Hiện nay cả 3 mô hình Best-effort, IntServ, DiffServ đang đƣợc sử dụng và có thể dùng chung với nhau. Tuy nhiên mô hình DiffServ mang lại nhiều hiệu quả hơn so với hai mô hình còn lại. DiffServ đƣợc sử dụng cho một mạng lớn, sử dụng băng thông hiệu quả hơn so với mô hình IntServ. Để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối trong mô hình DiffServ cần thực hiện các hành vi ứng xử đồng bộ trong toàn hệ thống. Có 5 kỹ thuật để thực hiện QoS từ đầu cuối đến đầu cuối:
- Phân loại đánh dấu lƣu lƣợng. - Quản lý nghẽn.
- Tránh nghẽn.
- Chính sách lƣu lƣợng và định hình lƣu lƣợng.
Mỗi một kỹ thuật có ảnh hƣởng khác nhau đến chất lƣợng dịch vụ của một loại lƣu lƣợng nhất định. Trong chƣơng III mô phỏng một số kỹ thuật sử dụng để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ qua đó sẽ đánh giá hiệu quả sử dụng của mỗi kỹ thuật.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 39
CHƢƠNG III. ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ ẢNH HƢỞNG TỚI VIỆC THỰC THI QoS THÔNG QUA PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPNET 3.1 Giới thiệu về opnet
Opnet là một công cụ mạnh mô phỏng mạng. Nó chứa một thƣ viện lớn về các mô hình mạng, cũng nhƣ các giao thức sẵn có; với cơ sở dữ liệu dạng phân lớp, trên nền tảng C/C++, giao diện gắp thả tạo điều kiện cho việc nghiên cứu mô phỏng mạng. Bên cạnh đó nó cũng rất hữu hiệu trong việc mô phỏng mạng vô tuyến.
Những công cụ của nó đƣa ra giúp chúng ta có thể dễ dàng thiết kế cũng nhƣ phân tích mạng. Điều đặc biệt là từ phiên bản 14.0 trở đi, Opnet hỗ trợ chúng ta kết nối với mạng thật (tính năng SITL) giúp ta có thể dễ dàng mô phỏng, khảo sát nghiên cứu trong điều kiện thật nhất có thể. Trong chƣơng này sẽ mô phỏng một số kỹ thuật quản lý nghẽn và kỹ thuật tránh nghẽn qua đó đƣa ra những đánh giá về mỗi kỹ thuật.
3.2 Kịch bản 1- Khởi tạo mô hình mạng 3.2.1 Mô hình mạng 3.2.1 Mô hình mạng
Hình 3.1 Mô hình mạng
Hình 3.1 là mô hình mạng. Trong mô hình này có 2 bộ định tuyến R1, R2. R1, R2 đại diện cho bộ định tuyến của nhà cung cấp dịch vụ. Ngoài ra trong mô hình còn có các đầu cuối, đại diện cho các khách hàng. Trong phần này ta sẽ khởi tạo một mô hình mạng nhƣ hình bên dƣới. Mô hình này gồm có 3 loại lƣu lƣợng: luồng lƣu lƣợng FTP giữa FTP-client1 và FTP-server1, lƣu lƣợng UDP gồm có luồng lƣu lƣợng truyền
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 40
hình chất lƣợng thấp giữa video và video-server, lƣu lƣợng thoại giữa VoIP và VoIP- server. Tốc độ đƣờng truyền giữa R1, R2 là đƣờng DS1 có tốc độ 1.5Mbp/s (nhƣng thiết lập độ khả dụng của link chỉ là 30%), còn lại các đƣờng truyền từ các máy trạm đến các bộ định tuyến là 10BaseT có tốc độ 10Mbp/s. Luồng FTP đều có mức ƣu tiên bằng 2. Thoại có mức ƣu tiên 6. Truyền hình có mức ƣu tiên 4.
3.2.2 Thiết lập các tham số
Khởi tạo một mô hình mới:
- Khởi động OPNET⇒chọn Newtừ thực đơn Menu.
