ΠΣΕ, Τµήµα Τηλεπικοινωνιών & ικτύων Η/Υ Εργαστήριο ιαδίκτυα & Ενδοδίκτυα Η/Υ Εισαγωγή στο COMNET III ρ Θεοδώρου Παύλος Χανιά 2003
Περιεχόµενα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ CΟMNET III...2 2 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΚΤΥΟΥ...4 3 ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΙΚΤΥΟΥ...5 3.1 ΟΙ ΚΟΜΒΟΙ...5 3.2 ΤΑ ΚΑΝΑΛΙΑ...6 3.3 ΟΙ ΕΝΩΣΕΙΣ...6 4 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΚΤΥΟΥ...7 4.1 ΥΠΟ ΙΚΤΥΑ...7 4.2 ΙΚΤΥΑ ΙΕΛΕΥΣΗΣ...7 4.3 ΙΚΤΥΑ ΣΥΝ ΕΣΕΩΝ...7 5 ΚΙΝΗΣΗ ΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ...7 6 ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ...8 7 ΟΙ ΥΠΟΛΟΙΠΕΣ ΠΗΓΕΣ ΚΙΝΗΣΗΣ...10 8 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΙΚΤΥΟΥ...10 9 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ...13 10 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ CΟMNET ΙΙΙ...13 1
1 Εισαγωγή στο CΟMNET III Το λογισµικό CΟΜΝEΤ III 1 που χρησιµοποιείται στα πλαίσια του εργαστηρίου του µαθήµατος ίκτυα & Υπολογιστές είναι ένα γραφικό περιβάλλον προσοµοίωσης που µε εύχρηστο τρόπο επιτρέπει την ανάλυση και την πρόβλεψη της συµπεριφοράς δικτύων επικοινωνίας σε διαφορετικές συνθήκες κίνησης. Το CΟΜΝEΤ III βασίζεται στην περιγραφή της φυσικής τοπολογίας του δικτύου, στον προσδιορισµό των αλγορίθµων ελέγχου των επικοινωνιακών συσκευών, στον καθορισµό του φορτίου που το δίκτυο έχει να εξυπηρετήσει. Με βάση τα στοιχεία αυτά, το CΟΜΝEΤ III προσοµοιώνει την λειτουργία του δικτύου και συλλέγει µετρήσεις για την συµπεριφορά του. Το CΟΜΝEΤ III δεν απαιτεί προγραµµατισµό, διότι όλες οι διαδικασίες γίνονται µε χρήση αντικειµένων των οποίων οι παράµετροι λειτουργίας µπορούν να ορισθούν από τον σχεδιαστή. Η ανάπτυξη του µοντέλου του δικτύου γίνεται µε επιλογή από µία γενική βιβλιοθήκη αντικειµένo αντικειµένων που είναι όµοια µε αντικείµενα που χρησιµοποιούνται σε ένα πραγµατικό δίκτυο, και η επιλογή των παραµέτρων γίνεται µε τέτοιον τρόπο ώστε η συµπεριφορά του αντικειµένου στο µοντέλο προσοµοίωσης να είναι όµοια µε την συµπεριφορά της πραγµατικής συσκευής. Το CΟΜΝΕΤ III µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την υλοποίηση τόσο δικτύων ευρείας περιοχής (Wide Αrea Netwοrk - WΑN) όσο και για τοπικά δίκτυα (Lοcal Area Netwοrk - LΑN). Επίσης, το CΟΜΝEΤ III επιτρέπει να υπάρχει ακριβής µοντελοποίηση της εσωτερικής συµπεριφοράς των κόµβων του δικτύου. Μ' αυτό τον τρόπο µπορεί να µοντελοποιηθεί η λειτουργία του επεξεργαστή ενός κόµβου, το σύστηµα εσόδου-εξόδου (Ι/Ο subsystem), η τοπική βάση δεδοµένων καθώς και οι εφαρµογές οι οποίες εκτελούνται επάνω στους υπολογιστές του δικτύου. Το CΟΜΝEΤ III δίδει ρεαλιστικά και ακριβή αποτελέσµατα χρησιµοποιώντας µία µεθοδολογία προσοµοίωσης µε διακριτά γεγονότα (discrete events simuιatiοn). Η δυνατότητα να εκτιµηθεί η απόδοση ενός δικτύου σηµαίνει ότι το δίκτυο µοντελοποιείται µε βάση του CΟΜΝEΤ III και δίδονται δεδοµένα για την κίνηση που αυτό πρέπει να εξυπηρετήσει. Μετά το CΟΜΝΕΤ III εκτελεί µία διαδικασία προσοµοίωσης η οποία φτιάχνει ένα µοντέλο πάνω στο οποίο δροµολογείται η 1 Το CΟΜΝΕΤ III είναι προϊόν της CACI Prοducts Cοmρany 2
