin, được cho dưới dạng “node.port”. 7 10. Địa chỉ của nguồn đích, nơi nhận gói tin, được cho với cùng dạng như trên. 11. Số chuỗi các gói tin của một lớp giao thức mạng. Mặc dù thành phần UDP trong mạng thực tế không có số các chuỗi nhưng ns vẫn giữ lại các vết (track) để phân tích kết quả. 12. Trường cuối cùng ghi chỉ số id của gói tin (unique id of packet). IV, Nội dung chương trình mô phỏng: Mở đầu một chương trình mô phỏng luôn luôn là một lệnh tạo một đối tượng Simulator: set ns [new Simulator] -gán màu cho 2 luồng dữ liệu: $ns color 1 Blue $ns color 2 Red -Tạo file lưu cửa sổ tắc nghẽn set cwnd [open cwnd.tr w] - Tạo file trace lưu tất cả các thông số về mạng đang xét set tracefile [open TraceAll.tr w] $ns trace-all $tracefile Tiếp theo ta thiết lập file ghi lại các thông tin theo dõi phục vụ cho việc chạy Nam và các lệnh để tạo ra các node: set nf [open out.nam w] $ns namtrace-all $nf -Tạo 2 file chứa thông tin băng thông: set f1 [open khathong1.tr w] set f2 [open khathong2.tr w] - Xác định phương thức định tuyến cho mạng : $ns rtproto Session Tạo các nút: set s1 [$ns node] set s2 [$ns node] set n1 [$ns node] set n2 [$ns node] set n3 [$ns node] 8 set n4 [$ns node] set d0 [$ns node] -Tạo liên kết giữa các nút: $ns duplex-link $s1 $n1 100Mb 10ns DropTail $ns duplex-link $s2 $n1 100Mb 10ns DropTail $ns duplex-link $n1 $n2 1.5Mb 10ns DropTail $ns duplex-link $n1 $n3 20Kb 10ns DropTail $ns duplex-link $n1 $n4 1.5Mb 10ns DropTail $ns duplex-link $n2 $n3 1Mb 10ns DropTail $ns duplex-link $n4 $n3 1.5Mb 10ns DropTail $ns duplex-link $n3 $d0 100Mb 10ns DropTail -Giới hạn kích thước hàng đợi giữa các liên kết: $ns queue-limit $n1 $n2 50 $ns queue-limit $n2 $n3 50 $ns queue-limit $n3 $d0 50 $ns queue-limit $n1 $n4 50 $ns queue-limit $n4 $n3 50 $ns queue-limit $n1 $n3 50 $ns queue-limit $s1 $n1 50 $ns queue-limit $s2 $n1 50 -Xắp sếp vị trí các nút trong NAM $ns duplex-link-op $s1 $n1 orient right-down $ns duplex-link-op $s2 $n1 orient right-up $ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up $ns duplex-link-op $n2 $n3 orient right-down $ns duplex-link-op $n3 $d0 orient right $ns duplex-link-op $n1 $n4 orient right-down $ns duplex-link-op $n4 $n3 orient right-up $ns duplex-link-op $n1 $n3 orient right -Đặt nhãn cho các nút: $s1 label " Source 1 " $s2 label " Source 2" $d0 label " Destination " $n1 label " n1" $n4 label " n2 " $n3 label " n3" $n2 label " n4 " -Đặt kích thước băng thông cho các liên kết: $ns duplex-link-op $n1 $n2 label "1.5Mb" $ns duplex-link-op $n2 $n3 label "1.5Mb" $ns duplex-link-op $n1 $n4 label "1.5Mb" $ns duplex-link-op $n4 $n3 label "1Mb" $ns duplex-link-op $n1 $n3 label "20Kb" -Tạo cost cho các liên kết theo băng thông: $ns cost $n1 $n2 1 $ns cost $n1 $n3 77 $ns cost $n1 $n4 1 $ns cost $n2 $n3 2 9 $ns cost $n3 $n4 1 - Tạo ra các nguồn lưu