Bài tập nhóm môn hiệu năng mạng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP NHÓM MÔN: HIỆU NĂNG MẠNG NHÓM 7 GVHD : VÕ THANH TÚ SVTH : Nguyễn Thành Chung Nguyễn Tam Sơn Lê Quang Vũ Lớp : K13TMT Đà Nẵng, 10/2010 Lời Mở Đầu Trong những năm gần đây mạng máy tính phát triển ngày càng mạnh mẽ tạonên một bước ngoặt quan trọng trong công nghệ thông tin. Mạng máy tính ngàynay có mặt trong rất nhiều các hoạt động trong đời sống. Các công nghệ, các kỹthuật phục vụ cho môi trường mạng đã được xây dựng nhiều, và đang còn đượctiếp tục phát triển, cải tiến. Muốn có một mạng thật để thử nghiệm các công nghệ mới thì thật tốn kém,không phải cá nhân, tổ chức nào cũng có thể đáp ứng được. Hơn nữa các mạng cụcbộ này không những phải đảm bảo các tính năng của một mạng thông thường màcòn phải thực hiện được những bài toán thử nghiệm cũng như giúp cho sinh viênthấy được tính khả thi của chúng đối với các bài toán mới. Cách tốt nhất để giảiquyết những yêu cầu đặt ra đó là dùng một môi trường mạng ảo để xây dựng và thử nghiệm các công nghệ mới. Giả lập mạng (network simulator) ra đời với mục đích đó, chương trình NS có thể dùng để thực hiện các kịch bản mạng như áp dụng các mô hình UDP/TCP, các bài toán routing vào các tôpô thích hợp. NỘI DUNG TRIỂN KHAI Bài 2 Bước 1: Mô hình mạng đơn giản và kịch bản mô phỏng của mô hình 1 Mô hình 1: Hình 1: Mô hình mạng bài 2a Kịch bản mô phỏng: Mô hình trên bao gồm 4 node (1, 2, 3, 4). Simplex-link (liên kết truyền nhận dữ liệu một chiều - đường truyền đơn công) giữa node 1 và 3, 2 và 3 có bandwidth (băng thông) = 2 Mbps, delay (thời gian trì hoãn) giữa node 1 và 3, node 2 và 3 = 10 ms. Giữa 3và 4 có bandwidth = 1.7 Mbps và delay = 20 ms. Các node dùng hàng đợi DropTail, max size (kích thuớc lớn nhất) = 1000 byte. Bước 2: Kết quả mô phỏng mô hình 1: Hình 2: Mô hình truyền gói tin của mô hình 1 Hình 3: Thông lượng các gói tin Hình 4: Thông tin mô tả Nhận xét chung của mô hình 1: Số gói tin bị rơi: 24 gói Số gói tin bị mất: 24 gói Số gói tin truyền thành công: 2680 gói Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 99,11% Mô hình 2: Bước 1: Mô hình mạng đơn giản và kịch bản mô phỏng của mô hình 2 Hình 5: Mô hình mô phỏng bài2b Kịch bản mô phỏng: Mô hình trên bao gồm 4 node (1, 2, 3, 4). Simplex-link (liên kết truyền nhận dữ liệu một chiều) giữa node 1 và 3, 2 và 3 có bandwidth (băng thông) = 5 Mbps, delay (thời gian trì hoãn) giữa node 1 và 3, node 2 và 3 = 15 ms. Duplex link giữa 3và 4 có bandwidth = 1.2 Mbps và delay = 10 ms. Các node dùng hàng đợi DropTail, max size (kích thuớc lớn nhất) = 1000 byte. Bước 2 : Kết quả mô phỏng mô hình 2 Hình 6: Mô hình truyền gói tin của mô hình 2 Hình 7: Mô hình thông lượng Hình 8: Thông tin mô tả Nhận xét chung của mô hình 2: Số gói tin bị rơi: 32 gói Số gói tin bị mất: 32 gói Số gói tin truyền thành công: 2699 gói Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 98,83% Bước 2: So sánh mô hình 1 với mô hình 2 Thông số thay đổi Mô hình 1 Mô hình 2 Băng thông Node 1à3: 2mbps Node 2à3: 2mbps Node 3à4: 1,7mbps 5mbps 5mbps 1,2mbps Độ trễ Node 1à3: 10ms Node 2à3: 10ms Node 3à4: 20ms 15ms 15ms 10ms Packet size / Rate 1000byte / 1mb 1000byte /1mb Time ftp: 1à4 (s) cbr: 0,1à4,5(s) ftp: 1à4 (s) cbr: 0,1à4,5(s) Thông tin so sánh Số gói tin gửi Số gói tin rơi Số gói tin mất Số gói tin nhận được Tỷ lệ truyền thành công Mô hình 1 2704 24 24 2680 99,11% Mô hình 2 2731 32 32 2699 98,83% Nhận xét sau khi đã thay đổi một số thông số từ mô hình 1 thành mô hình 2: Số gói tin gửi của mô hình 2 tăng lên so với mô hình 1 trong cùng 1 thời gian. Số gói tin rơi của mô hình 2 tăng