Giới thiệu chung
Các hub Ethernet làm việc ở lớp vật lí, chỉ đơn giản phát lại các khung mà chúng nhận được ra các cổng khác. Do đó, chúng còn được gọi là trạm lặp đa cổng. Tất cả các nút mạng nối vào cùng một hub đều được coi là một phần của môi trường quảng bá đồng nhất. Nói cách khác, bất kì khung dữ liệu nào được phát đi từ một trong số các nút mạng đều được thu bởi tất cả các nút còn lại. Nguyên tắc hoạt động này có thể giới hạn thông lượng của toàn mạng, do tất cả các nút mạng đều phải chia sẻ dung lượng 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 đường ra nhất định, chúng tạo ra không phải một mà nhiều môi trường 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 đường ra một cách chích xác.
Mục tiêu bài thí nghiệm
Khảo sát sự thay đổi của thông lượng trong một mạng cục bộ khi nâng cấp từ hub lên switch.
Xây dựng mô hình mô phỏng
Khởi động OPNET IT Guru Academic Edition. 1.Chọn tab File => New…
2.Chọn Project rồi nhấp OK. Thay đổi Project Name thành xx_Switch_vs_Hub (xx là số khởi đầu). Đặt Scenario Name là Hub và nhấp OK.
3.Trên cửa sổInitial Topology, chọn Create Empty Scenario rồi nhấp Next. 4.Trên cửa sổChoose Network Scale, chọn Office rồi nhấp Next.
5.Trên cửa sổSpecify Size, để các giá trị mặc định rồi nhấp Next.
6.Trên cửa sổ Select Technologies, chọn họ mô hình Ethernet và Ethernet_advanced, nhấp Next.
7.Trên cửa sổReview, nhấp OK.
Hình 3.1. Hộp thoại Review của công cụStartup Wizard.
Trước hết, hãy xây dựng một mạng LAN trong đó các máy trạm được nối với nhau qua một hub trung tâm. Cách làm nhanh là sử dụng bộ công cụ Rapid Configuration.
1.Chọn tab Topology => Rapid Configuration. 2.Đặt Configuration là Star, và nhấp OK.
ethernet_station. Đặt Link Model to 10BaseT. Đặt Number là 12, nhấp OK để khởi tạo mạng LAN.
4.Nhấp phải chuột trên hub và chọn Set Name. Khai trường tên Name là Hub. Nhấp OK
đểđóng cửa sổ tương tác.
Hình 3.2. Hộp thoại Rapid Configuration: Star.
Tiếp theo cần cài đặt mô hình lưu lượng cho các máy trạm Ethernet.
1.Nhấp phải chuột lên một máy trạm bất kì và chọn Select Similar Nodes.
2.Sau đó nhấp phải chuột lên một máy trạm rồi chọn Edit Attributes. Đặt dấu lựa chọn (3) vào hộp chọn checkbox bên cạnh Apply Changes to Selected Objects.
3.Bung các thư mục Traffic Generation Parameters và Packet Generation Arguments. Đặt ON State Time là Constant (1000) và OFF State Time là constant (0). Với cấu hình này các máy trạm sẽ phát dữ liệu liên tục.
Hình 3.3. Cài đặt tham số cho các máy trạm.
4.Đặt Interarrival Time (seconds) là exponential (0.005) và Packet Size (bytes) là
constant (1000).
5.Nhấp OK xác nhận các thay đổi này và đóng cửa sổ tương tác Attributes.
dữ liệu kích thước 1000 byte. Do đó có thể tính được tải lưu lượng trung bình của mỗi máy trạm,
1000 (bytes/packet) * 8 (bits/byte) * 1 (packet/0.005 sec) = 1.6 Mbps/trạm
Như vậy mạng LAN dùng hub trung tâm đã được thiết lập xong. Mô hình sẽ có dạng như hình 3.4.
Hình 3.4. Mô hình mạng LAN với hub trung tâm.
Chọn tham số kết quả mô phỏng
1.Chọn tab Simulation => Choose Individual Statistics…
2.Bung các thư mục Global Statistics / Ethernet, chọn thư mục con Delay (sec).
3.Bung thư mục Traffic Sink và chọn Traffic Received (bits/sec). Bung thư mục Traffic Source rồi chọn Traffic Sent (bits/sec). Bung thư mục Node Statistics / Ethernet và chọn Collision Count.
4.Nhấp OKđểđóng cửa sổ tương tác Choose Results. Các tham số chọn được minh hoạ trên hình 3.6.
Hình 3.6. Chọn kết quả mô phỏng.
Đặt cấu hình mô phỏng
1.Chọn tab Simulation => Configure Discrete Event Simulation…
2.Trên tab Common, đặt Duration là 2, đơn vị là minutes(s). 3.Nhấp OKđểđóng cửa sổ tương tác Configure Simulation. Thao tác đặt cấu hình mô phỏng được minh họa trên hình 3.5.
Nhân bản hoạt cảnh
Hãy tạo một hoạt cảnh khác trong đó hub trung tâm của mạng được thay thế bằng switch. Với hai cấu hình khác nhau, chất lượng của mạng có thểđược khảo sát, so sánh qua mô phỏng.
1.Chọn Scenarios => Duplicate Scenario, đặt tên cho hoạt cảnh mới này là Switch. 2.Nhấp OK để khởi tạo hoạt cảnh. Nhấp phải chuột lên hub trung tâm và chọn Edit
Attributes.