- Chọn Project và nhấp OK ⇒Đặt tên mô hình làDoan_QoS, và đặt tên hoạt cảnh là FIFO⇒nhấp OK.
- Trong hộp thoại Startup Wizard: Initial Topology, chọn Create Empty Scenario ⇒ nhấp Next ⇒ Chọn Logical trong danh mục Network Scale ⇒
nhấp Next ba lần⇒nhấp OK. Thiết lập mô hình:
- Trong thƣ viện Object Pallete lấy ra các đối tƣợng sau đặt vào không gian làm việc nhƣ hình 3.1: một Application Config, một Profile Config, một
QoS Attribute Config, 5 ethernet_wksn, 1 ethernet_server và 2 bộ định tuyến ethernet4_slip8_gtwy.
- Sử dụng các đƣờng truyền hai chiều PPP_DS1 để nối hai bộ định tuyến lại. - Sử dụng các đƣờng truyền hai chiều 10Base_T để nối các máy trạm và
server với bộ định tuyến.
- Đổi tên các đối tƣợng nhƣ hình 3.1 và lƣu mô hình vào ổ cứng. Cấu hình các ứng dụng:
- Nhấp phải chuột lên biểu tƣợng Applications ⇒ Edit Attributes ⇒ bung thƣ mục Application Definitions và đặt Rows là 4.
- Chuyển tới row(0) ⇒Đặt Name là FTP-1 ⇒ bung cây thƣ mục Description
⇒ gán đặc tính High Load cho tham số FTP ⇒ nhấp trái chuột lên giá trị
High Load và chọn Edit từ thực đơn kéo xuống ⇒ gán 0% cho command
mix⇒ gán Constant(150) cho Inter-Request Time ⇒ gán
Constant(10000000) cho File Size. Đặt Type of Service là Standard(2) ⇒
nhấp OK. Hình 3.2 minh họa thiết lập tham số cho FTP-1.
- Chuyển tới row(1) ⇒ Đặt Name là Video ⇒ bung thƣ mục Description ⇒
gán đặc tính Low Resolution Video cho tham số Video Conferencing⇒ nhấp trái chuột lên giá trị Low Resolution Video và chọn Edit từ thực đơn kéo xuống ⇒ thay đổi giá trị của trƣờng Type of Service (cửa sổ Configure
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 41
TOS/DSCP xuất hiện) ⇒ trên thực đơn bung xuống, gán Streaming Multimedia(4) cho Type of Service ⇒Trong Frame interarrival chọn 30 frame/s, Trong Frame size information thiết lập cả inconming stream frame size và outcoming frame size đều là constrast(2500) ⇒ nhấp OK hai lần. - Chuyển tới row(2) ⇒ Đặt Name là VoIP Application ⇒ bung thƣ mục
Description⇒ gán đặc tính PCM Quality Speech cho tham số Voice⇒ nhấp trái chuột lên giá trị này và chọn Edit từ thực đơn kéo xuống ⇒ gán
Interactive Voice (6) choType of Service, gán Voice frames per packet là 5. - Lƣu mô hình vào ổ cứng.
Hình 3.2. Cài đặt thuộc tính cho application. Cấu hình các hồ sơ:
- Nhấp phải chuột lên biểu tƣợng Profile ⇒Edit Attributes ⇒bung thƣ mục thuộc tính Profile Configuration⇒đặt rows là 4.
- Chuyển tới row(0) ⇒ đặt Profile name là FTP-1 ⇒bung cậy thƣ mục
Applications ⇒thiết lập rows(1) ⇒đặt nerver offset cho start time offset
⇒thiết lập 20 cho start time. Hình 3.3 minh họa cho việc thiết lập tham số cho FTP-1.
- Chuyển tới Row(1) đặt tên là Video, các tham số khác nhƣ của FTP-2. - Chuyển tới Row(2) đặt tên là VoIP, các tham số khác nhƣ FTP-2.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 42
- Sau đó lƣu mô hình lại.
