TÀI LIỆU-HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM OPNET

Trong điều kiện như vậy, cách thức hiệu quả giải quyết vấn đề là sử dụng các phần mềm mạnh để thực hiện việc mô hình hoá, mô phỏng, đánh giá chất lượng của các mạng viễn thông.. Thủ tục

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Trần Xuân Nam, Nguyễn Thành, Đinh Thế Cường

TÀI LIỆU

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM OPNET

Hà Nội 12 / 2008

MỤC LỤC

Trang

2.3 Các giao thức định tuyến 102.4 QoS: Ảnh hưởng của cơ chế xếp hàng 10

Kết luận

Tài liệu tham khảo

5455

LỜI NÓI ĐẦU

Mạng Truyền Số liệu là một trong những nội dung cơ bản trong cấu trúc chương trình đào tạo đại học và sau đại học các chuyên ngành thông tin, kĩ thuật điện tử và rađa dẫn đường Bên cạnh khối lượng kiến thức lí thuyết bao quát một phạm vi rất rộng, từ cấp độ phần tử cho đến hệ thống lớn, rất phức tạp, môn học còn đặt ra yêu cầu phải có điều kiện cho học viên có thể tiếp cận thực tiễn hệ thống để so sánh, kiểm nghiệm với lí thuyết đã được trang bị Trong điều kiện hiện nay, việc trang bị một phòng thí nghiệm với quy mô như vậy cực kì tốn kém, hơn nữa, vì nhiều lí do khác nhau, các công ty viễn thông cũng không tạo điều kiện dễ dàng để học viên có thể tiếp cận, khảo sát, điều chỉnh các hệ thống của họ

Trong điều kiện như vậy, cách thức hiệu quả giải quyết vấn đề là sử dụng các phần mềm mạnh để thực hiện việc mô hình hoá, mô phỏng, đánh giá chất lượng của các mạng viễn thông Giải pháp này đã và đang được rất nhiều các trường đại học kĩ thuật danh tiếng trên thế giới có chuyên ngành này sử dụng Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, trên cơ sở lý thuyết về mạng truyền

số liệu, nhóm tác giả xây dựng 4 module mô phỏng dựa trên phần mềm mô

phỏng mạng OPNET Academic IT Guru Các module mô phỏng xây dựng

được bao gồm :

1 Mạng Ethernet: Phân tích hoạt động của mạng chia sẻ môi trường

truyền, đánh giá chất lượng (hiệu năng) của mạng khi tải lưu lượng thay đổi

2 Switch và Hub: Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của Switch và Hub,

ảnh hưởng của nó đến thông lượng của mạng

3 Thủ tục định tuyến: Nguyên cứu hoạt động của giao thức Thông tin

định tuyến RIP (Routing Information Protocol), mô phỏng hoạt động của một số router sử dụng giao thức RIP, xác định sự thay đổi của bảng thông tin định tuyến cũng như tốc độ gói tin nhận được trong các trạng thái khác nhau của mạng

4 QoS: Ảnh hưởng của cơ chế xử lí hàng đợi: Khảo sát một số tham số

chất lượng của mạng như tỉ lệ mất gói tin, độ trễ xếp hàng, biến thiên

độ trễ,… khi áp dụng những cơ chế xử lí hàng đợi khác nhau

Thông qua 4 module mô phỏng này người sử dụng có thể tiến hành mô phỏng đánh giá chất lượng được các giao thức mạng cơ bản như đa truy nhập MAC, giao thức định tuyến, mạng LAN, và các thủ tục định tuyến trong mạng chuyển mạch gói Ngoài 4 module mô phỏng, thông qua phương pháp giới

thiệu người dùng có thể tự tiến hành xây dựng cho mình các module mô phỏng phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu một cách dễ dàng

Phần 1:

Giới thiệu về phần mềm OPNET IT GURU

Sự bùng nổ của mạng Internet trong những năm gần đây đã đặt ra yêu cầu cho các nhà khoa học và các kĩ sư trong lĩnh vực viễn thông và công nghệ thông tin phải có khả năng bảo trì, điều chỉnh, gỡ lỗi, đổi mới và phát triển hạ tầng mạng Việc nắm vững các kĩ thuật này đòi hỏi cả kiến thức lý thuyết và thực hành Với ý nghĩa giúp học sinh củng cố các khái niệm lý thuyết đồng thời hiểu được khả năng ứng dụng trong thực tế của từng vấn đề, các chuyên gia trong ngành đặc biệt khuyến cáo việc kết hợp hoạt động phân tích với thực nghiệm trực quan trong các khóa học về mạng Cần phải nhấn mạnh thêm là học phần thí nghiệm thực sự là yêu cầu bắt buộc đối với một chương trình học

về mạng và khả năng hiểu biết sâu về hệ thống đòi hỏi các phương tiện thí nghiệm phải có khả năng cho phép xây dựng, quan sát, thực hành và đo đạc

Đã có rất nhiều cách khác nhau để phát triển các khóa học về mạng dựa trên các thí nghiệm trực quan Một số khóa học thực hành tập trung vào điều hành

và cấu hình mạng hay cả lĩnh vực quản trị mạng Một số khóa khác thì nhấn mạnh tới một lớp cụ thể trong tập các giao thức mạng như phân tích lưu lượng mạng lớp liên kết dữ liệu, ứng dụng các giao thức lớp truyền tải, vv…

Số ít các chương trình đào tạo mạng quy mô lớn cung cấp các phần cứng chuyên dụng trên đó học viên có thể thực hành với một số mạng thực và phát triển tính năng mạng ở mức lõi Tuy nhiên những chương trình như vậy đòi hỏi lượng tài nguyên cực lớn để khởi tạo và quản lí, chi phí cao để mua sắm trang thiết bị chuyên dụng làm nó trở thành bất khả thi về mặt tài chính cho phần lớn các chương trình đào tạo

Phần lớn các khóa học thực hành mạng được đưa ra như là khóa học thứ hai về mạng máy tính Tuy nhiên do giới hạn bởi trang thiết bị và nhân lực, phần lớn các trường đại học và cao đẳng chỉ thực hiện được một khóa học về mạng, mà đại đa phần trong đó không có bất kì một học phần thí nghiệm nào Yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải tích hợp được các khóa học mang tính giới thiệu về mạng với các học phần thí nghiệm Một lời giải cho bài toán này là đưa thêm các bài thí nghiệm mô phỏng vào bên cạnh chương trình học lí thuyết Mô phỏng mạng cho người dùng kiểm chứng các bài toán với lượng công sức tối thiểu nhưng quy mô và phạm vi thì lớn hơn rất nhiều so với việc thực hành trên thiết bị phần cứng Trong trường hợp này, một công cụ có sẵn

là chương trình mô phỏng mạng của OPNET, cung cấp các phương tiện để mô

hình hóa, thiết kế, mô phỏng, thu thập dữ liệu và phân tích OPNET có thể mô phỏng rất nhiều loại mạng khác nhau được kết nối với nhau Do đó, chỉ với một máy tính, sinh viên có thể thực hành rất nhiều các tùy chọn có sẵn trong mạng và xem xét một cách trực quan các tác động do việc thay đổi của mình Luồng tin dữ liệu, các sự kiện mất gói tin, luồng tin điều khiển/định tuyến, sự

cố đường truyền, lỗi bit, vv… có thể được rút ra quan sát một cách trực tiếp Đây có thể coi là giải pháp đặc biệt kinh tế cho các trường đại học để minh họa trạng thái của các mạng cũng như các giao thức khác nhau

Tài liệu này sẽ mô tả quá trình phát triển các module mô phỏng sử dụng phần mềm OPNET của nhóm tác giả cũng như tổng kết các kinh nghiệm bước đầu trong quá trình đưa các module mô phỏng vào phục vụ nghiên cứu và đào tạo Mục tiêu đào tạo cũng như lí do lựa chọn phần mềm OPNET trong số rất nhiều các gói phần mềm mô phỏng khác sẽ được đề cập trước tiên Vấn đề

lí thuyết cho những bài toán cơ bản của mạng viễn thông sau đó được bàn tới Tiếp theo, các bài thực hành mô phỏng được giới thiệu ở mức chi tiết để người dung có thể tiến hành các bước tiến hành mô phỏng tương đối dễ dàng mà không gặp phải cản trở nào lớn

1.1 Tiêu chí lựa chọn phần mềm mô phỏng mạng

Để đáp ứng được các yêu cầu mô phỏng các tính năng của mạng truyền số liệu, công cụ phần mềm mô phỏng mạng được sử dụng phải thỏa mãn các tính năng sau:

— Khả năng mô phỏng một số lượng lớn các công nghệ mạng: Phần mềm

mô phỏng phải bảo đảm khả năng mô hình hóa toàn mạng, bao gồm trong nó là các router, switch, giao thức, server và các ứng dụng cụ thể

mà chúng hỗ trợ Phần mềm đó phải hỗ trợ một số lớn các hệ thống thông tin từ mức của một mạng LAN đến mức của các mạng vệ tinh toàn cầu

— Dễ dàng sử dụng: Phần mềm mô phỏng có thể được cài đặt và khai thác không mấy khó khăn Học viên có thể sử dụng phần mềm để hoàn tất các bài thí nghiệm mô phỏng một cách độc lập, không cần phải được đào tạo sử dụng một cách công phu, bài bản

— Giá thành thấp hoặc miễn phí: Phần mềm phải có thể được tiếp cận mà không đòi hỏi chi phí quá lớn trong điều kiện kinh phí bảo đảm đào tạo hạn chế như hiện nay Hơn nữa, để có thể đem lại một học phần thí nghiệm mở, học viên phải có thể download và cài đặt phần mềm (chỉ cần) với máy tính cá nhân của mình, không cần đến hệ thống máy tính với máy chủ mạnh để hỗ trợ

— Chất lượng mô phỏng cao: Với mỗi module mô phỏng, người dùng sẽ được yêu cầu tự khởi tạo lấy mô hình mạng, chạy mô phỏng, phân tích

kết quả và viết báo cáo thí nghiệm Do đó nhất thiết cần đến một công cụ

mô phỏng chất lượng cao để các mô phỏng của phần lớn các bài mô phỏng có thể được hoàn thành trong thời gian ngắn (dưới 30 phút) Nhiều loại tham số, kết qủa có thể rút ra được từ mô phỏng, biểu diễn ở nhiều dạng khác nhau như đồ thị, bảng, văn bản, vv…

Ngoài ra phần mềm mô phỏng nên có thêm các thuộc tính mong muốn khác nhưng không phải là thiết yếu như:

— Khả năng thích hợp của phần mềm cho việc nghiên cứu: Phần mềm mô phỏng có thể được dùng cho các nghiên cứu về mạng dựa trên mô phỏng Đây là lĩnh vực học thuật chưa được phát triển trong phạm vi của khoa chuyên nghành

— Khả năng triển khai diện rộng: Phần mềm phải có cộng đồng sử dụng đông đảo và phải được sử dụng rộng rãi trong ngành, để sao cho, trong quá trình học, học viên có điều kiện tham khảo tiếp cận các nguồn tài liệu phong phú từ nhiều cơ sở đào tạo khác nhau và hơn nữa, sau khi tốt nghiệp, học viên có thể áp dụng trực tiếp kiến thức vừa được trang bị vào công việc

1.2 Lựa chọn phần mềm mô phỏng mạng

Hiên tại, trên thị trường có rất nhiều các gói phần mềm mô phỏng mạng Một số trong đó nhắm tới từng lĩnh vực quan tâm nghiên cứu riêng – một loại mạng hay một giao thức cụ thể, như các mạng không dây bởi GloMoSIM Số khác, như x-Sim và Maise, tập trung vào việc cho phép tạo ra ngôn ngữ để có thể vừa chạy mô phỏng vừa thực hiện được trên các mạng thực OPNET và NS-2 là hai phần mềm mô phỏng mạng phổ dụng nhất, hướng tới rất nhiều loại mạng và giao thức NS-2, phát triển từ REAL, là công cụ mô phỏng mạng

mã nguồn mở, được sử dụng rộng rãi cho nghiên cứu và đào tạo và, đây là phần mềm miễn phí Tuy nhiên NS-2 khó học hơn và thiếu giao diện người dùng Nó buộc người dùng phải học và sử dụng các giao diện soạn thảo phi chuẩn (như Tcl) và phải cần khá nhiều thời gian để thông thuộc Có thể nói OPNET là phần mềm mô phỏng mạng hàng đầu đáp ứng các mục tiêu đào tạo cũng như tiêu chí lựa chọn phần mềm đã đề ra với các lí do sau:

— OPNET dễ sử dụng hơn nhiều so với NS-2 Nó hỗ trợ giao diện người dùng đồ họa GUI rất thân thiện và đơn giản