προσοµοιωµένη κίνηση. Τα στοιχεία που χρειάζεται το CΟΜΝEΤ III για να µπορέσει να δηµιουργήσει το µοντέλο ενός δικτύου και για να µπορέσει να εκτελέσει την διαδικασία της προσοµοίωσης είναι τα εξής: η τοπολογία του δικτύου, δηλαδή οι κόµβοι και ο τρόπος σύνδεσης µεταξύ των, το προσφερόµενο φορτίο στο δίκτυο, το οποίο περιλαµβάνει τόσο τις εφαρµογές, οι οποίες εκτελούνται στους κόµβους του δικτύου, όσο και την κίνηση η οποία δηµιουργείται εσωτερικά στο δίκτυο για την δροµολόγηση της κίνησης των εφαρµογών. Η χρονική συµπεριφορά της κίνησης καθώς και το πλήθος των δεδοµένων µπορεί να περιγραφεί µε στατιστικούς τρόπους, τα πρωτόκολλα, δηλαδή τους κανόνες µέσα από τους οποίους λειτουργούν οι εφαρµογές και γίνεται η δροµολόγηση και η υποστήριξη των εφαρµογών αυτών. Οι τεχνικές αναφορές που δηµιουργούνται µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την εκτίµηση της απόδοσης ενός πραγµατικού δικτύου. Η ακρίβεια της εκτίµηση της απόδοσης ενός πραγµατικού δικτύου εξαρτάται κυρίως από τα δεδοµένα από τα οποία µοντελοποιείται η κίνηση του δικτύου. χρόνος προσοµοίωσης του µοντέλου, δηλαδή για πόσο χρονικό διάστηµα θα εκτελεσθεί η προσοµοίωση, έτσι ώστε να δοθούν πραγµατικά στοιχεία. Για παράδειγµα, έστω ότι πρέπει να µοντελοποιηθούν µεταφορές αρχείων και το µέγεθος των αρχείων πρέπει να επιλεγεί µε οµοιόµορφο τρόπο ανάµεσα σε 10 και 50 Κbytes. Εάν το µοντέλο εκτελεσθεί µόνο για 5 µεταφορές αρχείων και για παράδειγµα πάρουµε µεγέθη 37, 21, 17, 11 και 31 Κbytes, τότε το µέσο µήκος του αρχείου είναι 23,4 Κbytes αντί του επιθυµητού που είναι 30 Κbytes. Αντιθέτως αν εκτελέσουµε την προσοµοίωση για έναν πολύ µεγάλο αριθµό µεταφορών αρχείων, τότε η µέση τιµή του αρχείου θα πλησιάζει πολύ προς την τιµή που έχουµε αρχικά ορίσει. Για να εκτιµήσουµε το ποιος είναι ο σωστός χρόνος εκτέλεσης της προσοµοίωσης, χρειαζόµαστε δυο ποσοτικές παραµέτρους. Οι παράµετροι αυτές είναι απόκλιση (variation) διάστηµα στατιστικής εµπιστοσύνης (statistical confιdence estimate). Για παράδειγµα µεταφορές αρχείων οι οποίες ολοκληρώνονται µε µέση καθυστέρηση 10,5 sec έχουν παρατηρούµενη απόκλιση καθυστέρησης της τάξης των 2,3 sec και διάστηµα στατιστικής εµπιστοσύνης 95%. Το CΟΜΝEΤ III µπορεί να εκτελέσει πολλαπλές και ανεξάρτητες µεταξύ τους επαναλήψεις της ίδιας προσοµοίωσης και µε τον τρόπο αυτό να δηµιουργήσει την 3
µέση, την µέγιστη, την ελάχιστη τιµή και την διασπορά της τιµής ενός στοιχείου µέτρησης. Επίσης, µπορεί να δηµιουργήσει γραφικές παραστάσεις και διαγράµµατα για την απόδοση του συστήµατος. Όταν έχει ολοκληρωθεί η δηµιουργία του µοντέλου το οποίο µας παράγει ακριβή αποτελέσµατα για την συµπεριφορά του δικτύου, τότε µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε το µοντέλο αυτό για την εκτέλεση πολλαπλών πειραµάτων αλλάζοντας κάποιες παραµέτρους και να διερευνήσουµε την επίδραση των παραµέτρων στην συνολική συµπεριφορά του µοντέλου µας. 2 Στοιχεία δικτύου Σαν τηλεπικοινωνιακό δίκτυο ορίζεται ένα σύνολο από υπολογιστικές συσκευές και συσκευές επικοινωνιών οι οποίες είναι διασυνδεδεµένες µεταξύ τους για την διακίνηση δεδοµένων, φωνής, βίντεο. Σ' ένα δίκτυο µπορούµε να βρούµε ένα µικρό ή ένα µεγάλο αριθµό από τέτοιες συσκευές χωρίς αυτό να αλλάζει καθόλου την έννοια του δικτύου. στοιχεία δικτύου Το CΟΜΝEΤ III έχει την δυνατότητα να συµπεριλάβει κατά την διάρκεια της προσοµοίωσης οποιονδήποτε τύπο συσκευής και να µοντελοποιήσει την συµπεριφορά της. Αυτό δεν σηµαίνει ότι το CΟΜΝEΤ III περιλαµβάνει µοντέλα για οποιαδήποτε συσκευή, αλλά ότι περιλαµβάνει γενικού σκοπού µοντέλα τα οποία µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την µοντελοποίηση οποιασδήποτε επικοινωνιακής συσκευής, διότι δίνεται η δυνατότητα να αλλάξουν οι παράµετροι των µοντέλων και να συνδυασθούν πολλές συσκευές µαζί ώστε να επιτευχθεί η λειτουργία µιας πραγµατικής συσκευής. Το CΟΜΝEΤ III χρησιµοποιεί ένα µικρό αριθµό από στοιχεία δικτύου τα οποία όµως είναι αρκετά γενικά και ο χρήστης έχει τη δυνατότητα εύκολα να τα τροποποιήσει. Επίσης σε πολλές περιπτώσεις το CΟΜΝΕΤ III περιλαµβάνει στοιχεία από πραγµατικές τηλεπικοινωνιακές συσκευές και µ' αυτό τον τρόπο γίνεται αρκετά εύκολη η µοντελοποίηση ενός πραγµατικού δικτύου. Το CΟΜΝEΤ III επιτρέπει την εκτέλεση πειραµάτων µε ένα πολύ µεγάλο αριθµό διαφορετικών σεναρίων στο ίδιο µοντέλο και την συλλογή µετρήσεων για την αξιολόγηση της συµπεριφοράς του πραγµατικού δικτύου. Το CΟΜΝΕΤ III υλοποιεί τις διαδικασίες της ανάπτυξης του µοντέλου, της εκτέλεσης των πειραµάτων και της επεξεργασίας των µετρήσεων µέσα από µία διαδικασία που περιλαµβάνει τα παρακάτω στάδια: 4
Κόµβοι, κανάλια µετάδοσης και πηγές κίνησης επιλέγονται από την τοπική βιβλιοθήκη και σχηµατίζεται η αρχική µορφή του δικτύου. Τα παραπάνω αντικείµενα διασυνδέονται για να ορισθούν οι µεταξύ τους σχέσεις. Σε κάθε αντικείµενο ορίζονται οι παράµετροι λειτουργίας του καθώς και οι γενικές παράµετροι λειτουργίας του δικτύου και των πρωτοκόλλων. Τ ο µοντέλο ελέγχεται ως προς την συντακτική αρτιότητά του και Τελικά προσοµοιώνεται το δίκτυο και δηµιουργούνται οι αναφορές που έχουν επιλεγεί. 3 Τοπολογία ικτύου Τα στοιχεία του δικτύου που χρησιµοποιεί το CΟΜΝEΤ III καθορίζουν την φυσική διάταξη και τις συσκευές που αποτελούν το πραγµατικό δίκτυο. Η τοπολογία του δικτύου καθορίζεται από τρία βασικά στοιχεία: τους κόµβους (nοdes) που αντιστοιχούν στις φυσικές συσκευές, τα κανάλια (links) που χρησιµοποιούνται για την µετάδοση των δεδοµένων ανάµεσα στους κόµβους, και τις ενώσεις (arcs) που σχετίζουν κόµβους µε κανάλια. Οι ενώσεις δείχνουν ποιοι κόµβοι χρησιµοποιούν ποια κανάλια και ειδικότερα ποια θύρα εξόδου σχετίζεται µε το συγκεκριµένο κανάλι. 3.1 Οι Κόµβοι Το CΟΜΝΕΤ III έχει τέσσερις τύπους κόµβων: Cοmputer and Cοmmunicatiοns Nοdes (C&C Nοdes): Οι κόµβοι αυτοί δηµιουργούν ή/και λαµβάνουν κίνηση και µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την µοντελοποίηση πολύπλοκων εφαρµογών καθώς και για να ορισθούν στοιχεία του συστήµατος που χρησιµοποιούν οι εφαρµογές, όπως οι απαιτήσεις µνήµης και ο βαθµός χρησιµοποίησης του τοπικού επεξεργαστή. Οι C&C Nοdes µπορούν επίσης να µοντελοποιήσουν γέφυρες, δροµολογητές και διακοπτικά κέντρα διότι µπορούν να διαχειρισθούν κίνηση και να πάρουν αποφάσεις δροµολόγησης. Cοmputer Grοups: Οι κόµβοι αυτοί δηµιουργούν ή/και λαµβάνουν κίνηση και µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την µοντελοποίηση πολύπλοκων εφαρµογών καθώς και για να ορισθούν στοιχεία του συστήµατος, όπως οι απαιτήσεις µνήµης και ο βαθµός χρησιµοποίησης του τοπικού επεξεργαστή. Σε αντίθεση µε τους 5
C&C Nοdes δεν µπορούν να διαχειρισθούν κίνηση που δεν έχει σαν προορισµό αυτούς τους ίδιους. Οι κόµβοι αυτοί είναι ιδιαίτερα χρήσιµοι στις περιπτώσεις που απαιτείται να συνδεθεί ένας µεγάλος αριθµός κόµβων µε τα ίδια χαρακτηριστικά στο ίδιο δίκτυο. Rοuter Nοdes: Οι κόµβοι αυτοί µοντελοποιούν συσκευές που χρησιµοποιούνται για δροµολόγηση της κίνησης. Οι κόµβοι αυτοί µοιάζουν αρκετά µε τους C&C Nοdes, αλλά έχουν το πρόσθετο χαρακτηριστικό ότι µπορούν να µοντελοποιήσουν την λειτουργική δοµή του εσωτερικού καναλιού επικοινωνίας ανάµεσα στις θύρες εισόδου και εξόδου. Switch Nοdes: Οι κόµβοι αυτοί χρησιµοποιούνται µόνο για την δροµολόγηση της κίνησης, ιδιαίτερα για τις περιπτώσεις όπου η διακίνηση ενός πακέτου πληροφορίας από µία θύρα εισόδου σε µία θύρα εξόδου γίνεται σε πολύ µικρό χρονικό διάστηµα. Σε αντίθεση µε τους υπολοίπους κόµβους, οι Switch Nοdes δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την µοντελοποίηση εφαρµογών γιατί δεν δηµιουργούν και λαµβάνουν κίνηση. 