ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Εργαστήριο στο µάθηµα ιαχείριση ικτύων Άσκηση 1η Επιλογές σύνδεσης στο Internet για ένα µικρό οικιακό δίκτυο Η άσκηση αυτή εξετάζει την επίδοση των διάφορων εφαρµογών και τον σχεδιασµό της χωρητικότητας, δοκιµάζοντας διάφορες ταχύτητες σύνδεσης µεταξύ ενός οικιακού δικτύου και του ISP (Internet Service Provider διαδικτυακού παροχέα). Θα προσοµοιώσουµε το οικιακό δίκτυο, την σύνδεση µέσω Internet µε αποµακρυσµένους διακοµιστές και θα εξετάσουµε τις επιδόσεις του, ώστε να επιτύχουµε τη βέλτιστη σχεδίαση. Το λογισµικό που θα χρησιµοποιηθεί είναι το Opnet IT Guru. Το IT Guru παρέχει ένα εικονικό περιβάλλον που µοντελοποιεί τη συµπεριφορά του δικτύου (δροµολογητές, µεταγωγείς, πρωτόκολλα, διακοµιστές και προφίλ χρήσης) για να διαγνώσει πιθανά προβλήµατα και να βοηθήσει στον καλύτερο µελλοντικό σχεδιασµό του δικτύου. Μια συγκεκριµένη τοπολογία που µοντελοποιούµε στο Opnet ονοµάζεται project. Στο project ορίζουµε τους κόµβους (υπολογιστές, µεταγωγείς, δροµολογητές) του δικτύου, τις ζεύξεις µεταξύ τους και τις εφαρµογές που θα τρέχουν. Μπορούµε να κάνουµε ελαφρές τροποποιήσεις στον αρχικό σχεδιασµό του µοντέλου φτιάχνοντας διαφορετικές εκδοχές, που στο Opnet ονοµάζονται scenarios. Για παράδειγµα, µπορούµε να δοκιµάσουµε ένα µοντέλο φτιάχνοντας διαφορετικά scenarios µε διαφορετικές συνθήκες φόρτου, µε περιστατικά όπως την αποτυχία ενός διακοµιστή ή την κατάρρευση µιας ζεύξης ή µε παραµετροποίηση των πρωτοκόλλων. Στην άσκηση αυτή, το αρχικό project παρέχεται έτοιµο. Μοντελοποιεί το οικιακό δίκτυο µιας οικογένειας, που έχει τρία PCs συνδεδεµένα στο Internet για µε διάφορες εφαρµογές όπως on-line gaming, web browsing, E-mail, audio streaming και FTP (file transfer protocol). Ο σκοπός µας θα είναι να πραγµατοποιήσουµε µια σειρά από ενδεχόµενα (scenarios) που θα µας δείξουν πώς οι επιδόσεις επηρεάζονται αν το δίκτυο συνδέεται στο Internet µε 1) ένα αργό modem στα 20 kbps, 2) ένα γρηγορότερο modem στα 40 kbps, 3) ένα καλωδιακό modem ή DSL στα 512 kbps, ή 4) µια γραµµή Τ1 στα 1.544 Mbps. Για καθένα από τα παραπάνω scenarios, θα αλλάζουµε την ταχύτητα της ζεύξης στο µοντέλο, θα τρέχουµε µια προσοµοίωση και θα παρατηρούµε τα αποτελέσµατα. Έτσι, θα µπορέσουµε να εξαγάγουµε συµπεράσµατα για το ποιά λύση είναι η πλέον συµφέρουσα για τις ανάγκες µας.
Οδηγίες Βήµα 1: Φόρτωση του µοντέλου Όπως περιγράφηκε πριν, το IT Guru δουλεύει µε projects και scenarios. Το κάθε scenario αντιπροσωπεύει ένα ενδεχόµενο του τύπου τι θα γίνει αν...;. Έτσι, ένα project µπορεί να περιέχει πολλά scenarios. Στην περίπτωσή µας, θα χρησιµοποιήσουµε 4 scenarios, ένα για κάθε ταχύτητα σύνδεσης. 1. Ξεκινήστε το IT Guru. 2. ιαλέξτε File > Open... και σιγουρευτείτε ότι βρίσκεστε στην επιλογή Project. 3. ιαλέξτε το project Home_LAN, και πατήστε ΟΚ. Σηµείωση: Αν δεν βλέπετε το µοντέλο, τότε σιγουρευτείτε ότι έχετε µεταφέρει σωστά τα lab files. Τοποθετείστε τα σε κατάλογο της επιλογής σας και προσθέστε τον κατάλογο αυτό µε την επιλογή File > Model File > Add Model Directory.