Hình 3.3 Cấu hình Profile Cấu hình các máy trạm và các máy chủ:
- Nhấp phải chuột lên FTP-Client1 ⇒Chọn Edit Attributes ⇒ bung thƣ mục
Application: Supported Profiles ⇒ đặt rows bằng 1 ⇒ đặt Profile Name là
FTP-1⇒ nhấp OK.
- Nhấp phải chuột lên Video ⇒ Edit Attributes ⇒ bung cây thƣ mục
Application: Supported Profiles ⇒ đặt rows là 1 ⇒ đặt Profile Name là
Video⇒ nhấp OK.
- Nhấp phải chuột lên VoIP⇒Edit Attrributes.
Bung cây thƣ mục Application: Supported Profiles⇒ đặt rows bằng 1⇒
Chọn Profile Name là VoIP.
Bung cây thƣ mục Application: Supported Services⇒ đặt rows bằng 1⇒
đặt Service Name là VoIP⇒ nhấp OK hai lần liên tiếp. - Nhấp phải chuột lên VoIP-Server⇒Edit Attrributes.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 43
đặt Profile Name là VoIP.
Cài đặt giá trị cho Application: Supported Services ⇒ đặt rows bằng 1⇒
đặt Service Name là VoIP⇒ nhấp OK hai lần liên tiếp.
- Nhấp phải chuột lên FTP-Server1 ⇒ Edit Attributes ⇒ cài đặt giá trị
Application: Supported Services ⇒ đặt rows là 1 ⇒ đặt Service Name là
FTP-1⇒ nhấp OK hai lần liên tiếp.
- Nhấp phải chuột lên Video-server ⇒ Edit Attributes ⇒ cài đặt giá trị
Application: Supported Services ⇒ đặt rows là 1 ⇒ đặt Service Name là
Video⇒ nhấp OK hai lần liên tiếp.
- Lƣu mô hình lại. Hình 3.4 minh họa cho việc thiết lập tham số của máy trạm.
Hình 3.4. Cấu hình các máy trạm và server Đặt cấu hình hàng đợi các bộ định tuyến:
- Nhấp chuột phải lên đƣờng truyền nối giữa các bộ định tuyến R1 và R2 để đánh dấu chọn ⇒ từ thực đơn Protocols, chọn IP ⇒ QoS ⇒ Configure QoS. - Kiểm tra và thay đổi các trƣờng thuộc tính của hộp thoại QoS Configuration
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 44
Hình 3.5. Cài đặt thuộc tính QoS - FIFO - Lƣu mô hình lại.
Chọn kết quả mô phỏng:
- Nhấp phải chuột lên bất kì vị trí nào trong không gian làm việc và chọn
Select Individual Statistics từ thực đơn vừa bung ra.
- Trong hộp thoại Choose Results, bung cây thƣ mục Global Statistics và đánh dấu chọn các tham số thống kê nhƣ biểu diễn ở hình 3.5.
- Trong thƣ mục Link statistics mở cây thƣ mục point-to-point chọn
throughput (bit/s) theo cả 2 hƣớng. - Lƣu mô hình lại.
Đặt cấu hình mô phỏng:
- Nhấp trái chuột lên biểu tƣợng ⇒ cửa sổ Configure Simulation xuất hiện.
- Đặt tham số Duration bằng 150, đơn vị là second(s).
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 45
Hình 3.5 Tập hợp các tham số kết quả mô phỏng.
3.3 Kịch bản 2- Ảnh hƣởng của độ dài hàng đợi tới trễ, loại bỏ gói 3.3.1 Thiết lập kịch bản và tham số 3.3.1 Thiết lập kịch bản và tham số
Phần 3.2 hàng đợi đƣợc sử dụng là FIFO. Trong phần này ta sẽ thiết lập một kịch bản để đánh giá sự ảnh hƣởng độ dài hàng đợi đến trễ, loại bỏ gói. Để thực hiện đánh giá này chỉ cần thay đổi độ dài hàng đợi FIFO. Việc thay đổi độ dài hàng đợi thực hiện bằng cách: nhấp chuột phải vào QoS ⇒Chọn Attributes ⇒Bung cây thƣ mục
FIFO profiles⇒ Trong phần Maximum Queue Size thay đổi kích thƣớc hàng đợi. Hình 3.6 minh họa việc thay đổi độ dài hàng đợi.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 46
Để đánh giá ảnh hƣởng của hàng đợi đến trễ, loại bỏ gói cần tạo ra hai kịch bản khác nhau sau đó chạy hai kịch bản song song với nhau để đánh giá. Chúng ta sẽ tạo ra một kịch bản có độ dài hàng đợi FIFO là 500 (giá trị đƣợc thiết lập mặc định của FIFO, kịch bản phần 3.2) và một kịch bản có hàng đợi FIFO là 100.