3.2 Τα Κανάλια Το CΟΜΝΕΤ III έχει τα µοντέλα για δύο τύπους καναλιών: Pοint-tο-Pοint: Τα κανάλια αυτά αντιστοιχούν σε κανάλια επικοινωνίας ανάµεσα σε δύο µόνο κόµβους. Συνήθως τα κανάλια αυτά αφορούν αφιερωµένες γραµµές, όπως µία σειριακή σύνδεση ανάµεσα σε δύο υπολογιστές, τις γραµµές που συνδέουν τους δροµολογητές στα πλαίσια ενός δικτύου ευρείας περιοχής κλπ. Τα κανάλια αυτά χρησιµοποιούνται επίσης για την υποστήριξη δεδοµένων µεταγωγής κυκλώµατος. Multi-access: Τα κανάλια αυτά αντιστοιχούν σε κανάλια τοπικών δικτύων επικοινωνίας και γενικά σε περιπτώσεις όπου περισσότεροι από δύο κόµβοι µοιράζονται το ίδιο επικοινωνιακό µέσον. Τα πρωτόκολλα προσπέλασης µέσου που υποστηρίζονται περιλαµβάνουν τα Αlοha, Ethemet, Τοken-Ring, Τοken Bus, FDDI, ΑΤΜ, CSΜA/CΑ, ISDN κλπ. 3.3 Οι Ενώσεις Εκτός της περίπτωσης όπου οι ενώσεις συσχετίζουν κόµβους µε κανάλια, οι ενώσεις χρησιµοποιούνται και σε τοπολογίες υποδικτύων (αναφέρονται στο κείµενο που ακολουθεί), όπου δίνουν την δυνατότητα να ορισθούν παράµετροι κόστους για την δροµολόγηση µέσο του αντιστοίχου καναλιού και να καθοριστούν οι παράµετροι της θύρας σύνδεσης (καθυστέρηση, µέγεθος µνήµης κλπ.). 6
4 Πρόσθετα στοιχεία δικτύου Εκτός από τα παραπάνω βασικά στοιχεία δικτύου, το CΟΜΝΕΤ III έχει τρεις ακόµη τύπους στοιχείων: τα υποδίκτυα, τα δίκτυα διέλευσης και τα δίκτυα συνδέσεων. 4.1 Υποδίκτυα Τα υποδίκτυα (subnets) χρησιµοποιούνται για να µοντελοποιήσουν µια τοπολογία µε ιεραρχικό τρόπο, έτσι ώστε ξεχωριστά υποδίκτυα να χρησιµοποιούν ξεχωριστούς και ανεξάρτητους αλγορίθµους δροµολόγησης, και ταυτόχρονα να παραµένουν ανεξάρτητα από το δίκτυο κορµού που πιθανόν να χρησιµοποιείται. Εξωτερικά τα υποδίκτυα µπορούν να συνδεθούν µόνο σε κανάλια, ενώ στην εσωτερική τους δοµή χρησιµοποιούν κανάλια και κόµβους, ενώ µπορούν να περιλαµβάνουν και άλλα υποδίκτυα. Η σύνδεση της εσωτερικής δοµής των υποδικτύων µε τον εξωτερικό κόσµο γίνεται µέσο των Σηµείων Πρόσβασης (Αccess Pοints). Σε κάθε υποδίκτυο µπορούν να υπάρχουν πολλά Σηµεία Πρόσβασης. 4.2 ίκτυα ιέλευσης Τα ίκτυα διέλευσης (Transit Nets) αποτελούν µοντέλα δικτύων που χρησιµοποιούνται για να προσδιορίσουν την ροή πακέτων δια µέσου των δικτύων αυτών, γι αυτό και µπορούν να λειτουργήσουν είτε σαν κανάλια είτε σαν υποδίκτυα. Τα ίκτυα ιέλευσης λειτουργούν σαν ένα κανάλι που µεταφέρει πακέτα από την θύρα εξόδου ενός κόµβου συνδεδεµένου στο ίκτυο ιέλευσης στην θύρα εισόδου ενός άλλου κόµβου, επίσης συνδεδεµένου στο ίκτυο ιέλευσης. 4.3 ίκτυα Συνδέσεων Τα ίκτυα Συνδέσεων (WΑΝ CΙοuds) χρησιµοποιούνται για να µοντελοποιήσουν υπηρεσίες δικτύων ευρείας περιοχής, κυρίως για λειτουργίες συνδέσεων. Τα ίκτυα Συνδέσεων µπορούν να συνδέσουν µόνο κόµβους και χρησιµοποιούν και αυτά τα Σηµεία Πρόσβασης. Μόνο ένας κόµβος µπορεί να συνδεθεί σε ένα Σηµείο Πρόσβασης και µόνο ένα Κανάλι Πρόσβασης µπορεί να συνδεθεί εσωτερικά του ικτύου Συνδέσεων σε κάθε Σηµείο Πρόσβασης. 5 Κίνηση ικτύου και Υπολογιστικό Φορτίο Στα πλαίσια του CΟΜΝEΤ ΙΙI υπάρχουν πολλές πηγές κίνησης. Οι Πηγές 7
