Cele i założenia

Celem ćwiczenia było ustanowienie podstawowej sieci LAN z jednym serwerem. Następnie należało przeprowadzić symulację wpływu liczby komputerów na niektóre parametry sieci oraz zbadać wpływ obciążenia (wielkości przesyłanych wiadomości) na wydajność sieci.

Przebieg ćwiczenia

Po uruchomieniu programu Comnet stworzyliśmy model sieci LAN składający się z jednego źródła wiadomości, grupy stacji klienckich, łącza Ethernet 10Mb/s (typ sieci 10BaseT), jednego serwera oraz źródła odpowiedzi na żądanie. Domyślne parametry naszej sieci wyglądały następująco:

  • liczba komputerów - 10
  • rozkład prawdopodobieństwa dla wielkości wiadomości - Uni(1000, 2000, 4)
  • Rozkład prawdopodobieństwa odstępu czasowego pomiędzy wiadomościami - Uni(5.0,8.0,2)
  • czas rozbiegu - 30s
  • czas replikacji - 360s

Otrzymane wyniki i wnioski

  1. Wpływ liczby komputerów na wykorzystanie kanału.

00029007.gif 

Jak widać z zamieszczonego wykresu zależność wykorzystania kanału od liczby komputerów jest funkcją liniową. Dzieję się tak ponieważ łącze jest dzielone równo pomiędzy użytkowników.

  1. Wpływ liczby komputerów na opóźnienie wiadomości.

00029008.gif 

Jak widać z wykresu opóźnienie wiadomości nie jest już liniowe. Serwer musi ustawić komputery w kolejce (komu najpierw wysłać żądaną informację, komu później). Dodatkowo rośnie wykorzystanie łącza.

  1. Wpływ liczby komputerów na opóźnienie ramki

00029009.gif 

O ile czas opóźnienia ramki wzrasta nieznacznie do 2 ms dla około 50 komputerów, to dla kolejnych 50 rośnie o 8 ms dając w sumie 10 ms. Wartości powyżej 75 komputerów nie umieściłem po to aby wykres był czytelny

W kolejnej części ćwiczenia zmienialiśmy parametry rozkładu prawdopodobieństwa dla źródła wiadomości w następującej kolejności: Uni(1000,2000,3), Uni(10000,20000,3),

Uni(100000,200000,3), Uni(1000000,2000000,3). Otrzymane wyniki przedstawiam na wykresach:

  1. Wpływ wielkości wiadomości na stopień wykorzystania kanału:

00029010.jpg 

Zwiększanie wielkości wiadomości w sposób logarytmiczny, eksponen­cjalnie zwiększa % wyko­rzystania kanału. W na­szym przypadku znaczny wzrost wykorzystania ka­nału obserwujemy po­cząwszy od 100kbit. Wiadomości o wiel­kości 10Mbbit program nie był w stanie zasymulować (zawieszał się).

  1. Wpływ wielkości wiadomości na opóźnienie wiadomości:

00029011.jpg 

Tak jak można było się spodziewać, zwiększanie wielkości wiadomości w sposób logarytmiczny, podobnie jak w poprzednim podpunkcie powoduje eksponen­cjalny wzrost opóźnienia zarówno wiadomości jak i ramki. Wraz ze wzrostem wielkości wiadomości opóźnienie ramki zaczyna być większe od opóźnienia wiadomości. W na­szym przypadku znaczny wzrost obserwujemy po­cząwszy od 100kb.