— OPNET có thể được sử dụng để mô hình hóa toàn mạng, bao gồm router, switch, giao thức, server và các ứng dụng riêng mà chúng hỗ trợ Rất nhiều loại mạng khác nhau từ mức cục bộ đến toàn cầu cũng được hỗ trợ

— Phần mềm OPNET có sẵn miễn phí cho lĩnh vực giảng dạy và nghiên cứu khoa học Học viên có thể download và cài đặt OPNET IT Guru tại nhà thông qua một máy tính nối mạng Internet

— Công cụ biến cố rời rạc cho các mô phỏng mạng của OPNET là giải pháp nhanh nhất, có khả năng mở rộng tốt nhất và hiệu quả kinh tế Nó chỉ cần một vài phút để hoàn tất phần lớn các mô phỏng thông thường

— OPNET có cộng đồng sử dụng đông đảo Phần mềm OPNET được sử dụng bởi hơn 500 công ty, nhà cung cấp dịch vụ và tổ chức chính phủ toàn cầu Học viên đã có kinh nghiệm với OPNET sẽ có nhiều cơ hội việc làm trong ngành

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 truyền lan; 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 chính xác

1.2.2 Mục tiêu mô phỏng

Khảo sát sự thay đổi của thông lượng trong một mạng cục bộ khi nâng cấp từ hub lên switch

2.3 Các giao thức định tuyến

2.3.1 Giới thiệu

Giao thức thông tin định tuyến RIP (Routing Information Protocol) là một ví

dụ về thuật toán định tuyến vector khoảng cách động Giao thức này lựa chọn các đường đi trong một mạng sao cho khoảng cách của các đường đó là cực tiểu Các thiết bị định tuyến (router) thích ứng theo các thay đổi (hỏng kết nối hoặc router) của đồ hình mạng bằng cách trao đổi thông tin với các router được kết nối trực tiếp xung quanh Trong điều kiện bình thường, thông tin về bảng định tuyến được được cập nhật theo chu kì (thông thường là 30 giây)

Tuy nhiên, nếu đồ hình mạng có thay đổi thì lập tức cơ chế cập nhật kích hoạt

(triggered update) sẽ vận hành Nếu một router nhận được thông tin định tuyến

mới, thay vì đợi trong đủ 30 giây, nó sẽ chỉ đợi (ngẫu nhiên) từ 1 đến 5 giây trước khi chuyển tiếp thông tin tới các router xung quanh Cơ chế cập nhật kích hoạt giúp cho thông tin về đồ hình truyền lan qua mạng nhanh hơn nhiều

so với trường hợp thông thường vận hành theo nguyên tắc hết hạn thời gian (timeout)

2.3.2 Mục tiêu mô phỏng

Mô phỏng trạng thái của một số router sử dụng giao thức định tuyến RIP và tìm hiểu cách thức sử dụng các bảng định tuyến để tìm đường đi qua một mạng

2.4 QoS: Ảnh hưởng của cơ chế xếp hàng

Tuy nhiên, ngày nay khi mạng Internet còn được dùng để truyền cả các luồng thoại cũng như video thì các cơ chế FIFO đơn giản là không đủ Các ứng dụng thoại và video đòi hỏi các yêu cầu khá cao về độ trễ và biến thiên trễ (jitter) truyền tải Một cách để đáp ứng các chỉ tiêu này là đối xử với các gói tin theo cách khác nhau trong các hàng chờ của router Đối với cơ chế Xếp hàng Công bằng Trọng số (Weighted Fair Queuing – WFQ), mỗi cấp ưu tiên sẽ sử dụng

một hàng chờ Các trọng số được gắn với các hạng ưu tiên khác nhau dựa trên mức độ quan trọng của nó Các hàng chờ sẽ được phục vụ (hay các gói tin sẽ được lấy ra từ các hàng và được gửi tới đường ra) với tốc độ dựa vào trọng số của chúng Ví dụ, nếu hàng chờ A được gán trọng số bằng 1 còn hàng chờ B được gán trọng số là 2 thì cứ 2 gói tin của hàng B được chuyển đi thì sẽ có 1 gói tin của hàng A được phục vụ Bằng cách gán các luồng thoại và video vào

1 hàng chờ có trọng số cao, chúng sẽ được chuyển tiếp với tốc độ cao hơn tải tin tiêu chuẩn

