AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA W KRAKOWIE

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA W KRAKOWIE KATEDRA TELEKOMUNIKACJI KIERUNEK: TELEINFORMATYKA ROK: II Media transmisyjne Laboratoria Ćwiczenie nr 3 Badanie wydajności urządzeń HomePlug AV 500 Mbit/s z uwzględnieniem świadczenia usług z odpowiednią jakością obsługi dr hab. inż. Marek Natkaniec mgr inż. Łukasz Prasnal

2 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP CZĘŚĆ TEORETYCZNA CZĘŚĆ PRAKTYCZNA TWORZENIE GRUPY ZAUFANYCH URZĄDZEŃ BADANIE PRZEPUSTOWOŚCI ŁĄCZA BADANIE STRUMIENI Z RÓŻNĄ JAKOŚCIĄ OBSŁUGI ŁĄCZENIE GRUP URZĄDZEŃ BIBLIOGRAFIA

3 1. Wstęp Celem ćwiczenia jest zbadanie możliwości modułów HomePlug AV w wariancie wsparcia szybkości do 500 Mbit/s z uwzględnieniem transmisji strumieni o różnych wymaganiach komunikacyjnych. Do wykonania ćwiczenia niezbędne będą: - 4 moduły TL-WPA Mbps - 4 komputery z systemem operacyjnym Windows - 2 komputery z systemem Kali2 (dawniej Backtrack) (w trakcie ćwiczenia zastąpią dwa komputery pracujące pod OS Windows) 2. Część teoretyczna PLC (Power Line Communication) jest to pojęcie używane w odniesieniu do technologii umożliwiających transmisję danych poprzez istniejącą już sieć elektroenergetyczną. Rozwiązania tej technologii dają użytkownikom możliwości m.in. w dziedzinie dostęp do Internetu w budynkach, w których brak jest odpowiedniej instalacji dedykowanej dla sieci komputerowej, ale istnieje instalacja elektryczna. Technologia oparta jest na przesyłaniu równolegle z napięciem zasilającym o częstotliwości 50Hz sygnału z danymi o wiele wyższej częstotliwości. Nie wykorzystuję ona nośnych prądu do transmisji. Sprawia to, że rozwiązanie to jest atrakcyjne finansowo, ponieważ wykorzystuje już istniejącą infrastrukturę sieci zasilających. HomePlug jest jedną z technologii PLC jednak skupia się ona na działaniu w obrębie jednego mieszkania. W zamierzeniu twórców miała ona połączyć wszystkie urządzenia domowe wymagające dostępu do Internetu w jedną sieć bez użycia dodatkowego okablowania, jedynie przy użyciu określonych adapterów. Specyfikacja HomePlug obejmuje dwie warstwy - fizyczną oraz dostępu do medium (MAC). W warstwie fizycznej definiowane są techniki modulacji i kodowania danych oraz określona jest specyfikacja formatów przesyłanych ramek danych. Do modulacji używana jest technika OFDM polegająca na tym, że pasmo częstotliwości przesyłowych jest dzielone na wiele mniejszych pasm częstotliwości nośnych, które są względem siebie ortogonalne (nie kolidują ze sobą). W tej technologii ma to szczególne znaczenie, ponieważ na wielu częstotliwościach mogą tu występować duże zakłócenia. Częstotliwości na których występują zbyt duże szumy, 3

4 są blokowane w czasie początkowej adaptacji łączących się urządzeń i adaptacja taka jest powtarzana co kilka sekund. 3. Część praktyczna Ćwiczenie składa się z dwóch części. W pierwszej należy zbadać jakość połączenia przewodowego pomiędzy urządzeniami HomePlug. W drugiej części przetestowana będzie transmisja strumieni danych z różną jakością obsługi. Jako narzędzie testowe zostanie wykorzystany program Iperf, który można pobrać ze strony: Jest również dostępny pod adresem: Tworzenie grupy zaufanych urządzeń Każde z urządzeń HomePlug AV posiada rejestr zaufanych urządzeń, z którymi może wymieniać dane. Informacje o nich są przetrzymywane nawet po odłączeniu od sieci/zasilania. Aby wyczyścić rejestr sparowanych urządzeń należy przytrzymać przycisk pair przez ok 30s, co też należy uczynić przystępując do wykonywania ćwiczenia. Urządzenia HomePlug AV są wyposażone w mechanizm łatwego ich parowania celem stworzenia sieci prywatnej. Krótkie (~1s) wciśnięcie przycisku pair spowoduje wejście urządzenia w tryb parowania (pair). Trwa on maksymalnie 2 minuty i jest sygnalizowany miganiem diody zasilania. Jeśli w tym samym czasie dwa urządzenia pracujące w tym trybie znajdą się wystarczająco blisko siebie, dokonają wzajemnej autentykacji. Dojdzie również do wymiany informacji o innych zaufanych urządzeniach, dzięki czemu aby dołączyć do prywatnej grupy nowe urządzenie, wystarczy je sparować tylko z jednym z członków tej grupy. Po dokonaniu autentykacji urządzenia opuszczają tryb pair. Pomyślne parowanie urządzeń jest możliwe przy znacznie mniejszym zasięgu niż właściwa transmisja, dlatego przed przystąpieniem do dalszego wykonywania ćwiczenia najlepiej sformować grupę z badanych urządzeń. 3.2 Badanie przepustowości łącza Badaniu zostanie poddane urządzenie TP-link PA511 o następujących parametrach technicznych: 4

