HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
Bộ Môn Thông Tin – Khoa Vô Tuyến Điện Tử
ĐINH THẾ CƯỜNG,
TRẦN XUÂN NAM, NGUYỄN THÀNH
BÀI THÍ NGHIỆM
MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG CỦA
MẠNG VIỄN THÔNG SỬ DỤNG
PHẦN MỀN MÔ PHỎNG MẠNG
(Dùng cho môn học Cơ sở mạng truyền số liệu, ngành Thông tin, chuyên
ngành Kỹ thuật Điện tử và Rađa dẫn đường)
1
LỜI NÓI ĐẦU Cơ sở mạng truyền số liệu là một trong những môn học cơ bản trong cấu trúc chương trình
đào tạo Thạc sĩ Kĩ thuật ngành Thông tin, chuyên ngành 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 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.
Trên thị trường hiện có rất nhiều các phần mềm mô phỏng mạng khác nhau như OPNET
Modeler, ns-2, OMNeT++, NetSim, QualNet,… Mỗi phần mềm đều có những điểm mạnh,
yếu riêng, do đó tuỳ vào trường hợp cụ thể mà mỗi phần mềm có thể phát huy được ưu thế
của mình. Tuy nhiên, dòng sản phầm của hãng OPNET tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội và
được dùng khá phổ biến trong các trường đại học cho các chương trình đào tạo từ đại học cho
đến tiến sĩ chuyên ngành Điện tử Viễn thông.
Do đó nhóm tác giả đã chọn phần mềm này với phiên bản Academic IT Guru 9.1 để xây
dựng tập bài thí nghiệm phục vụ cho môn học với nội dung sau:
IT Guru.
Xây dựng
(các) mô
hình mạng
Chọn các
tham số
Chạy (các)
mô phỏng Xem và
phân tích
(các) kết
quả
Hình 1.1. Trình tự xử lí đối với IT Guru.
Trình tự xử lí đối với IT Guru (các bước cần thiết để xây dựng một mô hình mạng và chạy
các mô phỏng) được minh hoạ trên hình 1.1, việc thực hiện cụ thể nó được tập trung trên môi
trường Project Editor. Trên đó, người sử dụng có thể tạo ra một mô hình mạng, khai mới hoặc
thay đổi các tham số có sẵn cho từng đối tượng hay cho cả hệ thống, thực hiện mô phỏng sau
đó tiến hành khảo sát và phân tích các kết quả nhận được từ mô phỏng.
Việc sử dụng môi trường Project Editor để xây dựng một mạng con sẽ được minh hoạ ngay
sau đây.
1. Cửa sổ Project Editor
Cửa sổ Project Editor có các vùng chức năng tương tác với các thủ tục khởi tạo và chạy mô
phỏng mô hình mạng. Các vùng chức năng này được minh hoạ ở hình 1.2.
3
1. Mở thư viện đối tượng Object Palette
2. Kiển tra kết nối
3. Đánh lỗi (hỏng) đối tượng chọn
4. Khôi phục đối tượng chọn
5. Trở về phân mạng bậc cao hơn
6. Phóng to
7. Thu nhỏ
8. Cài đặt tham số, chạy mô phỏng
9. Xem kết qủa
10. Mở/xoá các đồ thị
Không gian thiết kế
4
Là phần không gian nằm giữa cửa sổ Editor, chứa các biểu tượng của mô hình mạng. Có thể
chọn, xê dịch các biểu tượng, chọn các lệnh phụ thuộc tình huống khi nhấp phải chuột lên
phông nền của không gian thiết kế.
Vùng thông báo
Vùng thông báo nằm ở vị trí dưới cùng của cửa sổ Editor. Nó cung cấp thông tin về trạng thái
công cụ.
Để xem thông tin về tiến trình làm việc, nhấp trái chuột lên biểu tượng bên cạnh vùng thông
báo . Cửa sổ mới mở sẽ liệt kê các thông báo đã xuất hiện trong vùng thông báo. Các
thông tin này trợ giúp, hướng dẫn người dùng trong quá trình xây dựng mô hình mô phỏng.