Εφαρµογών (ΑρρΙicatiοn Sοurces) είτε εκτελούν εντολές που εισάγουν κίνηση στο δίκτυο είτε εκτελούν εντολές που προσθέτουν υπολογιστικό φορτίο εσωτερικά στους κόµβους. Οι υπόλοιπες πηγές κίνησης (Πηγές Μηνυµάτων - Μessage Sοurces, Πηγές Αποκρίσεων - Resροnse Sοurces, Πηγές Συνόδων και Κλήσεων - Sessiοn & Call Sοurces) εισάγουν κίνηση µόνο εσωτερικά στο δίκτυο. Κατά την διάρκεια της προσοµοίωσης, το CΟΜΝEΤ III µπορεί να δείχνει µε γραφικό τρόπο την κίνηση των πακέτων και των πλαισίων που ανταλλάσσονται πάνω από κάθε κανάλι. Υπάρχουν τρεις τρόποι µε τους οποίους οι πηγές µπορούν να προγραµµατιστούν ως προς την χρονική συµπεριφορά τους. Με βάση τον χρόνο επανάληψης των συµβάντων Με βάση το περιεχόµενο των µηνυµάτων που λαµβάνουν, και Με βάση κάποιο γεγονός ενεργοποίησης. Σε κάθε κόµβο µπορούν να είναι συνδεδεµένες πολλές πηγές κίνησης και να χρησιµοποιούν τον ίδιο ή διαφορετικό τρόπο χρονικής συµπεριφοράς. Εάν πολλές πηγές ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα, τότε τα µηνύµατα τους τίθενται σε µια τοπική ουρά και εξυπηρετούνται από τον τοπικό επεξεργαστή ένα κάθε φορά. Σε ένα µοντέλο πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον µία πηγή που να ενεργοποιηθεί τουλάχιστον µία φορά από ένα χρονικό γεγονός ώστε να αρχίσει η διαδικασία της προσοµοίωσης. Η γέννηση µηνυµάτων µε βάση το περιεχόµενο των µηνυµάτων που λαµβάνει η πηγή επιτρέπει να δηµιουργηθούν µοντέλα όπου η συµπεριφορά της συγκεκριµένης πηγής να ορίζεται µε βάση της συµπεριφορά τµηµάτων ή και ολόκληρου του δικτύου. Στις περιπτώσεις αυτές χρησιµοποιείται το κείµενο του µηνύµατος (message text) για να ενεργοποιηθεί η πηγή στον κόµβο προορισµού. Το κείµενο του µηνύµατος είναι διαφορετικό από το πραγµατικό περιεχόµενο του µηνύµατος και χρησιµοποιείται µόνο για την λειτουργία της ενεργοποίησης. Η διαδικασία της ενεργοποίησης µπορεί να είναι αρκετά απλή (π.χ. απάντηση στο µήνυµα που έλαβε) µέχρι αρκετά σύνθετη (απάντηση µετά από µια διαδοχή µηνυµάτων, ίδιου ή διαφορετικού περιεχοµένου ). 6 Οι Εφαρµογές Οι εφαρµογές (applications) επιτρέπουν την µοντελοποίηση τόσο της κίνησης δικτύου όσο και το υπολογιστικό φορτίο που σχετίζεται µε έναν κόµβο. Κάθε εφαρµογή αποτελείται από τρία τµήµατα: Τις παραµέτρους του κόµβου, για να ορισθούν η υπολογιστική ταχύτητα και οι χρόνοι προσπέλασης των µονάδων αποθήκευσης 8
Το σύνολο των εντολών, για να ορισθεί η συµπεριφορά του κόµβου σε διαφορετικά γεγονότα, και Η πηγή της εφαρµογής, για να ορισθεί η σειρά και ο χρονισµός των εντολών. Το υπολογιστικό φορτίο σε έναν κόµβο ελέγχεται από τις φυσικές παραµέτρους της µονάδας επεξεργασίας και των φυσικών χώρων αποθήκευσης. Αρχικά οι παράµετροι αυτές είναι 0, δηλ. θεωρείται άπειρη υπολογιστική ισχύς και άπειροι χώροι αποθήκευσης. Για να προστεθεί υπολογιστικό φορτίο, οι παράµετροι πρέπει να έχουν τιµές διαφορετικές από 0. Οι παράµετροι που ορίζονται είναι ο χρόνος επεξεργασίας ανά εντολή (Prοcessing cοmmand), οι χρόνοι αποθήκευσης (Read/Write cοmmands) και ο χρόνος επεξεργασίας πακέτου για κίνηση που δηµιουργείται, τερµατίζει ή διέρχεται µέσα από τον κόµβο. Η δηµιουργία κίνησης περιλαµβάνει τις παρακάτω εντολές: Transpοrt Message Cοmmand: Η εντολή αυτή στέλνει ένα µήνυµα σε έναν κόµβο προορισµού (ή σε µια οµάδα κόµβων προορισµού). Τα µηνύµατα αυτά πάντα στέλνονται αυτοδύναµα πακέτα (datagrams), το οποία σαν δροµολογούνται ανεξάρτητα µεταξύ τους. Setup sessiοn Cοmmand: Η εντολή αυτή χρησιµοποιείται για να εγκαθιστά λογικές συνδέσεις. Κατά την διάρκεια αυτής της εντολής, και µετά την εγκατάσταση της σύνδεσης, ένας αριθµός µηνυµάτων στέλνεται, τα οποία δροµολογούνται είτε σαν αυτοδύναµα πακέτα είτε στα πλαίσια νοητών κυκλωµάτων (virtual circuits). Answer Message Cοmmand: Η εντολή αυτή χρησιµοποιείται για να στέλνει µηνύµατα πίσω στον αρχικό αποστολέα. Τα µηνύµατα αυτά δροµολογούνται είτε σαν αυτοδύναµα πακέτα είτε στα πλαίσια νοητών κυκλωµάτων, πάντα όµως µε την ίδια µέθοδο δροµολόγησης που χρησιµοποίησε το µήνυµα ενεργοποίησης. Filter Message Cοmmand: Η εντολή αυτή χρησιµοποιείται για να υποχρεώσει τον κόµβο να διακόψει όλες τις λειτουργίες του, µέχρι να λάβει το κατάλληλο µήνυµα ενεργοποίησης. Υπολογιστικό φορτίο εισάγεται στον κάθε κόµβο λόγω της κίνησης που διαχειρίζεται, µε βάση τις παραµέτρους επεξεργασίας των πακέτων.