Laboratorium podstaw telekomunikacji

Laboratorium podstaw telekomunikacji
Temat: Pomiar przepustowości łączy w sieciach komputerowych
Cel: Celem dwiczenia jest przybliżenie studentom prostej metody pomiaru przepustowości
łącza w sieciach komputerowych oraz zademonstrowanie wpływu parametrów protokołu
TCP (rozmiar okna) na osiąganą przepływnośd.
I.
Przygotowanie do dwiczenia
Materiały potrzebne do wykonania dwiczenia znaleźd można pod adresem
http://kt.agh.edu.pl/~prasnal/dydaktyka/PT/przepust/
.
Jeśli
materiałów
nie
ma na pulpicie komputera – należy je pobrad i rozpakowad. Dwiczenie należy wykonywad
w grupach dwuosobowych (komputer A i B). Przed przystąpieniem do wykonywania
dwiczenia wskazane jest zapoznanie się z podstawami działania protokołu TCP.
II.
Przebieg dwiczenia
a. Pomiar przepustowości łącza FastEthernet / GigabitEthernet
1. Pomiaru przepustowości łącza dokonad można przy pomocy aplikacji jperf (która
stanowi graficzną nakładkę na program iperf). W systemie Windows aplikację
uruchomid należy poprzez plik jperf.bat. Program działa w architekturze klientserwer.
2. Na komputerze A proszę wybrad tryb pracy jako serwer i wystartowad aplikację
przyciskiem Run Iperf! .
3. W celu dokonania pomiaru przepustowości łącza na komputerze B należy wybrad
„Client” jako tryb pracy oraz podad adres IP serwera. Adres IP komputera A można
sprawdzid poleceniem ipconfig wpisanym w konsoli systemu Windows (Start ->
Uruchom -> wpisad „cmd” -> OK ). Ponadto należy się upewnid, czy odwołujemy się
do odpowiedniego portu na serwerze (domyślnie 5001). W polu Transmit możemy
zmodyfikowad czas dokonywania pomiaru (domyślnie 10 s). Pole output format
specyfikuje jednostkę w której podawane będą wyniki (wygodnie jest wskazad
Mbits). Pomiar uruchamia się przyciskiem Run Iperf! Wyniki powinny pojawid się
na wykresie oraz w polu output, którego zawartośd można wygodnie zapisad
do pliku tekstowego przyciskiem Save.
4. Przeprowadzid pomiar łącza. Jaką przepustowośd osiągnięto?
W celu sprawdzenia, czy wykorzystano całe łącze można uruchomid monior sieciowy
systemu Windows XP. (Ctrl+Alt+Del -> zakładka Monitor Sieci). Jeśli wykorzystanie
przepustowości nie jest bliskie 100%, proszę próbowad zwiększyd liczbę strumieni
danych (Parallel Streams) i/lub zwiększyd rozmiar bufora TCP (Buffer Length).
Czy mamy do czynienia z FastEthernet czy GigabitEthernet?
5. Przetestowad tryby pomiaru Dual oraz Trade. Czy łącze jest symetryczne?
Sprawdzenia dokonad można również zamieniając rolami komputery A i B.
6. Sprawdzid, jaką przepływnośd da się uzyskad
przy pomocy protokołu UDP. W tym celu
należy wskazad ten protokół zamiast TCP
oraz podad przepływnośd wysyłanego
strumienia.
b. Badanie wpływu maksymalnego rozmiaru okna TCP na przepustowośd
łącza
Okno rozgłaszane (Advertising window) to największa porcja danych, jaką
możemy wysład bez czekania na potwierdzenie odbiorcy (pakiet ACK).
W zależności od wersji protokołu TCP, w przypadku braku otrzymania
potwierdzenia może nastąpid retransmisja całej niepotwierdzonej porcji danych
bądź tylko straconych segmentów (SACK – Selective ACKnowledgment).
1. Uruchomid program Wireshark i włączyd przechwytywanie pakietów z używanego
interfejsu sieciowego.
2. Przeprowadzid pomiar przepustowości łącza o czasie trwania 1 s. W oknie
Wiresharka powinny pojawid się przechwycone pakiety transmisji TCP.
Po zakooczeniu pomiaru wstrzymad przechwytywanie. W celu wyselekcjonowania
pakietów tego transferu kliknąd PPM na dowolnym z nich i wybrad Conversation
filter -> TCP. W oknie filtrowania pakietów pojawi się odpowiednia reguła filtrująca.
3. W programie Wireshark wybrad Analyze -> Expert Info. Czy utracono jakieś pakiety?
Następnie wybrad Statistics -> Flow Graph, w otworzonym oknie upewnid się czy
zaznaczone opcje Displayed Packets, TCP Flow, Standard Source/destination
addresses i zatwierdzid OK. Zwrócid uwagę na częstośd transmisji potwierdzeo (ACK)
przez serwer.
4. W systemie Windows XP domyślny rozmiar okna TCP to 8 kB. Program JPerf
pozwala zmodyfikowad tę wartośd – proszę zaznaczyd opcję TCP Window Size i
wprowadzid wartośd 256 kB. Następnie rozpocząd nowe przechwytywanie pakietów
w programie Wireshark (wyniki poprzedniego można zapisad, należy też wyczyścid
pole filtrowania) i wykonad kroki 2 – 3. Czy coś uległo zmianie?