Đối với cơ chế xếp hàng ưu tiên, nhiều hàng chờ được duy trì dựa trên cấp ưu tiên mà gói tin được gán Trong trường hợp này, toàn bộ các gói tin có mức ưu tiên cao sẽ được chuyển tiếp trước mọi gói tin có mức ưu tiên thấp Giả thiết chúng ta có hai hàng chờ, một hàng dành cho tải lưu lượng có mức ưu tiên một, còn một hàng cho tải lưu lượng mức ưu tiên hai, hàng chờ mức ưu tiên hai sẽ được xử lí cho đến hết, sau đó hàng chờ ưu tiên một mới được phục vụ Nếu có gói tin mức ưu tiên hai đến thì việc phát gói tin mức ưu tiên một sẽ bị chặn lại để phục vụ gói tin mới đến có mức ưu tiên cao hơn trước

2.4.2 Mục tiêu mô phỏng

Khảo sát các ảnh hưởng khi áp dụng các cơ chế xếp hàng khác nhau ở router

Tỉ lệ mất gói tin do tràn bộ đệm tại router cũng như độ trễ xếp hàng và biến thiên trễ (jitter) sẽ được khảo sát một cách chi tiết ở mỗi loại cơ chế khác nhau

Phần 3:

Các module mô phỏng

3.1 Module 1: Mô phỏng đánh giá hiệu năng mạng LAN Ethernet

3.1.1 Thiết lập module mô phỏng

1 Khởi động OPNET IT Guru Academic Edition

2 Chọn tab File Æ New…

3 Trên cửa sổ mới mở New chọn Project rồi nhấp chuột OK

4 Trong cửa sổ Enter Name, thay đổi Project Name thành Shared_Ethernet Đổi tên Scenario Name thành Low_load rồi nhấp OK

5 Trên cửa sổ Initial Topology, chọn Create Empty Scenario rồi nhấp Next

6 Trên cửa sổ Choose Network Scale, chọn Office rồi nhấp Next

7 Trên cửa sổ Specify Size, giữ nguyên các tham số, chỉ nhấp Next

8 Trên cửa sổ Select Technologies, kéo thanh cuốn xuống, chọn họ mô hình

Ethernet rồi nhấp Next

9 Trên cửa sổ Review, nhấp OK

Hình 3.1.1 Hộp thoại Review của công cụ Startup Wizard

Trước hết, cần xây dựng một mạng LAN trong đó các máy trạm được nối với nhau qua một Hub trung tâm Cách đơn giản để tạo ra một mạng với một số lượng lớn các nút là sử dụng bộ công cụ Rapid Configuration

1 Trên cửa sổ Project: Shared_Ethernet: Low_load, chọn tab Topology Æ

Rapid Configuration

2 Đặt Configuration về kiểu Star và nhấp OK… Đặt Center Node Model là

ethernet16_hub Đặt Periphery Node Model là ethernet_station Đặt Link Model là 10BaseT Đặt Number là 12, rồi nhấp OK để khởi tạo mạng

LAN

Hình 3.1.2 Hộp thoại Rapid Configuration: Star

3 Nhấp phải chuột trên hub rồi chọn View Node Description Hub này có

thể hỗ trợ tối đa 16 Ethernet links với các tốc độ 10, 100, 1000 Mbps Để ý

là thời gian xử lí trong hub này được coi bằng không, hub phát lại các

khung mà nó nhận được trên tất cả các đầu ra Nhấp biểu tượng Close để

đóng cửa sổ này lại

4 Nhấp phải chuột trên hub và chọn Set Name Đặt Name là Hub Nhấp

OK để đóng cửa sổ lại

5 Nhấp phải chuột trên một máy trạm Ethernet bất kì và chọn View Node

Description Các máy trạm này phát và thu các khung Ethernet ở tốc độ

được cài đặt Để ý là các chức năng phát hiện và xử lí xung đột được thực

hiện trên hub trung tâm Nhấp biểu tượng Close để đóng cửa sổ này lại

Để xây dựng mô hình lưu lượng cho các trạm trong mạng LAN Ethernet, thực hiện các bước sau đây:

1 Nhấp phải chuột lên một trạm bất kì và chọn Select Similar Node Sau đó kích phải chuột lên một trong số các máy trạm và chọn Edit Attributes

