Nghiên cứu khả năng tương tác với mạng thực của bộ mô phỏng NS-2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ






NGUYỄN NGỌC DŨNG





NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI
MẠNG THỰC CỦA BỘ MÔ PHỎNG NS-2








LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội – 2008










ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC DŨNG





NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI
MẠNG THỰC CỦA BỘ MÔ PHỎNG NS-2




Ngành : Công nghệ thông tin
Chuyên ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số : 60 48 15




LUẬN VĂN THẠC SỸ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT

Hà Nội – 2008







1


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 3
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 5
1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính và mạng Internet 5
1.2 Giao thức và kiến trúc giao thức 8
1.2.1 Khái niệm giao thức 8
1.2.2 Kiến trúc phân tầng và các mô hình tham chiếu ISO/OSI và TCP/IP 8
1.2.2.1 Mô hình tham chiếu ISO OSI 9
1.2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP 11
1.2.3 Đặc tả và kiểm chứng giao thức 13
1.3 Đánh giá hiệu suất giao thức 14
1.3.1 Khái niệm hiệu suất mạng và các độ đo hiệu suất 14
1.3.2 Tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu suất 15
1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng 16
1.4.1 Khái quát về các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất 16
1.4.2 Phƣơng pháp lập mô hình giải tích 16
1.4.3 Phƣơng pháp lập mô hình mô phỏng 17
1.4.4 Phƣơng pháp Đo 18
1.4.5 So sánh các phƣơng pháp 18

CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN QUÁ
TRÌNH TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC 20
2.1 Mạng cục bộ và các giao thức tầng MAC 20
2.1.1 Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network) 20
2.1.2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng 20
2.1.2.1 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên 21
2.1.2.2 Điều khiển truy nhập xác định 26
2.2 Các giao thức tầng Giao vận 28
2.2.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 28
2.2.1.1 Cấu trúc gói số liệu TCP 29
2.2.1.2 Thiết lập và kết thúc kết nối 31
2.2.1.3 Điều khiển lƣu lƣợng và điều khiển tắc nghẽn trong giao thức TCP 33
2.2.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 39
CHƢƠNG 3: BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 41
3.1 Giới thiệu 41
3.2 Các đặc điểm nổi bật và các chức năng mô phỏng chính của NS-2 42
3.3 Kiến trúc của NS-2 44
3.3.1 Bộ lập lịch các sự kiện 47
3.3.2 Nút mạng (node) 48
3.3.3 Đƣờng truyền (link) 49
3.3.4 Gói tin (packet) 50
3.3.5 Tác tử (Agent) 51
3.4 Tệp vết (trace file) chứa kết quả mô phỏng 54
3.4.1. Tệp vết có tên mở rộng .tr 54
3.4.2. Tệp vết có tên mở rộng .nam 56
3.5 Các mô hình sinh lỗi trong NS-2 56
3.6 Các nguồn sinh lƣu lƣợng trong NS-2 60
2

3.7 NAM (Network Animator) và một số công cụ hỗ trợ việc phân tích và hiển thị kết
quả mô phỏng 62
3.7.1 NAM 62
3.7.2 Một số công cụ đƣợc tích hợp trong Linux 63
3.7.3 PERL 65
3.7.4 GNUPLOT 67
3.7.5 Tracegraph 69
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỰC HIỆN MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC
VỚI MẠNG THỰC CỦA NS-2 70
4.1 Giới thiệu 70
4.2 Bộ lập lịch sự kiện thời gian thực (RealTime Scheduler) 73
4.3 Tap Agents 75
4.4 Các đối tƣợng mạng 77
4.5 Tạo nguồn lƣu lƣợng đến từ mạng thực 78
CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC 81
5.1 THỰC NGHIỆM 1: MINH HỌA CHẾ ĐỘ PROTOCOL 81
5.1.1 Mục tiêu của thực nghiệm 1 81
5.1.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 1 82
5.1.3 Kịch bản mô phỏng: 83
5.1.4 Cách thực hiện và kết quả mô phỏng 84
5.2 THỰC NGHIỆM 2: MINH HỌA CHẾ ĐỘ OPAQUE 86
5.2.1 Mục tiêu của thực nghiệm 2 86
5.2.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 2 86
5.2.3 Kịch bản mô phỏng[18]: 87
5.2.4 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 2: 88
5.3 THỰC NGHIỆM 3: MÔ PHỎNG TRÊN MẠNG LAN: 91
5.3.1 Mục tiêu của thực nghiệm 3 91
5.3.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 3 91
5.3.3 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 3 92
5.3.3.1 Quan sát các nguồn lƣu lƣơng thực bằng NAM 92

5.3.3.2 Tranh chấp đƣờng truyền của giao thức UDP và TCP 93
5.4 THỰC NGHIỆM 4 – MÔ PHỎNG TRUYỀN THÔNG VỚI INTERNET 95
5.4.1 Mục tiêu của thực nghiệm 4 95
5.4.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 4 96
5.4.3 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 4 97
5.5 THỰC NGHIỆM 5 – MÔ PHỎNG VỚI INTERNET CÓ NGUỒN PHÁT UDP 98
5.5.1 Mục tiêu của thực nghiệm 5 98
5.5.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 5 98
5.5.3 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 5 99
KẾT LUẬN 104
CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 105
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 106
CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 108
A. Tài liệu Tiếng Việt 108
B. Tài liệu Tiếng Anh 108
3


MỞ ĐẦU

 
  


n

 
  t



Lập mô hình
mô phỏng   

Lập mô hình giải tích Đo 

 

NS  
     
dung 
NS, 
,  

  



4


     
  
.