2. Bài tập minh hoạ: Mở rộng một mạng LAN
Giới thiệu
2. Chọn File => New…
3. Chọn Project từ thực đơn kéo xuống rồi nhấp OK.
4. Đặt tên project và hoạt cảnh như sau:
Tên project: <xx>_Sm_Int, trong đó <xx> là giá trị khởi đầu của project.
Tên hoạt cảnh first_floor.
Nhấp OK.
¾ Startup Wizard bắt đầu hoạt động.
5. Nhập các tham số trong bảng dưới vào các hộp khai báo của Startup Wizard.
Tên hộp khai báo Giá trị
1. Initial Topology Chọn giá trị mặc định Create Empty Scenario.
2. Choose Network Scale Chọn Office. Đánh dấu Use Metric Unit vào hộp chọn.
3. Specify Size Chọn giá trị mặc định 100m x 100m.
4. Select Technologies Chọn họ mô hình Sm_Int_Model_List.
5. Review Kiểm tra lại các tham số rồi nhấp OK.
Một không gian thiết kế với kích thước vừa được xác định sẽ mở ra. Thư viện phần tử tương
ứng với các chọn lựa từ Startup Wizard được mở ra trong một cửa sổ khác.
Khởi tạo mạng
Các mô hình mạng được tạo ra trên môi trường Project Editor bằng cách sử dụng các nút
mạng (node) và đường truyền (link) lấy từ thư viện Object Palette.
Nút mạng (Node) - Một biểu tượng biểu diễn một thực thể có thể phát và thu thông tin của
mạng thực.
Đường truyền (Link) - Môi trường truyền tin kết nối các node lại với nhau. Link có thể là
cáp điện hoặc sợi quang.
Các đối tượng này được lưu trong thư viện Object Palette ở dạng các biểu tượng.
auto-sensing (ae52), 48 cổng Ethernet (e48) và ba cổng Ethernet Gigabit (ge3).
Hình 1.5. Cài đặt tham số Star trên công cụ Rapid Configuration.
Để thiết lập các nút mạng và đường truyền cấu thành nên mạng, thực hiện tiếp các thao tác
sau:
7
1. Đặt Center Node Model là 3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3 (một loại switch
của 3Com).
2. Đặt Periphery Node Model là Sm_Int_wkstn và thay đổi số thiết bị ngoại vi Number
là 30. Thao tác này tạo ra 30 máy trạm Ethernet là các node ngoại vi.
3. Đặt Link Model là 10BaseT.
Xác định vị trí đặt mạng:
1. Đặt X center và Y center là 25.
2. Đặt Radius là 20.
3. Nhấp OK.
¾ Mạng máy tính (tầng một) mới được khởi tạo sẽ có dạng như hình 1.6.
Hình 1.6. Mô hình mạng máy tính tầng 1.
Tiếp theo, cần đặt một máy chủ vào hệ thống. Việc cài đặt này được thực hiện theo phương
pháp thứ hai, kéo đối tượng từ thư viện Object Palette vào không gian thiết kế.
1. Nếu thư viện chưa được mở ra, nhấp trái chuột vào biểu tượng gọi thư viện trên thanh
chứa các nút công cụ .
2. Tìm biểu tượng Sm_Int_server trong cửa sổ thư viện nhấp trái chuột và kéo biểu tượng
vào không gian thiết kế.
3. Nhấp phải chuột để tắt chức năng khởi tạo thêm nút mới.
Tiếp theo, cần kết nối server với mạng hình sao.
1. Tìm biểu tượng 10BaseT trong cửa sổ thư viện, nhấp trái chuột lên đó.
2. Nhấp trái chuột lên server rồi chuyển sang switch tiếp tục nhấp trái chuột.
Để trả lời các câu hỏi này, cần phải khảo sát các tham số chất lượng của mạng hiện thời để lấy
cơ sở so sánh. Các tham số cần thu thập là Server Load (tham số riêng), Ethernet Delay
(tham số chung).
Server Load là một trong những tham số chính phản ánh chất lượng của toàn mạng. Để tập
hợp các kết quả liên quan đến tải của server, thực hiện các thao tác sau:
1. Nhấp phải chuột lên node server (node_31 trong ví dụ này) và chọn Choose Individual
Statistics từ thực đơn.