επίσης υπάρχουν οι παρακάτω εντολές υπολογιστικού φορτίου: Prοcess Cοmmand: Η εντολή αυτή χρησιµοποιείται για να µοντελοποιηθούν εσωτερικές διαδικασίες του κόµβου οι οποίες κρατούν τον επεξεργαστή απασχοληµένο για κάποιο χρονικό διάστηµα. Read/Write Cοmmand: Οι εντολές αυτές χρησιµοποιούνται για να κρατούν τον 9
επεξεργαστή απασχοληµένο για κάποιο χρονικό διάστηµα στα πλαίσια διαδικασιών εγγραφής και ανάγνωσης δεδοµένων. Επίσης, οι εντολές αυτές µεταβάλλουν τους διαθέσιµους χώρους αποθήκευσης δεδοµένων. 7 Οι Υπόλοιπες Πηγές Κίνησης Οι υπόλοιπες πηγές κίνησης είναι απλούστερες µορφές των εφαρµογών που περιγράφηκαν παραπάνω, επειδή οι πηγές ενός τύπου κίνησης υλοποιούνται από πηγές εφαρµογών όπου η διαδικασία των εντολών τους αποτελείται από µία εντολή κίνησης. Η πηγή Μηνυµάτων (Μessage) δηµιουργείται από τον συνδυασµό µιας πηγής εφαρµογής µε µία Τransροrt Μessage εντολή και χρησιµοποιείται για την µοντελοποίηση µηνυµάτων του χρήστη ή µηνύµατα ελέγχου των πρωτοκόλλων. Η πηγή Αποκρίσεων (Resροnse) δηµιουργείται από τον συνδυασµό µιας πηγής εφαρµογής µε µία Answer Μessage εντολή και χρησιµοποιείται για την µοντελοποίηση απαντήσεων ή επιβεβαιώσεων µηνυµάτων. Η πηγή Συνόδου (Sessiοn) δηµιουργείται από τον συνδυασµό µιας πηγής εφαρµογής µε µία Setuρ εντολή και χρησιµοποιείται για την µοντελοποίηση συνδέσεων µε ανταλλαγή πολλαπλών ή µηνυµάτων που δροµολογούνται µέσα από νοητά κυκλώµατα. Η πηγή Κλήσης (Call) χρησιµοποιείται για την µοντελοποίηση κλήσεων µε µεταγωγή κυκλώµατος. Οι πηγές αυτές ορίζουν τους χρόνους ανάµεσα σε διαδοχικές αιτήσεις κλήσεων, την διάρκεια τους και τις απαιτήσεις εύρους ζώνης που έχουν.οι κλήσεις αυτές χρησιµοποιούν διαφορετικούς πόρους του δικτύου από την κίνηση δεδοµένων. Εκτός από τους παραπάνω τρόπους εισαγωγής κίνησης στο δίκτυο, το CΟΜΝENΤ ΙΙΙ επιτρέπει την εισαγωγή στοιχείων κίνησης από αρχεία, τα οποία δηµιουργούνται είτε από αναλυτές δικτύων (πραγµατική κίνηση που συλλέγεται από υπάρχοντα δίκτυα) είτε µε κάποιον άλλο τρόπο. 8 Λειτουργία του ικτύου Η εσωτερική λειτουργία του δικτύου καθορίζει πως τα µηνύµατα που δηµιουργούνται στους κόµβους δροµολογούνται µέσα στο δίκτυο (µε βάση αλγόριθµους δροµολόγησης) και πως µεταδίδονται µε βάση κάποιο πρωτόκολλο µεταφοράς. Το CΟΜΝEΤ III έχει µια µεγάλη συλλογή στατιστικών κατανοµών που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την δηµιουργία της κίνησης του δικτύου. Η συλλογή αυτή µπορεί να επεκταθεί είτε µε χρήση των Πινάκων Κατανοµής (Distributiοn ΤabΙes) 10