2 Đánh dấu lựa chọn (3) vào hộp chọn checkbox nằm bên cạnh Apply

Changes to Selected Objects ở phía dưới bên trái của cửa sổ

3 Bung thư mục Traffic Generation Parameters và Packet Generation

Arguments Đặt ON State Time là constant (1000) (bằng cách nhấp chuột

lên exponential (10) và thay đổi các tham số trên cửa sổ mới mở rồi nhấp

OK), và OFF State Time là constant (0) Việc thiết lập tham số như vậy sẽ

buộc các máy trạm luôn phát dữ liệu

4 Đặt Interarrival Time (seconds) là exponential (0.004) và Packet Size

(bytes) là constant (100) Nhấp OK để xác định các thay đổi này và đóng

cửa sổ tương tác

Hình 3.1.3 Cài đặt tham số cho các máy trạm

Như vậy mỗi máy trạm bây giờ sẽ tạo ra luồng dữ liệu với tốc độ trung bình là bốn mili giây một gói 100-byte

Do đó, có thể tính được lưu lượng trung bình mà mỗi nút mạng sẽ tạo ra từ các tham số thời gian đến và kích thước gói Ví dụ,

100 (bytes/packet) * 8 (bits/byte) * 1 (packet/0.004 sec) = 200 Kbps / trạm

Như vậy, mạng LAN đã được xây dựng xong, dạng của nó được minh hoạ trên hình 2.4

Hình 3.1.4 Mô hình mạng LAN với hub trung tâm

• Bước 4: Thiết lập tham số kết quả mô phỏng

Các kết quả có thể thu được từ mô hình mô phỏng bao gồm: Số lần va chạm

(Collsion Count), Tải lưu lượng [Load (bits/sec)], Tải lưu lượng chuyển tiếp

[Traffic Forwarded (bits/sec)], Tải lưu lượng nhận [Traffic Received (bits/sec)] và Hiệu suất [Utilization]

Hình 3.1.5 Chọn kết quả mô phỏng

Để có thể thu được các tham số nói trên thực hiện các bước sau đây:

1 Chọn tab Simulation Æ chọn Choose Individual Statistics…

2 Bung các thư mục Global Statistics/Ethernet, rồi chọn tham số Delay (sec)

3 Bung thư mục Traffic Sink và chọn tham số Traffic Received (bits/sec)

4 Bung thư mục Traffic Source và chọn tham số Traffic Sent (bits/sec)

5 Bung các thư mục Node Statistics/Ethernet rồi chọn các tham số Collsion

Count, Load (bits/sec), Traffic Forwarded (bits/sec), Traffic Received (bits/sec) và Utilization

6 Nhấp OK để đóng cửa sổ Choose Results

Toàn bộ thao tác chọn này được biểu diễn trên hình 2.5

3.1.2 Tiến hành mô phỏng

Bước tiếp theo sau khi đã thiết lập xong module mô phỏng là tiến hành mô phỏng để thu nhận kết quả Các bước để tiến hành mô phỏng bao gồm:

1 Chọn tab Simulation Æ Configure Discrete Even Simulation…

2 Trong tab Common, thay đổi tham số Duration về 20 với đơn vị là

second(s)

3 Nhấp OK để đóng cửa sổ tương tác

Hình 3.1.6 Cài đặt tham số mô phỏng

Tiếp theo hãy xây dựng một hoạt cảnh khác trong đó mỗi máy trạm Ethernet tạo ra lưu lượng dữ liệu lớn hơn rất nhiều Nhờ đó có thể so sánh chất lượng của mạng LAN trong những điều kiện khác nhau

1 Chọn Scenarios Æ Duplicate Scenario và gọi hoạt cảnh mới là High_load Nhấp OK để khởi tạo hoạt cảnh

2 Nhấp phải chuột lên bất kì máy trạm nào rồi chọn Select Similar Nodes Tiếp theo, nhấp phải chuột lên một máy trạm rồi chọn Edit Attributes Đánh dấu lựa chọn (3) vào hộp chọn checkbox nằm bên cạnh Apply

