Đề tài Vấn đề đánh giá hiệu năng mạng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN KỸ THUẬT MẠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS.VÕ THANH TÚ SINH VIÊN THỰC HIỆN 1.NGUYỄN VĂN TÂN-132114038 2.LÊ QUANG HIỂN-132114 3.LÊ VĂN TRỌNG-132114 Đà Nẵng, 2010 I.Giới thiệu về NS-2 NS-2 (Network Simulation) chương trình phần mềm dạng hướng đối tượng được sử dụng để mô phỏng lại các sự kiện xảy ra trong hệ thống mạng từ đó đưa ra các yêu cầu, đặc tính vận hành của hệ thống mạng thực. NS được sử dụng để mô phỏng mạng cục bộ LAN (Local Area Network) và mạng diện rộng WAN (Wide Area Network). Hệ mô phỏng NS-2 được phát triển ở trường đại học Berkeylay cộng tác với một số cơ quan khác, bây giờ là một phần trong dự án VINT (Virtual Internet Testbed) của phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley. Hệ mô phỏng NS được viết trên ngôn ngữ C++ và Otcl. C++ dùng để xử lý dữ liệu, các thao thác về gói tin, còn Otcl dùng để định dạng cấu hình mô phỏng, điều khiển mô phỏng. NS-2 là phần mềm mã nguồn mở có sẵn cho cả nền Windows 32 và Linux, 1.2 1. Mô phỏng các gói tin UDP/TCP 1.1.UDP UDP agent được thực hiện trong file udp.{cc, h}. Một UDP agent cho phép dữ liệu trong một kích cỡ biến thiên lấy từ một ứng dụng và phân đoạn dữ liệu đó nếu cần 1.2.TCP Có hai loại TCP agent chính là agent một chiều và hai chiều.Tác tử một chiều được chia nhỏ hơn thành các tập hợp bên gửi TCP (tuân theo các công nghệ điều khiển lỗi và chống tắc nghẽn khác nhau) và bên nhận (“sinks”).Các tác tử hai chiều đối xứng trong cảm nhận, mô tả cả bên gửi và bên nhận. Các agent gửi TCP một chiều hiện được hỗ trợ là : Agent/TCP - a “tahoe” TCP sender Agent/TCP/Reno - a “Reno” TCP sender Agent/TCP/Newreno - Reno with a modification Agent/TCP/Sack1 - TCP with selective repeat (follows RFC2018) Agent/TCP/Vegas - TCP Vegas Agent/TCP/Fack - Reno TCP with “forward acknowledgment” The one-way TCP receiving agents currently supported are: Agent/TCPSink - TCP sink with one ACK per packet Agent/TCPSink/DelAck - TCP sink with configurable delay per ACK Agent/TCPSink/Sack1 - selective ACK sink (follows RFC2018) Agent/TCPSink/Sack1/DelAck - Sack1 with DelAck TCP Reno/ TCP Vegas Reno TCP Reno TCP agent ương tự như Tahoe TCP agent, ngoại trừ nó bao gồm fast recovery,với của sổ tắc nghẽn hiện tại được tăng lên bởi số các bản sao ACK mà TCP sender nhận được trước khi nhận một ACK mới.Một ACK mới tức là ACK với giá trị cao hơn so với giá trị cao nhất trước đó.Thêm vào đó, Reno TCP agent không quay về slow-start trong quá trình truyền lại nhanh. TCP Vegas điều khiển kích thước cửa sổ của nó bằng cách quan sát RTTs (khứ hồi lần) của các gói tin rằng chủ người gửi đã gửi trước. Nếu RTTs quan sát trở nên lớn, TCP Vegas nhận ra rằng mạng bắt đầu được tắc nghẽn, và throttles kích thước cửa sổ. Nếu RTTs trở nên nhỏ, mặt khác, các chủ nhà người gửi TCP Vegas xác định rằng mạng được miễn tắc nghẽn, và làm tăng kích thước cửa sổ một lần nữa. Do đó, các kích thước cửa sổ trong một tình hình lý tưởng dự kiến sẽ được hội tụ đến một giá trị thích hợp. Cụ thể hơn, trong giai đoạn tránh tắc nghẽn, các kích thước cửa sổ được cập nhật như. 2. Cơ chế quản lý hàng đợi DropTail, Red 2.1.Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên(RED: Random Early Detection) Sử dụng 2 giá trị chặn trên và chặn dưới để đánh dấu các vị trí hàng đợi :maxth và minth Nếu hàng đợi chứa trong khoảng minth và maxth gói tin thì hủy bỏ gói tin một cách ngẫu nhiên tùy theo một hàm xác suất p. Nếu hàng đợi chứa ít hơn minth gói tin thì thêm gói tin mới vào hàng đợi và xác suất hủy bỏ là 0. Nếu hàng đợi chứa nhiều hơn maxth gói tin thì hủy bỏ những gói tin mới và xác suất hủy bỏ là 1. 