είτε µε Ονοµαστικές Κατανοµές (Named Distributiοns). Οι Ονοµαστικές Κατανοµές είναι κατανοµές που προσδιορίζονται από ένα όνοµα και ένα σύνολο παραµέτρων µιας γνωστής αναλυτικής κατανοµής. Οι κατανοµές αυτές είναι πολύ χρήσιµες για την υλοποίηση πολύπλοκων µοντέλων. Οι Πίνακες Κατανοµής επίσης αναφέρονται µε ένα όνοµα αλλά αποτελούνται από έναν πίνακα τιµών και τις αντίστοιχες πιθανότητες, είτε για συνεχείς είτε για διακριτές µεταβλητές. Το πρωτόκολλο µεταφοράς ελέγχει τον τρόπο µεταφοράς των µηνυµάτων από τον κόµβο που δηµιουργεί τα δεδοµένα στον κόµβο προορισµού. Το πρωτόκολλο µεταφοράς ορίζει το µέγεθος του πακέτου που θα χρησιµοποιηθεί για την µεταφορά του µηνύµατος, την πρόσθετη πληροφορία που πρέπει να χρησιµοποιηθεί, τον έλεγχο ροής και τον τρόπο επαναµετάδοσης των πακέτων. Το CΟΜΝΕΤ III υποστηρίζει ένα µεγάλο σύνολο πρωτοκόλλων µεταφοράς και κάθε πρωτόκολλο µεταφοράς αντιστοιχεί σε έναν συνδυασµό παραµέτρων. Τα µοντέλα του πρωτοκόλλου µεταφοράς που χρησιµοποιεί το CΟΜΝEΤ III καθορίζουν έναν rοuted-ρrοtοcοι identifier, το µέγεθος του πακέτου που χρησιµοποιείται, τον µηχανισµό ελέγχου ροής, και τον χρόνο επαναµετάδοσης των πακέτων που έχουν χαθεί. Ο routed-protocol identifier είναι ένα όνοµα που προσδιορίζει ένα σύνολο πρωτοκόλλων που τα πακέτα τους έχουν την ίδια διαχείριση στους δροµολογητές του δικτύου. Για παράδειγµα, τα πακέτα ΙΡ έχουν την ίδια µορφή επεξεργασίας στους δροµολογητές, ανεξάρτητα από το πρωτόκολλο µεταφοράς που τα δηµιούργησε. Το µέγεθος του πακέτου που χρησιµοποιείται από τον µεταδότη και τον τελικό δέκτη ορίζει το µέγιστο µέγεθος δεδοµένων που µπορεί να µεταφερθεί από ένα µοναδικό πακέτο. Το µεταδιδόµενο πακέτο θα περιέχει επίσης πρόσθετη πληροφορία ( οverhead) που χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της µετάδοσης. Ο έλεγχος ροής που χρησιµοποιείται στα πλαίσια του CΟΜΝΕΤ III µπορεί να περιλαµβάνει έναν από τους παρακάτω µηχανισµούς: Σταθερού µεγέθους παράθυρο Έλεγχος ροής µεταβλητού παράθυρου Μηχανισµό ροής του SNΑ ΤCΡ/ΙΡ µηχανισµό αποφυγής συµφόρησης Κανέναν µηχανισµό ροής, κλπ. Οι µηχανισµοί ελέγχου ροής καθορίζουν το µέγεθος του παραθύρου, το µέγεθος και 11
τις προτεραιότητες των επιβεβαιώσεων λήψης, µηχανισµούς διόρθωσης λαθών µε επαναµετάδοση (όπως της επιλεκτικής επαναµετάδοσης), µηχανισµούς επαναπροσδιορισµού του χρόνου επαναµετάδοσης µε βάση µετρήσεις για τον συνολικό χρόνο µεταφοράς των πακέτων κλπ. Το CΟΜΝΕΤ III παρέχει µηχανισµούς διαπραγµάτευσης του µεγέθους του µέγιστου πακέτου και του µεγέθους του παραθύρου. Για την µοντελοποίηση υπηρεσιών όπως το frame-relay και το ΑΤΜ, το CΟΜΝΕΤ III έχει αλγορίθµους εποπτείας της κίνησης (traffic ροlicing) και αλγορίθµους διαµόρφωσης της κίνησης (traffic shaρing and rate cοntrοι). Οι αλγόριθµοι εποπτείας της κίνησης επιτρέπουν τον προσδιορισµό των πακέτων που είναι προτιµότερο να χαθούν σε συνθήκες συµφόρησης του δικτύου και σε περιπτώσεις όπου η κίνηση που προσφέρεται από την συγκεκριµένη υπηρεσία υπερβαίνει το ποσό που είχε αρχικά συµφωνηθεί. Οι αλγόριθµοι διαµόρφωσης της κίνησης ελέγχουν τον τρόπο εισαγωγής της κίνησης στο δίκτυο έτσι ώστε να ικανοποιούνται συγκεκριµένοι περιορισµοί στον καταιγισµό εισερχοµένων πακέτων πληροφορίας. Ένα πακέτο µπορεί να χαθεί στο δίκτυο (π.χ. λόγω έλλειψης µνήµης σε ένα ενδιάµεσο κόµβο). Στην περίπτωση αυτήν, το πρωτόκολλο µεταφοράς µεταδίδει ξανά το πακέτο για να διορθώσει το λάθος. Το CΟΜΝEΤ III χρησιµοποιεί ένα µηχανισµό επαναµετάδοσης και µία παράµετρο προσδιορισµού του χρόνου επαναµετάδοσης. Όλα τα πακέτα ενός µηνύµατος πρέπει να ληφθούν στον τελικό κόµβο, πριν θεωρηθεί ότι το µήνυµα έχει φθάσει σωστά. Κάθε υποδίκτυο και κάθε δίκτυο διέλευσης έχει τους δικούς του αλγόριθµους δροµολόγησης που καθορίζουν πως τα µηνύµατα δροµολογούνται µέσα αυτό. ιάφοροι αλγόριθµοι δροµολόγησης είναι διαθέσιµοι στα πλαίσια του CΟΜΝΕΤ ΙΙΙ. Υπάρχουν στατικοί αλγόριθµοι που υπολογίζουν τους πίνακες δροµολόγησης πριν ξεκινήσει η προσοµοίωση καθώς και κάθε φορά