¾ Cửa sổ Choose Results của node 31 xuất hiện.
Cửa sổ Choose Results chứa các tham số cần tập hợp sắp xếp theo thư mục phân cấp. Để
tập hợp tham số tải Ethernet trên server, thực hiện tiếp các bước:
2. Nhấp trái chuột lên dấu cộng (+) bên cạnh Ethernet trong hộp chọn Choose Results để
bung bộ tham số theo phân cấp của Ethernet.
3. Nhấp trái chuột lên hộp chọn bên cạnh Load (bits/sec) để xác nhận chọn tham số này.
4. Nhấp OK để đóng cửa sổ Choose Results.
Việc chọn tham số này được minh hoạ trên hình 1.8.
9
Hình 1.8. Tập hợp tham số Load (bits/sec).
Tham số chung (Global statistics) có thể được dùng để kết hợp thông tin về toàn thể mạng. Ví
dụ, có thể xác định độ trễ trên toàn mạng khi tập hợp tham số chung Delay:
1. Nhấp phải chuột lên không gian thiết kế (không chạm vào đối tượng nào) và chọn
Choose Individual Statistics từ thực đơn vừa mở.
2. Bung thư mục gốc Global Statistics.
3. Bung thư mục Ethernet.
4. Nhấp trái chuột vào hộp chọn bên cạnh Delay (sec) để xác nhận việc chọn tham số.
5. Nhấp OK để đóng cửa sổ Choose Results.
Sau cài đặt này, nên lưu project lại trên ổ cứng bằng các thao tác sau:
Xem kết quả
Có thể xem các kết quả được biểu diễn bằng đồ thị trong môi trường Project Editor khi chọn
View Results từ thực đơn trên không gian thiết kế Workspace sau khi nhấp phải chuột.
Sau khi mô phỏng kết thúc, có thể xem các kết quả bằng nhiều cách khác nhau. Trong bài tập
11
này kết quả được xem nhờ tuỳ chọn View Results trên thực đơn pop-up trong Workspace.
Để xem giá trị tải Ethernet của server, thực hiện các thao tác sau:
1. Nhấp phải chuột lên node server (node_31), chọn View Results từ thực đơn pop-up của
server.
¾ Hộp thoại View Results xuất hiện.
2. Bung các thư mục Office Network.node_31 => Ethernet.
3. Nhấp chuột lên hộp chọn bên cạnh Load (bits/sec) xác nhận lựa chọn tham số cần xem.
4. Nhấp chuột lên nút Show trên hộp thoại View Results.
¾ Đồ thị của tham số tải server xuất hiện trên môi trường Project Editor.
Đồ thị của tham số tải server phải giống với dạng đồ thị hình 1.11. Các kết quả có thể khác
đôi chút do sự khác nhau về vị trí của các nút mạng và độ dài đường truyền nhưng dạng
chung phải tương tự.
Hình 1.11. Đồ thị Ethernet.Load (bits/sec).
Để ý là tải trên server ở mức đỉnh có thể đạt xấp xỉ 6.000 bits/sec. Đây là mốc để so với
trường hợp khi kết nối thêm mạng thứ hai vào.
Hình 1.12. Hộp thoại View Results với kết quả Delay (sec).
12
Đóng cửa sổ này và hộp thoại View Results (Nếu chương trình đưa ra thông điệp cảnh báo,
chọn Delete).
Để xem tham số Global Ethernet Delay, thực hiện tiếp các thao tác:
Number: 15
Link model: 10BaseT
X: 75, Y: 62.5, Radius: 20
13
4. Nhấp OK để khởi tạo mạng mới.
Hình 1.14. Cài đặt tham số Star cho mạng mở rộng.
Kết nối hai mạng:
1. Nếu thư viện chưa được mở ra, nhấp trái chuột vào biểu tượng gọi thư viện trên thanh
chứa các nút công cụ .
2. Kéo biểu tượng Cisco 2514 router vào không gian thiết kế, đặt giữa hai mạng. Nhấp
phải chuột để tắt chức năng khởi tạo nút.