lượng : + Nguồn lưu lượng tcp và gắn mã luồng 1 cho nguồn lưu lượng này : set tcp [new Agent/TCP] $ns attach-agent $s1 $tcp set sink2 [new Agent/TCPSink/DelAck] $ns attach-agent $d0 $sink2 $ns connect $tcp $sink2 $tcp set fid_ 1 $tcp set packetSize_ 1400 -Cài đặt ứng dụng FTP cho TCP set ftp [new Application/FTP] $ftp attach-agent $tcp $ftp set type_ FTP -Thiết lập UDP và kết nối set udp [new Agent/UDP] $ns attach-agent $s2 $udp set sink1 [new Agent/LossMonitor] $ns attach-agent $d0 $sink1 $ns connect $udp $sink1 $udp set class_ 2 -Cài đặt ứng dụng CBR cho UDP set cbr [new Application/Traffic/CBR] $cbr attach-agent $udp $cbr set type_ CBR $cbr set packet_size_ 1024 $cbr set rate_ 1Mb - Thủ tục record với chức năng thu thập số liệu về băng thông và cửa sổ tắc nghẽn : proc record {} { global tcp cwnd sink1 sink2 f1 f2 set ns [Simulator instance] set time 0.5 #so byte nhan duoc tu moi luong set bw1 [$sink1 set bytes_] set bw2 [$sink2 set bytes_] #cai dat thoi gian hien tai set now [$ns now] #tinh toan bang thong va ghi no vao file puts $f1 "$now [expr $bw1/$time*8/1000000]" puts $f2 "$now [expr $bw2/$time*8/1000000]" #Reset gia tri sink 10 [...]... thu tuc "finish" sau 150s $ns at 150.0 "finish" -Chạy mô phỏng $ns run V, Kết quả mô phỏng : 1, Mô hình thu được trên NAM : a, Khi tốc độ luồng udp la 1MB - Mô hình mô phỏng mô phỏng trước 10s( dùng công cụ edit cua Nam đễ sắp xếp) - mô phỏng sau 10.1s: 12 13 b,Khi tốc độ luồng udp1 là 1.5MB mô phỏng sau 10.1s: 14 c,Khi tốc độ luồng udp1 là 2MB mô phỏng sau 10.1s: 15 2, Các đồ thị thu được : a, Khi tốc... VI,Kết luận : Môn cơ sở mạng thông tin là một môn học chuyên ngành thú vị,và bổ ích Nó cung cấp những kiến thức cơ bản nhất cho những bạn nào có định hướng theo mảng Viễn Thông Và theo quan điểm học phải đi đôi với hành, em thấy việc cho bọn em có cơ hội được làm bài tập lớn là một việc rất có ý nghĩa Và đề bài thầy giao cũng rất phù hợp với trình độ hiện tại của chúng em Sau khi làm xong bài tập này chúng... biến ngày này đó là Linux Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng chúng em cũng tự nhận thấy bài làm của mình còn nhiều thiếu sót, mong thầy xem xét và cho ý kiến để bài tập này được hoàn thiện hơn Lời cuối, nhóm chúng em chúc thầy công tác tốt, sức khỏe và có được nhiều thành công hơn nữa *** 24 Tài liệu tham khảo 1 Slide bài giảng Cơ sở mạng thông tin của thầy Phạm Văn Tiến 2.Ebook: -Introduction to Network... $sink2 set bytes_ 0 set cwnd0 [$tcp set cwnd_] set now [$ns now] puts $cwnd "$now $cwnd0" $ns at [expr $now+$time] "record" } - Thủ tục finish với chức năng ghi dữ liệu ra các file trace, gọi các lệnh mô phỏng và vẽ đồ thị : proc finish {} { global ns nf cwnd f1 f2 tracefile losspacket_1 losspacket_2 $ns flush-trace #Close the NAM trace file close $nf close $tracefile close $f1 close $f2 close $cwnd