Το διάγραµµα που βλέπετε στην οθόνη είναι το δίκτυο που προσοµοιώνεται. Τρία PCs, (στην αριστερή πλευρά) τρέχουν διαφορετικές εφαρµογές. Κάθε PC συνδέεται στο switch του σπιτιού µε σύνδεση 100 Mbps πάνω από UTP. Το modem δεν φαίνεται, είναι ενσωµατωµένο στον Cable Modem Router. Στο Internet, τρεις αποµακρυσµένοι διακοµιστές παρέχουν διαφορετικές υπηρεσίες στα PCs. Στο επάνω µέρος του διαγράµµατος φαίνονται δύο πλαίσια που δεν αντιπροσωπεύουν κάποια φυσική οντότητα: τα Applications και τα Profiles. Ο κόµβος Applications περιλαµβάνει ρυθµίσεις και δεδοµένα που αφορούν τις εφαρµογές που τρέχουν στο δίκτυο (όπως π.χ. Web browsing). Πιο συγκεκριµένα, ένα ποσό κίνησης είναι συνδεδεµένο µε την κάθε εφαρµογή και έτσι π.χ. υπάρχει διαφορά µεταξύ του light Web browsing και του heavy Web browsing. Μπορούµε να αγνοήσουµε άλλες τοπικές εφαρµογές σε επίπεδο LAN, όπως αποστολή σε έναν εκτυπωτή ή µεταφορά αρχείων από τον ένα υπολογιστή στον άλλο, γιατί η σύνδεση στο Internet είναι το αδύνατο σηµείο του δικτύου ( bottleneck ). Στο εικονίδιο Profiles, διάφορες εφαρµογές αντιστοιχούνται σε διάφορα PCs. Όλη η τοπολογία είναι έτοιµη και τα χαρακτηριστικά για όλους τους κόµβους είναι προ-ρυθµισµένα, εκτός από την ταχύτητα του WAN link, που είναι η σύνδεση µεταξύ του cable router και του Internet. Πριν ξεκινήσουµε, θα δώσουµε στο δίκτυο ένα µοναδικό όνοµα. Επιλέξτε View > Go to parent subnet. Ανεβαίνοντας στη δικτυακή ιεραρχία, βλέπουµε τώρα το δίκτυο σαν µονάδα, κάτι που µας δίνει τη δυνατότητα να σχεδιάζουµε ιεραρχικά µακρο-δίκτυα που αποτελούνται από άλλα µικρότερα. Στο Home Subnet, επιλέξτε δεξί κλικ > Set Name και δώστε του όνοµα που να περιέχει το επίθετό σας, όπως π.χ. Gardikis Subnet. Κατεβείτε τώρα ένα επίπεδο στην δικτυακή ιεραρχία κάνοντας διπλό κλικ στο subnet. Βήµα 2: Ρυθµίστε την ταχύτητα σύνδεσης στα 20 kbps Στο πρώτο scenario που θα φτιαχτεί, το WAN link θα ρυθµιστεί σαν µια σύνδεση dial-up των 20 kbps. 1. Κάντε δεξί κλικ στο WAN link και διαλέξτε Edit Attributes
Εδώ βλέπουµε τα χαρακτηριστικά της ζεύξης. Θα αλλάξουµε το χαρακτηριστικό data rate. 2. Κάντε κλικ στην τιµή και επιλέξτε Edit... 3. Εισάγετε την τιµή 20000 (=20 kbps). Πατήστε Enter και µετά OK. Βήµα 3: Ρυθµίστε και εκτελέστε την προσοµοίωση Για να προσοµοιώσουµε τη λειτουργία του δικτύου, θα χρησιµοποιήσουµε προσοµοίωση διακριτών γεγονότων (discrete event simulation). Το µοντέλο προσοµοιώνει πακέτα εφαρµογών client/server που αντιπροσωπεύουν πραγµατική κίνηση. 1. Κάντε κλικ στο κουµπί configure/run simulation. 2. Σιγουρευτείτε ότι η διάρκεια της προσοµοίωσης (Duration) είναι 8 ώρες ώστε να εξετασθεί µια τυπική ηµέρα 3. Πατήστε Run, και παρατηρήστε την πρόοδο της προσοµοίωσης. 4. Όταν η προσοµοίωση τελειώσει, πατήστε Close. Βήµα 4: Εξετάστε τα αποτελέσµατα Μπορούµε τώρα να δούµε διάφορα στατιστικά συµπεριλαµβανοµένου του χρόνου απόκρισης (Response Time) για το web application και την χρησιµοποίηση (utilization) του WAN link.