W razie braku widocznej różnicy powtórzyd kroki 2 – 3 również dla ustawionej
niskiej wartości okna (np. 4 kB).
5. Wyłączyd przechwytywanie pakietów przez Wireshark’a i zwiększyd czas pomiaru
w programie JPerf. Wykonad pomiary przepustowości łącza dla kilku wartości
maksymalnego rozmiaru okna TCP (np. 1 kB, 2 kB, 4 kB, 8 kB, 16 kB, 32 kB, 64 kB,
128 kB 256 kB). W sprawozdaniu należy zamieścid wykres zależności średniej
przepustowości od maksymalnego rozmiaru okna TCP.
c. (*) Badanie wpływu maksymalnego rozmiaru okna TCP na
przepustowośd łącza
1. (*) Wykonad pomiary przepustowości łącza w zależności od maksymalnego rozmiaru
segmentu TCP (np. 10 B, 50 B, 100 B, 500 B, 1000 B, 1500 B). W sprawozdaniu
należy zamieścid wykres zależności średniej przepustowości od ustawionego
rozmiaru segmentu TCP.
d. Pomiar łącza o niskiej przepływności / TCP tuning
1. Program NetSim pozwala na symulację wolnych łączy przy wykorzystaniu zwykłej
sieci Ethernet. Proszę go zainstalowad w systemie komputera pracującego jako
serwer (uruchamiając plik Setup.Exe). Po instalacji należy uruchomid ponownie
komputer.
UWAGA – NetSim znacznie ogranicza wydajnośd interfejsu sieciowego, dlatego
po zakooczeniu dwiczenia należy go KONIECZNIE ODINSTALOWAD! – nie
utrudniajmy życia innym ;)
2. Uruchomid program NetSim, przejśd na zakładkę Configuration, wskazad kartę
sieciową. Jeśli nie ma przypisanych dla niej żadnych strumieni (Flow) należy
utworzyd jeden wybierając Create Flow. W sekcji Remote Port konfiguracji
strumienia proszę wybrad Any Port. Sekcja Flow Simulated Conditions pozwala
na ustawienie m.in. następujących symulowanych parametrów łącza (niezależnie
dla obu kierunków transmisji): Bandwidth (pasmo) [b/s], Delay (opóźnienie) *ms+,
Packet Loss Rate (współczynnik straty pakietów) [%]. Aby parametry zostały
zastosowane, należy nacisnąd przycisk Save Flow. Na początek proszę wyzerowad
opóźnienie oraz stratnośd pakietów oraz ustawid pasmo 1 Mb/s.
3. Wykonad pomiar przepływności łącza dla kilku różnych wartości maksymalnego
rozmiaru okna TCP (wyniki najlepiej reprezentowad w kilobitach na sekundę).
Powyżej jakiej wartości tego parametru nie odnotowuje się poprawy
przepływności?
4. Wprowadzid dowolną wartośd stratności pakietów z przedziału 1% - 10%. Wykonad
kilka pomiarów przepustowości łącza dla znalezionej w poprzednim podpunkcie
wartości okna. Następnie operując rozmiarem segmentu oraz okna spróbowad
polepszyd rezultaty. W jakich sytuacjach opłaca się zredukowad maksymalny
dopuszczalny rozmiar okna TCP i/lub segmentu?
UWAGA – z uwagi na losowośd strat pakietów pomiar będzie tym bardziej
miarodajny, im dłużej będzie wykonywany!
5. Wyzerowad stratnośd pakietów i wprowadzid duże opóźnienie (np. po 250 ms dla
nadawania i odbioru, co daje Round Trip Time 0,5 s – takiego rzędu opóźnienia
występują np. w transmisjach satelitarnych) i przeprowadzid badanie przepływności.
Czym spowodowane jest pogorszenie otrzymanych rezultatów? Spróbowad
polepszyd wyniki zwiększając rozmiar okna i/lub segmentu.
III.
Sprawozdanie i ocena
Po przeprowadzeniu dwiczenia każda dwuosobowa grupa powinna samodzielnie
przygotowad sprawozdanie w formacie PDF (max. 4 strony A4) i przesład je na adres
[email protected] w nieprzekraczalnym terminie 14 dni (przyjmowane będą wyłącznie
sprawozdania w formie elektronicznej). Temat maila proszę wpisad wg wzoru:
„[PT] $nazwisko1_$imie1 $nazwisko2_$imie2”. W sprawozdaniu obowiązkowo należy
umieścid godzinę i datę wykonania dwiczenia oraz numery indeksów członków grupy. Plik
powinien
zostad
nazwany
wg
schematu:
$nr-indeksu1_$nazwisko1_$nrindeksu2_$nazwisko2.pdf (np. 199799_Kowalski_199833_Nowak.pdf).
W sprawozdaniu należy opisad wykonane pomiary, skomentowad ich wyniki i zawrzed
własne spostrzeżenia (pytania pomocnicze zawarto w opisie dwiczenia).