2.2. Cơ chế hàng đợi DropTail Bộ định tuyến sẽ lưu trữ các gói tin gửi đến trong một hàng đợi của bộ nhớ cho đến khi nó có thể được xử lý theo nguyên tắc FIFO (vào trước, xử lý trước).Khi các gói tin gửi đến nhanh hơn là chúng được chuyển đi thì hàng đợi sẽ dài ra và ngược lại, khi các gói tin chuyển đến chậm hơn thì hàng đợi thu ngắn lại. Nhưng vì bộ nhớ là hữu hạn, hàng đợi không thể dài ra quá giới hạn cho phép. II.Xây dựng và đánh giá hiệu năng mạng trên phần mềm NS-2 1.Mô hình 1 1.1.Mô tả hệ thống. Mạng trên bao gồm 4 node (n0, n1, n2, n3). Duplex link (liên kết truyền nhận dữ liệu hai chiều diễn ra đồng thời) giữa node n0 và n2, n1 và n2 có bandwidth (băng thông) = 2 Mbps, delay (thời gian trì hoãn) = 10 ms. Duplex link giữa n2 và n3 có bandwidth = 1.7 Mbps và delay = 20 ms. Các node dùng hàng đợi DropTail, max size (kích thuớc lớn nhất) = 10. Agent “tcp” gắn với n0 và agent “sink” gắn với n3. Agent “tcp” có thể tạo packet với max size = 1 KByte. 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” gắn với n1 sẽ kết nối với agent “null” gắn với n3. 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” được cấu hình để tạo ra packet 1 KByte tại tốc độ 1 Mbps. “cbr” được thiết lập cho start bắt đầu tại thời điểm 0.1 giây và kết thúc tại thời điểm 4.5 giây, “ftp” bắt đầu lúc 1.0 giây và kết thúc lúc 4.0 giây. Hình 1.1.Sơ đồ mô hình 1.2.Quá trình hoạt động của mô hình mạng trên. a.Begin Hình 1.2.Từ khoảng thời gian từ 0.1(s)à1(s) chỉ có mình node 1 truyền tin. àĐường truyền ổn định Nhận xét: Bắt đầu node 1 sẽ truyền các segment qua node 3 bằng giao thức UDP. CBR ở đây mang nghĩa “ constant bit rate” nghĩa là tốc độ bit không đổi.Nhiệm vụ của nó : + Thiêt lập packetsize. + Thiết lập interval_ khoảng thời gian giữa hai lần truyền liên tiếp. b.Hoạt động bình thường Hình 1.3.Quá trình chạy mô hình Nhận xét: Từ 1(s) node 0 cũng tham gia truyền đến node 3 qua giao thức TCP, và bắt đầu từ đây à khoảng 2 (s) cả node 0 và node 1 đều truyến sang node 3 1 cách khá ổn đinh nhưng hình trên vẫn cho ta thấy các gói tin được đưa vào hàng đợi có xu thế mỗi lúc 1 nhiều hơn . c.Quá trình các gói tin xảy ra hiện tượng Drop. Hình 1.4.Quá trình các gói tin bi Drop. Nhận xét:Khoảng từ 2(s)à4(s) các gói tin rớt mỗi lúc 1 nhiều nhưng xu thế các gói tin của UDP rớt nhiều hơn d.Kết thúc Hình 1.5.Quá trình kết thúc mô hình Nhận xét: Từ 4(s)à4.5(s) chỉ còn mình node 1 truyền dữ liệu đến node 3 , hàng đơi giảm xuông nhanh chóng à mạng lai ổn định 1.3.Phân tích các chỉ số mạng. a.Bảng mô phỏng thông tin thông lượng mạng. Hình 1.6.Thông tin quá trình thực mô hình Tổng số nodes gửi Tổng số nodes nhận Tổng số packets Số packet Drop Số packets mất 3 2 1704 24 24 Nhận xét Các gói tin bị drop ở nodes số 2 vì xảy ra hiện tượng BottleNeck ( Thắt cổ chai) . Nguyên nhân của hiện tượng này là do hàng đợi có độ lớn 20 vì vậy khi số lượng gói tin vượt quá giá trị max cho phép thì các gói tin bị drop khá nhiều.Quá trình Drop xảy ra càng nhiều khi các nodes đồng thời cùng tham gia vào mạng ,các dịch vụ CBR,FTP gửi liên tục dẫn đến sự quá tải của hang đợi. b.Biểu đồ thông lượng Hình 1.7.Biểu đồ thông lượng Nhận xét Biểu đồ cho thấy đường truyền không ổn định , các gói tin bị Drop theo thời gian Dlay. 2.Mô hình 2 2.1 Mô tả hệ thống Mục đích thực hiện So sánh sự khác biệt giữa TCP và TCP Reno Tìm hiểu về TCP và TCP