Ακολουθήστε τις οδηγίες για να εξετάσετε τα στατιστικά. Επιδόσεις του WAN link 1. Κάντε δεξί κλικ στο WAN link και επιλέξτε View Results για να δείτε τα αποτελέσµατα χρησιµοποίησης για τη ζεύξη. 2. Αναπτύξτε το point-to-point και επιλέξτε utilization και στις δύο κατευθύνσεις. 3. Επιλέξτε Overlaid Statistics από το µενού στην κάτω δεξιά γωνία για να δείτε όλα τα στατιστικά στο ίδιο διάγραµµα. 4. Επιλέξτε Show και µετά Close.
Επιδόσεις του PC2 (Researcher PC) 5. Κάντε δεξί κλικ στο PC2 Researcher και µετά View Results για να δείτε το web Response Time. 6. Αναπτύξτε το Client Http και επιλέξτε Page Response Time (seconds). Σιγουρευτείτε επίσης ότι το pull-down menu στην κάτω δεξιά γωνία βρίσκεται στην επιλογή As Is. 7. Επιλέξτε Close. 8. Μπορείτε να χρησιµοποιήσετε το κουµπί Hide/Show All Graphs για να εµφανίζετε και να κρύβετε τα διαγράµµατα. Τα αποτελέσµατά σας θα πρέπει να είναι παρόµοια µε τα παραπάνω. Το download link utilization είναι περίπου στο 80% και το upload link utilization περίπου 2%. Με χρήση του download link στο 80% δεν υπάρχει περιθώριο για πιθανές νέες εφαρµογές και χρήστες. Το Response Time του Researcher PC βρίσκεται µεταξύ 5 και 7.5 δευτερολέπτων που είναι εξαιρετικά µεγάλο. Το αργό WAN link είναι υπερφορτισµένο. Βήµα 5: Σενάριο µε 40 kbps Ας υλοποιήσουµε τώρα µια σύνδεση µε ένα ταχύτερο modem που κατεβάζει στα 40 kbps. Αυτό είναι ένα ρεαλιστικό throughput για ένα modem του οποίου η ονοµαστική ταχύτητα είναι 56 kbps. 1. Επιλέξτε Scenarios > Duplicate Scenario και ονοµάστε το scenario 40K_dialup_connection 2. Επιλέξτε ΟΚ. Έτσι φτιάχνεται ένα αντίγραφο του αρχικού σεναρίου.
Βήµα 6: Ρυθµίστε το link στα 40 kbps Κάντε δεξί κλικ στο WAN link και αλλάξτε το data rate στην τιµή 40000. Βήµα 7: Τρέξτε την προσοµοίωση για τα 40 kbps Τρέξτε ξανά την προσοµοίωση. Μπορείτε να ανατρέξετε στα προηγούµενα βήµατα για να δείτε τη διαδικασία που ακολουθείται. Βήµα 8: είτε τα αποτελέσµατα για το scenario των 40 kbps Ακολουθήστε τα ίδια βήµατα για να δείτε το link utilization, και το Response Time του Researcher PC. Παρατηρήστε ότι το link utilization ελαττώθηκε στο µισό. Επίσης, το Response Time για το web application επίσης µειώθηκε από περίπου 6 σε περίπου 2.25 δευτερόλεπτα. Αυτή είναι µια µεγάλη βελτίωση, τόσο στο utilization όσο και στο response time. Βήµα 9: Ρυθµίστε το link στα 512 kbps και τρέξτε την προσοµοίωση Στο τρίτο σενάριο, θα προσοµοιώσουµε ταχύτητα ζεύξης στα 512kbps. Αυτή είναι µια ρεαλιστική τιµή για µια γραµµή DSL. 1. Κάντε ένα αντίγραφο του scenario όπως πριν και ονοµάστε το 512K_Cable_Modem_Connection.