3.Nhấp trái chuột lên thuộc tính model và chọn ethernet16_switch_adv từ thực đơn. 4.Nhấp OK xác nhận thay đổi.
5.Nhấp phải chuột lên switch và chọn Set Name. Đặt Name là Switch rồi nhấp OK để đóng cửa sổ tương tác.
Hình 3.8. Đổi tên switch trung tâm.
Chạy mô hình mô phỏng
1.Chọn tab Scenarios => Manage Scenarios...
2.Thay đổi trường Results trong cả hai hàng với giá trị chọn là <collect> hoặc <recollect>. 3.Nhấp OKđể chạy lần lượt từng hoạt cảnh.
4.Khi mô phỏng kết thúc, nhấp OKđểđóng cửa sổ mô phỏng.
Hình 3.9. Tập hợp các hoạt cảnh để chạy mô phỏng.
Trước hết hãy khảo sát tham sốđộ trễ của các gói tin trong mạng của hai hoạt cảnh. Để lấy được đồ thị vẽ kết quả này, chúng ta thực hiện các thao tác sau.
1.Chọn tab Results => Compare Results…
2.Chọn và bung thư mục Global Statistics / Ethernet, chọn tham sốDelay (sec). Xem kết quả mô phỏng ở chếđộAs Is.
Hình 3.10. So sánh kết quảEthernet. Delay của hai hoạt cảnh.
3.Nhấp biểu tượng Show để xem đồ thị trên một cửa sổ riêng. Đồ thị trên hình 3.10 biểu diễn độ trễ thời gian của các khung Ethernet được phát đi. Có thể thấy rằng độ trễ của mạng sử dụng switch là tương đối nhỏ và ổn định, trong khi độ trễ của mạng hub tăng không ngừng. Nhắc lại là mỗi máy trạm tạo ra tải lưu lượng 1.6 Mbps. Với 12 nút trong hệ thống, tải tổng cộng là 19.2 Mbps. Trong khi đó hub lại làm việc ở tốc độ 10 Mbps (10BaseT).
4. Nhấp chuột lên biểu tượng Close và Delete để đóng cửa sổ. Nhấp lại chuột lên tên thư mục để xoá đồ thị preview.
Tiếp theo chúng ta sẽ so sánh lưu lượng gói tin nhận của hai hoạt cảnh. Tiến hành các bước sau:
1.Bung thư mục Traffic Sink, chọn tham sốTraffic Received (bits/sec). Xem đồ thịở chế độAs Is.
2.Nhấp Showđể xem chi tiết. Đồ thị trên màn hình biểu diễn tải lưu lượng tổng cộng thu được trên tất cả các máy trạm của mạng LAN. Có thể quan sát thấy tải lưu lượng trong trường hợp mạng LAN dùng hub đạt xấp xỉ 10 Mbps, tốc độ danh định của hub. Mặt khác, switch dễ dàng phân phát tải lưu lượng gấp đôi trường hợp của hub.
3. Nhấp chuột lên biểu tượng Close và Deleteđểđóng cửa sổđồ thị. Nhấp lại chuột lên tên thư mục để xoá đồ thị preview.
Hình 3.12. Hộp thoại Compare Results với đồ thị Traffic Sent của hai hoạt cảnh.
Vì toàn bộ các máy trạm của hai mạng được cấu hình giống hệt nhau nên tải lưu lượng mà chúng tạo ra phải như nhau. Kết quả này được kiểm chứng khi quan sát đồ thị so sánh được lấy ra bằng các thao tác như sau:
1.Bung thư mục Traffic Source, chọn tham số Traffic Sent (bits/sec). Xem đồ thị ở chế độAs Is.
2.Nhấp Show để xem chi tiết. Kết quả này cho biết lưu lượng tổng cộng của toàn bộ các trạm trong mạng LAN phát đi. Có thể thấy rằng tải lưu lượng được tạo ra trong cả hai hoạt cảnh là như nhau. Tuy nhiên, switch thực tế là xử lí tốt tải này.
3.Nhấp chuột lên biểu tượng Close và Deleteđểđóng cửa sổđồ thị. Nhấp lại chuột lên tên thư mục để xoá đồ thị preview.
Cuối cùng, hãy khảo sát tham số chỉ áp dụng cho trường hợp hub.
1.Chọn tab Scenarios => Switch to Scenario rồi chọn hoạt cảnh Hub. 2.Chọn tab Results => View Results...
3.Bung các thư mục Object Statistics, Office Network, Hub, Ethernet.
4.Chọn tham số Collision Count. Xem kết quả ở chếđộ As Is. Tham số này biểu diễn số xung đột xuất hiện trên hub trong quá trình mô phỏng. Dễ dàng quan sát thấy có xấp xỉ 2000 xung đột/giây đã xảy ra. Nguyên nhân là do tải lưu lượng trên hub quá nặng. 5.Nhấp lên biểu tượng Closeđểđóng của sổView Results.
Hình 3.13. Hộp thoại View Results với đồ thị Collision Count của hoạt cảnh Hub.
Câu hỏi
1. Dung lượng của mỗi switch sẽ xác định lưu lượng tải mà nó có thể xử lí. Nhân bản hoạt cảnh Switch, đặt tên mới là Switching_Speed. Khai lại tham số của switch, bung thư mục Bridge Parameters, đặt thuộc tính Packet Service Rate (packets/sec) là