             
NS-2,  -2. 
 


             
-2,  

      


-
     
Vit
 
.  khoa Tin
cho 
 .
5


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính và mạng Internet
    
 C
 
. 

  
. 
nh 
, 




  - 
 
 trong 

. 
 
  
 




   
 
6






             
(communication network). T, 
g 
   


, 


,  
chung. 
           
      
 Arcnet 

           
i trong 
. 
       m      
 .
N           
              
            
 
  

7



 cao, 
  




            





(Transmission Control Protocol/Internet Protoco


1. E-mail:  
  quan
.
2. Tin tức: 

3. Đăng nhập từ xa:        
 

4. Truyền tệp:  
 
 
u World Wide Web (WWW
 WWW 
8


 
cho   
 ,  

1.2 Giao thức và kiến trúc giao thức
1.2.1 Khái niệm giao thức




 
 

giao thức (P
              


1.2.2 Kiến trúc phân tầng và các mô hình tham chiếu ISO/OSI và TCP/IP

 




 

         

au.
9


           

 
             



1.2.2.1 Mô hình tham chiếu ISO OSI

          Q  ISO
(International Standard Organization) 
 ISO OSI (ISO Open Systems Interconection Reference Model),

 


 1.1 
10



 

Physical Layer


 
   Data Link Layer    


Network Layer): 


 (Firewall).
G (Transport Layer): 
  
(end-to-end). , m
i  
. P

.
Session Layer): 



Presentation Layer): 


 
11


   Application Layer)      
by 

 email, ftp, WWW


 

 
B.
1.2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP




             
IPX/SPX, TCP/IP, 


2 


 . 
12


 
,  
theo  
 

: - 

 - 
         
Protocol) [4].    
ng 
               



 
   
 
 

  TELNET (TELecomunication NETwork), FTP (File Transfer
     er Protocol), DNS (Domain Name

System).





3 
13


 to  
  
 
tin 
-to-
  [4].
1.2.3 Đặc tả và kiểm chứng giao thức


 
i
,
                
 

 
 [1]p

, 
 


 : 
.
 
.
M
 " cho c

14


 

 .

 
cho 

1.3 Đánh giá hiệu suất giao thức
1.3.1 Khái niệm hiệu suất mạng và các độ đo hiệu suất


   
            



 s
    ,     
time),  

  

  

C 
 Response time: 

.
 System reaction time:  

15





             

.
C 
 Throughput: 
 



Hệ số sử dụng đường truyền
(Line Utilization) thông lượng chuẩn hoá
.
 Transfer delay
thời gian trễ chuẩn

hóa, 
ln  truy (packet transmition
time).
 

 T
1.3.2 Tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu suất


- 
- 

 
16



tr

 c
 
  
 

 



1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng
1.4.1 Khái quát về các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất

 
m tiu nghin c c th, 

 [3][1]: 
        o (Measurement).

              
,  
  
th c v thi b, th gian 
    . 
y.
1.4.2 Phƣơng pháp lập mô hình giải tích
 
,  
17


.  

 
 
  do 
        
 

 


.

1.4.3 Phƣơng pháp lập mô hình mô phỏng


. 


  

   
 
-  
 

 


 
18


1.4.4 Phƣơng pháp Đo

 , 


, 
, 

 m
, 

 Trong
 
 cho  .
1.4.5 So sánh các phƣơng pháp

, 
        P
  ,
c              
     




 

   n, s  
, 

19



i 


   
      ng th      
  



y ra.


20


CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP
ĐẾN QUÁ TRÌNH TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC
2.1 Mạng cục bộ và các giao thức tầng MAC
2.1.1 Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network)

 [1].




) 






 




2.1.2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng



.  
  
 
21


 






2.1 
2.1.2.1 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên


 Sau
  .
Giao thức Pure ALOHA: (ALOHA thuần túy)
Pure ALOHA 



 

frame  frame n


. 
22


  






2.2  


t
0
t
i
 t
0
+t
i





i

G

G
ee
G
kP
2
2
0
!0
)2(
]0[





2t
i
.
             2t
i


G
GeGPS
2


5 
184,0
2

1

e



Frame
Frame
Frame
t
0
t
i
t
i
t
0
+ t
i
t



23


Giao thức Slotted ALOHA (ALOHA chia khe)





 (H th Slotted ALOHA c c m tr pht t
hi  b h th)
  









2.3 

  
i


GG
ee
G
kP


!0
)(
]0[
0


G
GeGPS

 ]0[

1 
368,0
1

e

              
, gp i 
Station 1

Station 2

Station 3

Station 4

Station 5

t
0
T 2T 3T 4T 5T