Changes to Selected Objects

3 Bung các thư mục Traffic Generation Parameters và Packet Generation

Arguments Đặt Interarrival Time (seconds) là exponential (0.001) Nhấp

OK để xác định các thay đổi này và đóng cửa sổ tương tác Thời gian đến

ngắn hơn có nghĩa là các gói được tạo ra với tần xuất lớn hơn

1 Chọn tab Scenarios Æ Manage Scenarios

2 Nhấp chuột lên trường Results trên cả hai hàng và chọn tham số <collect> hoặc <recollect>

3 Nhấp OK để chạy lần lượt cả hai hoạt cảnh Khi mô phỏng kết thúc, nhấp biểu tượng Close để đóng hộp thoại tương tác Simulation Sequence

Hình 3.1.7 Tập hợp các hoạt cảnh để chạy mô phỏng

3.1.3 Thu thập và phân tích kết quả mô phỏng

1 Chọn tab Scenarios Æ Switch to Scenario và chọn hoạt cảnh Low_load Chọn tab Results Æ View Results…

2 Chọn và bung thư mục Global Statistics, tiếp theo chọn mục Traffic

Source / Traffic Sent (bits/sec) Để xem lưu lượng thu, bung thư mục Traffic Sink / Traffic Received (bits/sec)

Hình 3.1.8 Kết quả Traffic Sent, Traffic Received của hoạt cảnh Low_load

3 Quan sát các kết quả mô phỏng ở chế độ As Is Với mức tải này, tốc độ bit thu xấp xỉ bằng tốc độ bit phát đi Nhấp lại chuột lên mục Traffic Sent

(bits/sec) và Traffic Received (bits/sec) để đóng cửa sổ preview Có thể

kích lên tab Show để quan sát đồ thị ở mức chi tiết hơn Nhấp chuột lên biểu tượng Close để đóng cửa sổ View Results

Hãy xem xét kết quả mô phỏng trong hoạt cảnh High_load

1 Lặp lại các bước trên bao gồm cả việc chuyển sang hoạt cảnh High_load,

chọn, xem các kết quả Trong trường hợp này, có thể quan sát thấy lưu lượng phát lớn hơn rất nhiều lưu lượng thu Hub trung tâm nhanh chóng

bị quá tải và không thể phân phối toàn bộ lưu lượng mà nó nhận được

2 Nhấp biểu tượng Close để đóng cửa sổ View Results

Hình 3.1.9 Kết quả Traffic Sent, Traffic Received của hoạt cảnh High_load

Tiếp theo chúng ta hãy so sánh các kết quả tạo ra từ hai hoạt cảnh

1 Chọn tab Results Æ Compare Results…

2 Chọn và bung các thư mục Object Statistics, Office Network, node_0,

Ethernet Chọn kết quả Load (bits/sec) và xem ở chế độ As Is Nhấp chuột

lên tab Show để xem chi tiết Kết quả này cho biết lưu lượng đã được tạo

ra từ máy trạm tương ứng Có thể thấy giá trị quan sát được khá gần với các tính toán thu được ở phần trước thông qua các tham số cài đặt

Trong trường hợp Low_load,

100 (bytes/packet) * 8 (bits/byte) * 1 (packet/0.004 sec) = 200 Kbps/trạm

Các tính toán tương tự có thể được áp dụng cho trường hợp High_load

Hình 3.1.10 So sánh kết quả Ethernet.Load của hai hoạt cảnh

3 Nhấp vào biểu tượng Close và chọn Delete để đóng cửa sổ đồ họa Nhấp lại chuột lên thư mục Load(bits/sec) để đóng cửa sổ preview

Khác biệt giữa các tốc độ phát, thu có thể được xem xét thông qua kết quả mô

phỏng Collision Count

1 Bung các thư mục Hub và Ethernet Chọn kết quả Collision Count Nhấp chuột lên tab Show để xem chi tiết Việc phát lại các gói bị xung đột rõ

ràng sẽ làm giảm thông lượng của mạng Điều này đúng cho cả hai trường

hợp, nhưng hoạt cảnh High_load tạo ra số xung đột lớn hơn rất nhiều

2 Nhấp chuột lên biểu tượng Close và Delete để đóng cửa sổ đồ họa Nhấp

lại chuột lên tên thư mục này để xoá đồ thị preview

Hình 3.1.11 So sánh kết quả Ethernet.Colision Count của hai hoạt cảnh

Hiệu năng (Utilization) của hai hoạt cảnh được khảo sát qua kết quả mô

phỏng Utilization

1 Chọn thư mục Utilization

2 Nhấp chuột lên biểu tượng Show để quan sát đồ thị ở mức chi tiết

Hiệu năng, về cơ bản, là độ đo phần trăm thông lượng của mạng được sử dụng

Hình 3.1.12 So sánh kết quả Ethernet.Utilization của hai hoạt cảnh

Vì các đường truyền 10BaseT được dùng để nối các máy trạm với hub trung tâm, dung lượng do đó bằng 10 Mbps Có thể thấy rằng tải lưu

lượng của hoạt cảnh High_load đã khai thác dung lượng của hub tốt hơn rất nhiều so với trường hợp Low_load