Tạo ra kịch bản FIFO có độ dài hàng đợi là 100 bằng cách:
- Chọn Duplicate Scenario từ thực đơn Scenarios và đặt tên cho hoạt cảnh mới là FIFO100 ⇒ nhấp OK.
- Trong Qos thay đổi độ dài hàng đợi về 100 nhƣ hƣớng dẫn cách thay đổi độ dài hàng đợi.
- Lƣu mô hình lại.
Hình 3.6 Thay đổi độ dài hàng đợi Thực hiện chạy cả 2 kịch bản đồng thời bằng cách:
- Nhấp trái chuột lên thực đơn Scenarios⇒ chọn Manage Scenarios…
- Thay đổi các giá trị bên dƣới cột Results về <collect> hoặc <recollect> cho cả ba hoạt cảnh. Hộp thoại Manage Scenarios có dạng nhƣ hình 3.7.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 47
Hình 3.7. Tập hợp lại các hoạt cảnh để thực hiện mô phỏng. - Nhấp OK để chạy hai kịch mô phỏng.
3.3.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét
Hình 3.8-3.9 là tốc độ loại gói, trễ đầu cuối đến đầu cuối ở hai hàng đợi FIFO có độ dài khác nhau.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 48
Hình 3.9 Trễ đầu cuối đến đầu cuối của lƣu lƣợng thoại ở hai hàng đợi FIFO có độ dài hàng đợi khác nhau
Từ hai kết quả trên chúng ta thấy hàng đợi có kích thƣớc lớn sẽ làm tăng thêm trễ đầu cuối đến đầu cuối nhƣng lại làm giảm việc loại bỏ gói. Việc thiết lập độ dài hàng đợi ảnh hƣởng đến hiệu năng mạng và nó cần đƣợc xem xét kỹ lƣỡng trƣớc khi cấu hình mạng.
3.4 Kịch bản 3-Ảnh hƣởng của một số hàng đợi đối với từng loại lƣu lƣợng 3.4.1 Thiết lập tham số 3.4.1 Thiết lập tham số
Trong phần này sẽ thiết lập 3 kịch bản về hàng đợi: kịch bản sử dụng hàng đợi FIFO (phần 3.2), kịch bản sử dụng hàng đợi PQ và kịch bản sử dụng hàng đợi WFQ. Phần 3.3.1 hƣớng dẫn cách tạo ra 1 kịch bản nhân bản từ kịch bản trƣớc đó, tạo ra thêm hai kịch bản một kịch bản PQ và một kịch bản WFQ. Phần 3.2 đã hƣớng dẫn cách thiết lập hàng đợi, thay đổi hàng đợi trong kịch bản PQ sang hàng đợi PQ. Với kịch bản WFQ thì thay đổi hàng đợi sang WFQ. Sau đó cho cả 3 kịch bản chạy liên tiếp và lấy ra kết quả.
3.4.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét
Hình 3.10 – 3.14 là kết quả về loại bỏ gói ở hàng đợi, tốc độ nhận lƣu lƣợng trung bình của thoại, truyền hình, trễ đầu cuối đến đầu và trễ biến đổi của lƣu lƣợng thoại ở các loại hàng đợi khác nhau. Hình 3.15 là throghput của luồng TCP.