που ένα κανάλι ή ένας κόµβος ενεργοποιείται η απενεργοποιείται. Υπάρχουν δυναµικοί αλγόριθµοι που περιοδικά υπολογίζουν τους πίνακες δροµολόγησης µε βάση µετρήσεις που γίνονται στο αµέσως προηγούµενο χρονικό διάστηµα. Επίσης, µερικοί δυναµικοί αλγόριθµοι χρησιµοποιούν πίνακες κόστους (ρenalty tables) και η διάκριση µεταξύ τους βασίζεται κυρίως στον τρόπο υπολογισµού του κόστους. Οι πίνακες δροµολόγησης περιέχουν µία ή περισσότερες διαδροµές για κάθε συνδυασµό Κόµβου Αρχής, Κόµβου Προορισµού και Τάξης ροµολόγησης. Η Τάξη ροµολόγησης προσδιορίζει τις ιδιότητες δροµολόγησης για µια συγκεκριµένη τάξη µηνυµάτων. Αρχικά κάθε αλγόριθµος δροµολόγησης επιλέγει µία διαδροµή για κάθε συνδυασµό αρχής-προορισµού-τάξης δροµολόγησης, ακόµη και αν υπάρχουν πολλαπλές διαδροµές µε το ίδιο ελάχιστο κόστος, αλλά δίνει την δυνατότητα επιλογής διαδικασιών ισορροπηµένης φόρτισης πολλαπλών διαδροµών. Για την υποστήριξη της δροµολόγησης κίνησης µε την τεχνική της µεταγωγής πακέτου, το CΟΜΝEΤ III υποστηρίζει έξι αλγόριθµους δροµολόγησης: RIP Μinimum Ηορ 12
Shοrtest Μeasured Delay Link-State Shοrtest Path First Μinimum Penalty IGRP User Defined Rοuting Για την υποστήριξη της δροµολόγησης κίνησης µε την τεχνική της µεταγωγής κυκλώµατος, το CΟΜΝEΤ III υποστηρίζει τρεις αλγόριθµους δροµολόγησης: Μinimum Ηορ Μinimum Penalty User Defined Rοuting 9 Στατιστικές Αναφορές To COMNET III συλλέγει στατιστικά στοιχεία και δηµιουργεί στατιστικές αναφορές. Οι στατιστικές αναφορές παρουσιάζουν τα στοιχεία που έχουν συλλεγεί µε βάση τα δεδοµένα συλλογής που έχουν καθοριστεί πριν αρχίσει η διαδικασία της προσοµοίωσης. Ο κατάλογος επιλογής των αναφορών επιτρέπει να ορισθούν οι παράµετροι συλλογής. Η επιλογή µόνο των απαραιτήτων στατιστικών στοιχείων δηµιουργεί µικρές στατιστικές αναφορές και µικραίνει τον χρόνο επεξεργασίας των στατιστικών στοιχείων. Εκτός από τις Στατιστικές αναφορές, στατιστικά στοιχεία συλλέγονται χρησιµοποιώντας την επιλογή Statistics. Με την επιλογή αυτήν, συλλέγονται τόσο βασικά στατιστικά στοιχεία (ελάχιστη τιµή, µέγιστη τιµή, µέση τιµή και διασπορά) όσο και µετρήσεις οι οποίες µπορούν να δώσουν γραφικές παραστάσεις, τόσο κατά την διάρκεια εκτέλεσης της προσοµοίωσης, όσο και µετά το τέλος της προσοµοίωσης. 10 Λειτουργία του CΟMNET ΙΙΙ Ο καλλίτερος τρόπος για να µάθει κανείς το CΟΜΝEΤ III είναι να το χρησιµοποιήσει για να φτιάξει ένα αρχικό µοντέλο και να µελετήσει την συµπεριφορά του αντίστοιχου συστήµατος κάτω από διαφορετικές συνθήκες κίνησης. Στο κείµενο που ακολουθεί δίνονται βασικές πληροφορίες για το πως µπορεί κανείς να λειτουργήσει το CΟΜΝEΤ ΙΙΙ, ώστε να είναι δυνατή η πραγµατοποίηση των εργαστηριακών 13
ασκήσεων από τους φοιτητές στο σχετικά µικρό χρονικό διάστηµα που έχουν στην διάθεση τους. Για τον σκοπό αυτόν, έχει αναπτυχθεί ένα απλό παράδειγµα, που επιτρέπει στους φοιτητές να δοκιµάσουν πειραµατιζόµενοι να εφαρµόσουν τις οδηγίες που τους έχουν δοθεί. Η συλλογή των µετρήσεων αυτών αποτελεί την πρώτη πρακτική δραστηριότητα των φοιτητών στο εργαστήριο. Τα µοντέλα του CΟΜΝΕΤ III αποθηκεύονται σε αρχεία της µορφής *.c3. Επίσης, κάθε φορά που δηµιουργείται ένα νέο µοντέλο, δηµιουργείται και ένας κατάλογος µε το ίδιο όνοµα όπου φυλάσσονται οι στατιστικές αναφορές, τα αρχεία εξέλιξης της προσοµοίωσης κλπ. Κάθε φορά που πραγµατοποιείται µια προσοµοίωση, δηµιουργείται το αρχείο Stat1.rpt, το οποίο περιέχει τις µετρήσεις που έγιναν κατά την διάρκεια της προσοµοίωσης και αποθηκεύεται στον κατάλογο που αναφέρθηκε παραπάνω. 14