lên so với mô hình 1 Số gói tin mất của mô hình 2 tăng lên so với mô hình 1 Số gói tin nhận được của mô hình 2 thì tăng so với mô hình 1 Tỉ lệ truyền thành công của mô hình 2 thì giảm xuống Từ những thông số trên, ta nhận thấy rằng sau khi thay đổi băng thông,độ trễ từ mô hình 1 sang hình 2 như đã được miêu tả theo kịch bản ở trên thì: Quá trình truyền các gói tin trong mô hình 2 sẽ ít ổn định so với mô hình 1và tỷ lệ truyền các gói tin đến đích sẽ ít hơn. Bài 3: Mô hình mạng đơn giản và kịch bản mô phỏng: Mô hình 1: Hình 9: Mô hình mạng bài 3a Yêu cầu bài ra : Xem xét thông lượng, số gói tin rơi, mất và độ trễ trung bình, tỷ lệ truyền thành công ? So sánh hiệu năng trong trường hợp liên kết 5 à 6 tốc độ truyền từ 5 à 50 mbps, thì độ trễ trung bình bằng bao nhiêu ? Tại nút 5, thay cơ chế quản lý hàng đợi DropTail bằng FQ, SFQ, RED. So sánh số gói tin rơi ? Thay TCP bằng TCP Reno à đánh giá tham số như câu a và b, so sánh hiệu năng mạng ? Nội dung mô phỏng: Bước 1: Kịch bản mô phỏng: Mô hình trên bao gồm 6 node (1, 2, 3, 4, 5, 6 ). Duplex-link (liên kết truyền nhận dữ liệu hai chiều diễn ra đồng thời) giữa node 1 và 6, 2 và 6, 3 và 6 có bandwidth (băng thông) = 10 Mbps, giữa node 4 và 6 có bandwidth = 100Mbps; Delay (thời gian trì hoãn) giữa các cặp node trên đều = 20ms. Duplex link giữa 5và 6 có bandwidth = 5 Mbps và Delay = 10ms. Các node dùng hàng đợi DropTail, max size (kích thuớc lớn nhất) = 1000 byte. Agent “tcp-1” gắn với 1 và agent “TCPsink-1” gắn với 6, Agent “tcp-2” gắn với 2 và agent “TCPsink-2” gắn với 6. Các Agent “tcp” có thể tạo packet với max size = 1000 byte. Agent tcp “sink” tạo và gửi packet dạng ACK cho sender (sender là agent gửi packet đi) và giải phóng packet nhận được. Agent “udp-3” gắn với 3 sẽ kết nối với agent “null-3” gắn với 6, Agent “udp-4” gắn với 4 sẽ kết nối với agent “null-4” gắn với 6. Agent “null” chỉ giải phóng packet đã nhận được. Bộ khởi tạo lưu lượng “ftp” và “cbr” tương ứng được gắn vào agent “tcp” và “udp”. “cbr” gắn ở node 3 được thiết lập cho start bắt đầu tại thời điểm 0.1 giây và kết thúc tại thời điểm 5.5 giây, “cbr” gắn ở node 4 được thiết lập cho bắt đầu tại thời điểm 0.5 giây và kết thúc tại thời điểm 5.5 giây, “ftp” gắn ở node 1 được thiết lập cho bắt đầu lúc 0 giây và kết thúc lúc 5 giây, “ftp” gắn ở node 2 được thiết lập cho bắt đầu lúc 0.3 giây và kết thúc lúc 5 giây. Bước 2 : Kết quả mô phỏng mô hình 3a Hình 10: kết quả mô phỏng Hình 11: Thông lượng các gói tin Hình 12: thông tin mô phỏng Nhận xét chung về các thông số xem xét được: Số gói tin bị rơi: 2117 gói Số gói tin bị mất: 2171 gói Số gói tin truyền thành công: 3255 gói Độ trể trung bình: 0,0721528807 giây Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 59,03% Mô hình 2: Thay đổi băng thông giữa node 5 và 6 từ 5Mbps à 50Mbps và độ trễ là 10ms. Hình 13: Mô hình mạng bài 3b Kết quả mô phỏng mô hình 3b Hình 14: Thông lượng các gói tin Hình 15: thông tin mô phỏng Nhận xét chung về các thông số xem xét được: Số gói tin bị rơi: 2195 gói Số gói tin bị mất: 2250 gói Số gói tin truyền thành công: 3236 gói Độ trể trung bình: 0.0723224713 giây Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 59.12% So sánh giữa hai mô hình Thông tin so sánh Số gói tin gửi Số gói tin rơi Số gói tin mất Số gói tin nhận được Tỷ lệ truyền thành công Mô hình 1 (băng thông 5Mbps cho liên kết giữa node 5 và 6) 5514 2117 2171 3255 59.03% Mô hình 2 (băng thông 50Mbps cho liên kết giữa node 5 và 6) 5473 2195 2250 3236 59.12% Mô hình 3: Thay đổi cơ chế hàng đợi Drop Tail bằng node 5 FQ, SFQ, RED Lý thuyết: Cơ chế quản lý hàng đợi DropTail (FIFO – Vào trước ra trước) : phục vụ theo nguyên tắc gói tin vào trước được truyền đi trước. Đây là thuật toán được sử dụng một cách rộng rãi, không phân biệt giữa các gói tin có yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau. Nếu các gói tin đến và hàng đợi đã đầy thì gói tin bị hủy bỏ, ta gọi là hủy bỏ phần đuôi (Drop Tail). PQ (Priority Queue – Hàng đợi ưu tiên) : Bộ định tuyến thực hiện nhiều hàng đợi FIFO, mỗi hàng đợi có một độ ưu tiên riêng để đảm bảo các gói tin cần được ưu tiên xử lý trước, tránh khả năng bị hủy bỏ. Các gói tin có độ ưu tiên cao sẽ được truyền trước. FQ (Fail Queuing - Hàng đợi cân bằng) : Khắc phục nhược điểm có hàng đợi chờ mãi không được phục vụ và bị tràn gói tin cùa FIFO. Số gói tin được truyền từ mỗi lớp hoặc băng thông dành cho mỗi trong mỗi vòng tròn là đã được xác định bởi thuộc tính của lớp đó. Đảm bảo cho mỗi lớp sữ nhận được phần nào đó của băng thông liên kết. WFQ (Weight Fair Queue – Hàng đợi cân bằng trọng số): Dùng nhiều hàng đợi để tách biệt các luồng và cấp lượng băng thông như nhau vào mỗi luồng. Thuật toán này cho phép băng thông được chia sẽ một cách công bằng, không sử dụng danh sách truy cập hay các tác vụ quản lý tốn thời gian khác. RED (Random Early Detection) : Là router có chương trình quản lý có độ dài hàng đợi và khi kiểm tra thấy sắp xảy ra tắc nghẽn thì thông báo cho trạm nguồn hiệu chỉnh cửa sổ tắc nghẽn. RED thông báo cho trạm nguồn về tình trạng tắc nghẽn bằng cách cho rơi sớm gói tin, như vậy trạm nguồn nhận biết thông qua “time out” hoặc “duplicate ACK” và trạm nguồn giảm tốc độ phát với hi vọng không phải hủy bỏ nhiều gói tin sau khi truyền. RED rất hữu dụng trong các mạng TCP tốc độ cao để tránh tắc nghẽn. TCP và TCP Reno TCP Reno là cải tiến của giao thức TCP kết hợp với 3 cơ chế “bắt đầu chậm”, “tránh tắc nghẽn” và “phát lại nhanh”. Sau “phát lại nhanh” là “hồi phục nhanh” chứ không phải là “bắt đầu chậm – cwnd (cửa sổ tắc nghẽn)=1”. Cơ chế của TCP Reno : Theo chuẩn TCP Reno, khi độ lớn của cửa sổ phát đặt về bằng 1, giá trị ngưỡng threshold bằng W(t)/2, trong gia đoạn này cửa sổ phát tăng rất chậm nhưng giảm rất nhanh theo cấp số nhân. Khi dữ liệu bị mất hay quá thời gian chờ ACK, TCP Reno đặt lại cửa sổ phát bằng 1, sử dụng cơ chế “phát lại nhanh” và “khôi phục nhanh” sau khi nhận được một giá trị ngưỡng của số báo nhận ACK lặp lại bằng 3. Khi số báo nhận lặp đạt đến một ngưỡng trạm gữi sẽ phát lại gói dữ liệu. Trường hợp 1: Thay đổi bằng FQ Kết quả mô phỏng: Nhận xét chung về các thông số xem xét được: Số gói tin bị rơi: 3408 gói Số gói tin bị mất: 3543 gói Số gói tin truyền thành công: 4137 gói Độ trể trung bình: 0.1796451397 giây Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 53.96% Trường hợp 2: Thay đổi bằng SFQ Nhận xét chung về các thông số xem xét được: Số gói tin bị rơi: 3392 gói Số gói tin bị mất: 3447 gói Số gói tin truyền thành công: 4063 gói Độ trể trung bình: 0.07009550025 giây Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 54.21% Trường hợp 3: Thay đổi bằng RED Mô hình 4: Thay đổi TCP bằng TCP RENO Kết quả mô phỏng mô hình 3d Hình 16: Thông lượng các gói tin Hình 17: thông tin mô phỏng Nhận xét chung về các thông số xem xét được: Số gói tin bị rơi: 2204 gói Số gói tin bị mất: 2259 gói Số gói tin truyền thành công: 3255 gói Độ trể trung bình: 0.07259073411 giây Tỷ lệ gói tin truyền thành công: 59.17% So sánh giữa hai mô hình Thông tin so sánh Số gói tin gửi Số gói tin rơi Số gói tin mất Số gói tin nhận được Tỷ lệ truyền thành công Mô hình 1 TCP 5514 2117 2171 3255 59.03% Mô hình 2 TCP RENO 5401 2204 2259 3255 59.17%