3. Nhấp trái chuột lên biểu tượng 10BaseT trong thư viện.
4. Đặt các kết nối 10BaseT giữa Cisco router (node_50) và các switch ở trung tâm của hai
mạng.
5. Nhấp phải chuột để tắt chức năng khởi tạo đường truyền.
6. Đóng thư viện đối tượng.
7. Chọn File => Save.
Hình 1.15. Mô hình mạng mở rộng.
Để chạy mô phỏng hoạt cảnh mở rộng, thực hiện tiếp các thao tác:
1. Chọn Simulation => Configure Discrete Event Simulation
2. Kiểm tra lại Duration là 0.5 giờ.
14
3. Nhấp Run để bắt đầu mô phỏng.
¾ Một cửa sổ thông báo tiến trình mô phỏng xuất hiện. Khi tab Simulation Speed được
chọn, cả tốc độ tức thời và tốc độ trung bình của số sự kiện/giây đều được biểu diễn
trên đồ thị.
3. Chọn Global Statistics => Ethernet => Delay (sec).
4. Nhấp Show để mở cửa sổ đồ thị.
Đồ thị phải có dạng như hình 1.19.
Hình 1.19. So sánh kết quả Ethernet.Delay (sec).
16
Theo đó, có thể nhận thấy gần như không có thay đổi đáng kể nào về độ trễ cửa tải dữ liệu khi
truyền qua mạng, mặc dù, từ đồ thị trên, tải server có tăng.
Chọn File => Save để lưu lại project trước khi đóng các cửa sổ.
17
Bài Thí Nghiệm 2: Mạng Ethernet
1. Giới thiệu
Trong một mạng Ethernet chia sẻ, các thiết bị đầu cuối thường được kết nối với nhau thông
qua một hub trung tâm. Hub này sẽ phát lại bất kì khung dữ liệu nào mà nó nhận được (ở lối
vào) ra tất cả các đường ra, tạo thành một môi trường quảng bá cho tất cả các thiết bị trong
mạng. Trong môi trường này, giao thức Đa truy cập thụ cảm sóng mang có phát hiện xung đột
của lớp Điều khiển truy cập môi trường MAC (Media Access Control) được dùng để xác định
nút mạng nào được quyền phát ở một thời điểm xác định và xử lí xung đột khi có nhiều hơn
hai nút mạng cùng phát đồng thời.
2. Mục tiêu thí nghiệm
Xác định thông lượng của một mạng Ethernet chia sẻ trong các điều kiện khác nhau của tải dữ
liệu.
3. Các bước thí nghiệm
Xây dựng mô hình mô phỏng
Khởi động OPNET IT Guru Academic Edition.
1. Chọn tab File => New…
2. Trên cửa sổ mới mở New chọn Project rồi nhấp chuột OK
3. Trong cửa sổ Enter Name, thay đổi Project Name thành Shared_Ethernet. Đổi tên
Scenario Name thành Low_load rồi nhấp OK.
4. Trên cửa sổ Initial Topology, chọn Create Empty Scenario rồi nhấp Next.
5. Trên cửa sổ Choose Network Scale, chọn Office rồi nhấp Next.
6. Trên cửa sổ Specify Size, giữ nguyên các tham số, chỉ nhấp Next.
7. Trên cửa sổ Select Technologies, kéo thanh cuốn xuống, chọn họ mô hình Ethernet rồi
nhấp Next.
8. Trên cửa sổ Review, nhấp OK.
Hình 2.1. Hộp thoại Review của công cụ Startup Wizard.
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 2.3. Cài đặt tham số cho các máy trạm.
19
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 2.4. Mô hình mạng LAN với hub trung tâm.
Chọn kết quả mô phỏng
Hình 2.5. Chọn kết quả mô phỏng.
20
1. Chọn tab Simulation => 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
Hình 2.7. Tập hợp các hoạt cảnh để chạy mô phỏng.
Xem và phân tích các kết quả mô phỏng
1. Chọn tab Scenarios => Switch to Scenario và chọn hoạt cảnh Low_load. Chọn tab
Results => 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 2.8. 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.
22
2. Nhấp biểu tượng Close để đóng cửa sổ View Results.
Hình 2.9. 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 => 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.
Copyright: Tài liệu đại học ©