2. Ρυθµίστε το data rate για το WAN link στα 512000. 3. Τρέξτε ξανά την προσοµοίωση. 4. Παρατηρήστε τα αποτελέσµατα για το link utilization, Response Time και Traffic Received για το Researcher PC. Η χρησιµοποίηση κατέβηκε στο 4% και το Response Time στα 0.15 sec. Το καλωδιακό modem βελτίωσε τις αποδόσεις δραµατικά. Βήµα 10: Ρυθµίστε τη ζεύξη ως γραµµή Τ1 και τρέξτε την προσοµοίωση Φανταστείτε ότι ο παροχέας Internet µπορεί να παρέχει σύνδεση T1. Οι γραµµές T1 προσφέρουν 1.544 Mbps και στις δύο κατευθύνσεις. Το τέταρτο σενάριο θα εξετάσει τα πλεονεκτήµατα µιας τέτοιας λύσης. 1. Αντιγράψτε το scenario και ονοµάστε το T1_connection. 2. Αλλάξτε το data rate στο WAN link θέτοντάς το στη ρύθµιση T1. 3. Τρέξτε ξανά την προσοµοίωση. Βήµα 11: Συγκρίνετε τα αποτελέσµατα Αντί να εξετάσουµε µόνο τα αποτελέσµατα για την γραµµή Τ1, ας συγκρίνουµε τα γραφήµατα του Utilization και Response Times για όλα τα scenarios. Έτσι, θα έχουµε καλύτερη εικόνα της επίδρασης της αλλαγής του data rate. 1. Επιλέξτε Results > Compare results
2. Για να συγκρίνετε τα στατιστικά για το utilization, επιλέξτε τα ακόλουθα (σιγουρευτείτε ότι είναι επιλεγµένο το All scenarios ): 3. ιαλέξτε Show. 4. Για να συγκρίνετε το Response Time, από-επιλέξτε τα προηγούµενα στατιστικά, αλλάξτε το φίλτρο στην κάτω δεξιά γωνία από As Is σε Average και διαλέξτε τα ακόλουθα:
Ζητούµενα για την Άσκηση 1: 1. ώστε τα γραφήµατα που προέκυψαν από την τελευταία συγκριτική ανάλυση του µοντέλου σας για το utilization και response time. (Κάντε capture µε Print Screen και ύστερα paste και crop σε κάποιο πρόγραµµα επεξεργασίας εικόνας ή και στο Word) 2. Σχολιάστε τα γραφήµατα αυτά. Τι παρατηρείτε; 3. Ας υποθέσουµε ότι ο ιδιοκτήτης του οικιακού δικτύου σας προσλαµβάνει ως σύµβουλο για να του προτείνετε τη βέλτιστη λύση. Τι θα του προτείνατε, λαµβάνοντας φυσικά υπόψη και τον παράγοντα του κόστους; Προσπαθήστε να βρείτε ενδεικτικές τιµές από Internet providers για σύνδεση PSTN, 512K (A)DSL και για παροχή Τ1. 4. Ας υποθέσουµε ότι ο χρήστης του Researcher PC έχει την απαίτηση να εµφανίζονται οι σελίδες στην οθόνη του σε 1 δευτερόλεπτο το πολύ (κατά µέσο όρο). Κάντε δοκιµές για να προσδιορίσετε το εύρος ζώνης του WAN link που απαιτείται. 5. Προσθέστε άλλα δύο PCs µε τα ίδια χαρακτηριστικά όπως το Researcher PC (µε copy/paste) και συνδέστε τα µε το switch. Έτσι αυξάνουµε τον φόρτο του δικτύου. Τι τιµές παίρνετε για τα δύο χαρακτηριστικά (utilization/response time) και για τα τέσσερα scenarios; ώστε τα διαγράµµατα όπως στο ζητούµενο 1. 6. Στο Researcher PC προσθέστε άλλη µια εφαρµογή της επιλογής σας µε χαρακτηριστικά που εσείς πιστεύετε ρεαλιστικά. (Υπόδειξη: Θα χρειαστεί να φτιάξετε ένα καινούργιο profile και (προαιρετικά) ένα καινούργιο application). Τρέξτε την προσοµοίωση και συγκρίνετε τα αποτελέσµατα µε τα αρχικά. ώστε τα διαγράµµατα όπως στο ζητούµενο 1.