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 49
Hình 3.10 Tốc độ loại bỏ gói ở các hàng đợi FIFO, PQ, WFQ
Hình 3.11 Tốc độ nhận lƣu lƣợng của hội nghị truyền hình ở kịch bản FIFO, PQ, WFQ
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 50
Hình 3.12 Tốc độ nhận lƣu lƣợng của lƣu lƣợng thoại ở kịch bản FIFO, PQ, WFQ
Hình 3.13 Trễ biến đổi của lƣu lƣợng thoại ở kịch bản FIFO, PQ, WFQ
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 51
Hình 3.14 Trễ đầu cuối đến đầu cuối của lƣu lƣợng thoại ở kịch bản FIFO, PQ, WFQ
Hình 3.15 Throughput của luồng TCP ở kịch bản FIFO, PQ, WFQ
Từ kết quả mô phỏng ở trên ta thấy mỗi hàng đợi đƣợc thiết kế cho một mục đích riêng. Đối với lƣu lƣợng thoại thì sử dụng hàng đợi PQ là hiệu quả nhất (trễ , trễ biến đổi là nhỏ nhất, tốc độ nhận lƣu lƣợng thoại là lớn nhất). Hàng đợi WFQ cấp phát
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 52
băng thông cho các lƣu lƣợng khác nhau công bằng hơn, và hiệu quả của WFQ cũng gần bằng so với PQ trong việc giảm trễ, mất gói, trễ biến đổi. Hàng đợi FIFO hiệu quả sử dụng là rất thấp.
3.5 Kịch bản 4–Ảnh hƣởng của hàng đợi tích cực tới lƣu lƣợng thời gian thực thực
3.5.1 Thiết lập tham số
Từ kịch bản FIFO đã tạo ra ở trên, ta sẽ tạo thêm 2 kịch bản: một kịch bản về hàng đợi tích cực RED và đặt tên kịch bản này là RED, một kịch bản về hàng đợi tích cực WRED và đặt tên kịch bản này là WRED. RED đƣợc cấu hình với tham số: độ dài hàng đợi lớn nhất là 200, độ dài hàng đợi nhỏ nhất là 100 và mẫu số xác suất loại bỏ gói là 10. WRED cũng có các tham số giống nhƣ ở RED.
Để cấu hình hàng đợi RED bằng cách: nhấp chuột phải vào QoS chọn
Attributes ⇒ Bung cây thƣ mục FIFO profiles ⇒ Trong RED Status chọn là RED enable cho kịch bản RED, chọn là WRED enable cho kịch bản WRED. Sau khi tạo ra 3 kịch bản, cho 3 kịch bản chạy liên tiếp để lấy ra kết quả mô phỏng.
3.5.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét
Hình 3.16 Trễ đầu cuối đến đầu cuối của lƣu lƣợng thoại ở kịch bản FIFO, RED, WRED
Sinh viên: Trần Năng Lực – Lớp: D06VT1 53
Hình 3.17 Trễ biến đổi của lƣu lƣợng thoại ở kịch bản FIFO, RED, WRED Hình 3.16 – 3.17 là kết quả ảnh hƣởng của trễ, biến đổi trễ đối với lƣu lƣợng thoại. Từ kết quả mô phỏng chúng ta thấy sử dụng hàng đợi tích cực có tác dụng giảm trễ hàng đợi của các lƣu lƣợng yêu cầu thời gian thực. WRED có phần hiệu quả hơn sử dụng RED trong việc làm giảm trễ, và giảm trễ biến đổi.
3.6 Kịch bản 5 – Chính sách lƣu lƣợng
3.6.1 Thiết lập tham số
Trong phần này sẽ mô phỏng về kỹ thuật chính sách lƣu lƣợng. Trong phần 3.4 chúng ta đã tạo ra kịch bản có tên là PQ. Từ kịch bản PQ tạo ra một kịch bản nhân bản và đặt tên kịch bản mới là PQ_policy. Tuy nhiên trong kịch bản PQ_policy thay đổi luồng FTP-1 từ mức ƣu tiên từ 4 xuống mức ƣu tiên 2. Từ kịch bản PQ_policy nhân