  1. Wpływ wielkości wiadomości na straty:
    • w przypadku rozkładu Uni(1000,2000,3) oraz Uni(10000,20000,3), grupa komputerów wygenerowała 554 żądań, z czego wszystkie zostały zrealizowane
    • w przypadku rozkładu Uni(100000,200000,3) grupa komputerów wygenerowała 1544 żądań, natomiast serwer zrealizował 1547 żądań, jest to prawdopodobnie spowodowane powtórzeniem kilku żądań przez serwer
    • w przypadku rozkładu Uni(1000000,2000000,3) grupa komputerów wygenerowała 13150 żądań, z czego zrealizowanych przez serwer zostało jedynie 6692, biorąc pod uwagę liczbę komputerów w sieci (10) oraz przepustowość łącza (10Mbit/s) straty pakietów wydają się być uzasadnione; dla tak dużych wielkości wiadomości należałoby zwiększyć przepustowość łącza do 100Mbit/s
  1. Zależność otrzymanych wyników od czasu rozbiegu symulacji:

Czas rozbiegu [ms]

% wyk. kanału

Opóźnienie wiad. [ms]

10

9.33

7.658

20

9.33

7.538

30

9.30

7.885

50

9.27

7.719

75

9.23

7.350

100

9.26

7.550

Doświadczenie przeprowadziliśmy dla parametrów ustalonych na początku ćwiczenia, zmieniając jedynie czas rozbiegu symulacji. Jak widać w tabelce obok, zmiany spowodowane zwiększającym się czasem rozbiegu symulacji są praktycznie niezauważalne. Spośród otrzymanych wyników można wybrać najbardziej optymalne ustawienie czasu rozbiegu które wynosi 75ms.

  1. Zależność otrzymanych wyników od czasu replikacji:

Czas replikacji [ms]

% wyk. kanału

Opóźnienie wiad. [ms]

50

9.32

9.975

100

9.39

8.494

200

9.43

8.217

300

9.33

7.467

500

9.28

7.623

1000

9.31

7.550

Podobnie jak w poprzednim doświadczeniu dla parametrów ustalonych na początku ćwiczenia, zmienialiśmy czas replikacji. Jak widać w tabelce obok, zmiany spowodowane zwiększającym się czasem replikacji są niewielkie, a po znacznym wydłużeniu czasu replikacji stabilizują się niemal zupełnie. Przy wybieraniu czasu replikacji należy zatem zwrócić uwagę, żeby nie przyjąć zbyt małej wartości, która powoduje zwiększenie opóźnienia wiadomości.

Podsumowanie

Interpretując uzyskane wykresy zależności liczby komputerów od parametrów sieci można wskazać optymalną liczbę komputerów przyłączonych do naszej sieci. Kierując się efektywnością wykorzystania kanału, można stwierdzić, że optymalna sieć o zadanych przez nas parametrach powinna składać się ze 100 stacji klienckich (wykorzystanie kanału pow. 90%). Jednak biorąc pod uwagę opóźnienia zarówno wiadomości jak i ramki (ok. 6 sekund!), taka sieć nie mogłaby poprawnie funkcjonować. Można by przyjąć, że optymalną - zarówno ze względu na wykorzystanie kanału jak i opóźnienie wiadomości i ramki - jest sieć złożona z około 20-60 komputerów. Aby jednak zapewnić bardzo komfortowe opóźnienia <100ms, nie należy podłączać więcej niż 10 komputerów.

Podczas zwiększania wielkości wiadomości przy stałej liczbie komputerów, odkrywamy parametry naszej sieci, mianowicie znaczny wzrost opóźnienia i % wykorzystania kanału, wraz ze wzrostem wielkości wysyłanej wiadomości. W miarę dobre warunki uzyskujemy przy wysyłaniu wiadomości wielkości 100-200kb/s przy 10 komputerach podłączonych do sieci. Dalsze zwiększanie wielkości wiadomości prowadzi do "zapchania" kanału i opóźnienia rzędu sekund (czego najlepszym dowodem jest zawieszanie się programu przy próbach przeprowadzania symulacji dla większych wielkości wiadomości), co w dzisiejszych czasach jest wręcz niedopuszczalne.

Podsumowując przeprowadzone ćwiczenie uważam za udane, otrzymane wyniki potwierdziły nasze rozważania, a także doświadczenia empiryczne wykonujących ćwiczenie. Dużo lepsze rezultaty można otrzymać projektując sieć LAN z wykorzystaniem przepustowości 100Mb/s.