Reno Sơ đồ hệ thống. Hình 2.1:Sơ đồ mô hình Mô tả hệ thống. - Mạng trên bao gồm 4 node (n0, n1, n2, n3).Giữa node n3 và n2 là 100MB, n1 và n2 có bandwidth (băng thông) = 10 Mbps, delay (thời gian trì hoãn) = 20 ms, giữa n1 và n0 có bandwidth = 50 Mbps và delay = 20 ms. Các node dùng hàng đợi DropTail, max size (kích thuớc lớn nhất) = 10. - Agent “tcp” gắn với n3 và agent “sink” gắn với n0. Agent “tcp” có thể tạo packet với max size = 1 KByte. Agent tcp “sink” tạo và gửi packet dạng ACK cho sender (sender là agent gửi packet đi) và giải phóng packet nhận được.Bộ khởi tạo lưu lượng “ftp” tương ứng được gắn vào agent “tcp” và được thiết lập cho start bắt đầu tại thời điểm 0.0 giây và kết thúc tại thời điểm 5 giây. 2.2.Quá trình thực hiện Quá trình chạy của hệ thống sử dụng giao thức TCP. Hình 2.2.Mô hình thử nghiêm TCP Nhận xét: Hệ thống chạy bình thường do sử dụng BW lớn. Hệ thống mạng ổn định. Quá trình chạy của hệ thống sử dụng giao thức TCP-RENO Nhận xét: Hệ thống vẫn hoạt động bình thường và không có sự khác biệt so với hệ thống trên. So sánh biểu đồ thông lượng mạng. Biểu đồ thông lượng mạng sử dụng giao thức TCP-RENO Biểu đồ thông lượng mạng sử dụng giao thức TCP Nhận xét: Qua biểu đồ ta thấy sự khac biệt giữa TCP và TCP-RENO. TCP-RENO điều chế được sự tăng giảm của các gói tin, làm giảm thiểu các gói tin bị mất. Thông tin hiển thi 2 hệ thống. TCP TCP-RENO Mô hình 3. Hình 3.1: Mô hình mô phỏng Trường hợp 1: Mô hình gồm 6 node mạng và được liên kết như hình 3.1. Dùng giao thức TCP để truyền gói tin từ node 1, node 2 đến node 6, dùng dịch vụ FTP. TCP Agent được gắn cho node 1, node 2 TCP Sink được gắn cho node 6 để nhận dữ liệu gửi đến. Dùng giao thức UDP để truyền gói tin từ node 3, node 4 đến node 6, dùng dịch vụ truyền gói tin là CBR. UDP Agent được gắn cho node 3, node 4, Agent Null được gắn cho node 6 để nhận dữ liệu gửi đến. Liên kết với nhau giữa các node trong mô hình là liên kết song công (Duplex Link), độ trễ 20ms. Hàng đợi sử dụng: DropTail. Băng thông đường truyền giữa các node 1 và 5, 2 và 5, 3 và 5 là 10mbps, giữa node 4 và 5 là 100mbps, giữa 5 và 6 là 5mbps. Thời gian truyền gói tin tại các node Thời gian bắt đầu Thời gian kết thúc Node 1 node 6 0 5 Node 2 node 6 0,5 5 Node 3 node 6 1 5 Node 4 node 6 1,5 5 Sau khi thiết kế mô hình, chạy mô hình với NAM ta được kết quả cụ thể sau: Hình 3.2: Khi tất cả các node cùng tham gia truyền gói tin Nhận xét: Các gói tin truyền trong mạng ổn định theo thời gian do sự ổn định về băng thông đường truyền.Mặc dù trong khoảng thời gian đầu vẫn xuất hiện các gói tin chờ đợi tại các Queue Node 1 và Node 0. Dùng TraceGraph chạy file thuchanh.tr, ta thu được các kết quả: Hình 3.3: Thống kê thông tin mô hình mô phỏng Kết quả thu được trong thời gian 5s: - Tổng số gói tin gửi là 8008 - Số gói tin rơi là 0 - Số gói tin mất là 81 Thông lượng Hình 3.4: Biểu đồ thông lượng của hệ thống Tỉ lệ gói tin truyền thành công Tỉ lệ gói truyền thành công = Số gói tin truyền thành công/Tổng số gói tin =7970/8008 = 0.995 Trường hợp 2: Thay đổi băng thông đường truyền từ node 5 và 6 từ 5mbps lên 50mbps 50 mbps Hình 3.6: Mô hình trường hợp 2 Nhận xét: Độ trễ trung bình sau khi tăng thông lượng đường truyền nối node 5 và node 6 giảm đi nhưng không đáng kể. Hình 3.7.Thông lượng gói tin giữa node 5Mbpsà50Mbps So sánh thông lượng khi thay đổi thông lượng từ 5 Mbpsà50Mbps Hình 3.8:So sánh thông lượng của 2 trường hợp. Thông lượng gói tin chạy BW là 5Mbps giữa node 5à6 Thông lượng gói tin chạy BW là 50Mbps giữa node 5à6