3 Nhấp chuột lên biểu tượng Close và Delete Nhấp lại chuột lên tên thư mục Utilization để đóng cửa sổ preview

Cuối cùng, chúng ta sẽ xem xét đến độ trễ của các gói tin trong từng trường hợp

1 Bung thư mục Global Statistics và Ethernet, chọn thư mục con Delay

(sec)

2 Nhấp chuột lên biểu tượng Show để xem chi tiết Tham số thống kê này

cho biết độ trễ mà tất cả các gói phải trải qua trước khi được phát thành công

Hình 3.1.13 So sánh kết quả Ethernet.Delay của hai hoạt cảnh

Có thể thấy rằng độ trễ là khá ổn định trong trường hợp Low_load nhưng,

do tải lưu lượng quá cao, tăng không ngừng trong hoạt cảnh High_load

3 Nhấp chuột lên biểu tượng Close và Delete để đóng cửa sổ Compare

Results

4 Lưu lại project bằng lệnh Save rồi đóng tất cả các cửa sổ

3.2 Module 2: So sánh Hub và Switch

3.2.1 Thiết lập module mô phỏng

Khởi động OPNET IT Guru Academic Edition

1 Chọn tab File Æ 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 sổ Initial Topology, chọn Create Empty Scenario rồi nhấp Next

4 Trên cửa sổ Choose Network Scale, chọn Office rồi nhấp Next

5 Trên cửa sổ Specify 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 sổ Review, nhấp OK

Hình 3.2.1 Hộp thoại Review của công cụ Startup 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 Æ Rapid Configuration

2 Đặt Configuration là Star, và nhấp OK

3 Đặt Center Node Model là ethernet16_hub Đặt Periphery Node Model

là 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 để đóng cửa sổ tương tác

Hình 3.2.2 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 3.2.3 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

Mỗi máy trạm theo đó sẽ tạo ra tải lưu lượng với tốc độ trung bình là mỗi 5

mili giây một gói 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 3.2.4

Hình 3.2.4 Mô hình mạng LAN với hub trung tâm

1 Chọn tab Simulation Æ 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 OK để đóng cửa sổ tương tác Choose Results

Các tham số chọn được minh hoạ trên hình 3.2.6

Hình 3.2.5 Cài đặt tham số mô phỏng

Hình 3.2.6 Chọn kết quả mô phỏng

1 Chọn tab Simulation Æ Configure Discrete Event Simulation…

2 Trên tab Common, đặt Duration là 2, đơn vị là minutes(s)

3 Nhấp OK để đóng cửa sổ tương tác Configure Simulation

Thao tác đặt cấu hình mô phỏng được minh họa trên hình 3.2.5

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 thể được khảo sát, so sánh qua mô phỏng

Hình 3.2.7 Mô hình mạng LAN với switch trung tâm

1 Chọn Scenarios Æ Duplicate Scenario, đặt tên cho hoạt cảnh mới này là

1 Chọn tab Scenarios Æ Manage Scenarios

2 Thay đổi trường Results trong cả hai hàng với giá trị chọn là <collect> hoặc <recollect>

3 Nhấp OK để chạy lần lượt từng hoạt cảnh

4 Khi mô phỏng kết thúc, nhấp OK để đóng cửa sổ mô phỏng

Hình 3.2.9 Tập hợp các hoạt cảnh để chạy mô phỏng

3.2.3 Thu thập và phân tích kết quả mô phỏng

Trước hết hãy khảo sát tham số độ 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 Æ Compare Results…

2 Chọn và bung thư mục Global Statistics/Ethernet, chọn tham số Delay

(sec) Xem kết quả mô phỏng ở chế độ As Is

Hình 3.2.10 So sánh kết quả Ethernet 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