5 Przed przystąpieniem do części praktycznej należy zainstalować oprogramowanie TP-link Utility. Po włożeniu płyty instalacyjnej należy postępować zgodnie z instrukcjami, które pojawią się na ekranie. Zawartość płyty instalacyjnej jest również dostępna pod adresem: Następnie należy wpiąć dwa urządzenia do gniazdek sieci elektrycznej i za pomocą kabli Ethernet podłączyć je do komputerów. Jeżeli wszystko działa poprawnie na obu urządzeniach powinny świecić się trzy zielone diody. Kolejnym krokiem jest włączenie programu TP-link Utility i przejście do zakładki Network. Możemy zaobserwować tam jakie urządzenia wpięte są w nasza sieć HomePlug, ich typy nazwy, adresy MAC oraz jaka jest szacunkowa przepustowość utworzonego łącza pomiędzy wpiętymi urządzeniami. Do testowania sieci utworzonej przez urządzenia TL-PA511 używany będzie program iperf. Jeżeli nie jest on dostępny na danym komputerze, należy pobrać go ze strony lub W systemie Windows program należy uruchamiać z poziomu linii komend (cmd) w katalogu, w którym znajduje się plik 5

6 wykonywalny (jeśli chcemy korzystać z Iperf a w wersji 3, w komendach należy wpisywać iperf3 w miejsce iperf.). Przy jego pomocy na jednym z komputerów uruchamiamy serwer komendą: iperf s Na drugim komputerze uruchamiamy program Iperf w trybie klienta podając adres IP serwera: iperf c xxx.xxx.xxx.xxx Następnie możemy przeprowadzić badania przepustowości określonego łącza: Wpinamy urządzenia HomePlug do gniazdek sąsiadujących ze sobą na jednej listwie zasilającej. Wpinamy je do sąsiadujących listew zasilających. Wpinamy urządzenia w dowolne gniazdka jednak zawsze należy szacować odległość pomiędzy urządzeniami. Możemy też, jeżeli istnieje taka możliwość, przeprowadzić pomiary dla rożnych faz zasilania i innych instalacji elektrycznych (starsze i nowsze). 3.3 Badanie strumieni z różną jakością obsługi W celu przeprowadzenia badania parametrów QoS (Quality of Service) należy podłączyć do gniazdek elektrycznych 4 urządzenia HomePlug. Do jednego z nich wpinamy kabel doprowadzający Internet. Pozostałe 3 podłączamy do komputerów pracujących pod kontrolą systemu Windows. Na jednym z komputerów uruchamiamy dwie instancje programu iperf w trybie pracy serwer, nasłuchujące na różnych portach (domyślnie używany jest port 5201): iperf s p PORT Pozostałe programy iperf uruchamiamy w trybie pracy klienta, tak aby każdy z klientów łączył się z innym portem (a zatem instancją) serwera: iperf c xxx.xxx.xxx.xxx p PORT 6

7 Najpierw należy sprawdzić jaką szybkość osiąga łącze dla każdego klienta osobno. W kolejnym kroku należy równocześnie z obu komputerów klientów próbować łączyć się z serwerem i zaobserwować o ile zmniejszyła się prędkość transmisji. Aby zwiększyć szybkość łącza jednego z urządzeń przy równoczesnym wysyłaniu danych z 2 źródeł musimy zastosować mechanizmy QoS. Pozwalają one nadać priorytet wybranym transmisjom. W tym celu należy uruchomić aplikację TP-link Utility. Następnie przejść do zakładki QoS i w polu Simple Application Mapping należy wybrać różne typy ruchu dla urządzeń. W celu dokładniejszego różnicowania ruchu dla urządzeń HomePlug należy przejść do Advanced Application Mapping, zaznaczyć pole TOS BITS i ustawić je na obu urządzeniach tak, jak na rysunku poniżej: Gdzie CAP3 (Channel Access Priority) to najwyższy priorytet a CAP0 to najniższy. Poniżej umieszczono tabelę zawierającą przykładowe zastosowania dla poszczególnych kategorii CAP: 7

8 W przypadku systemu Windows program Iperf nie może generować ruchu o wartości bitów TOS innej niż 0 (niezależnie od wprowadzonych ustawień), zatem aby zwiększyć priorytet ruchu dla danej stacji, należy zmienić jej poziom CAP dla TOS=0 (Priority Using). UWAGA! Ponieważ w trakcie pomiaru programem Iperf klienci starają się wygenerować maksymalny możliwy ruch, a serwer wysyła jedynie pakiety potwierdzeń (ACK), najlepiej jest ustawić po stronie serwera najwyższy priorytet (CAP3). W kolejnych badaniach należy równocześnie z obu komputerów generować ruch do serwera z rożnymi wartościami parametru CAP dla TOS=0 mierząc osiąganą szybkość transmisji. Jak poziom priorytetu wpływa na podział ruchu w przypadku kolidujących transmisji? Co dzieje się jeśli stacje generujące ruch mają wyższy priorytet CAP niż serwer? Dlaczego? Następnie proszę wrócić do ustawień początkowych przydziału CAP na podstawie TOS. Aby możliwe było ustawienie znakowania pakietów bitami TOS należy uruchomić system Linux (Kali2) (boot: kali2) na komputerach będących klientami. W konsoli systemu Linux należy wpisać komendy aby pobrać i zainstalować program Iperf (jeśli chcemy korzystać z Iperf a w wersji 3, w komendach należy wpisywać iperf3 w miejsce iperf., proszę jednak pamiętać że wersje 3 i 2 programu nie są kompatybilne): apt-get update apt-get install iperf (W przypadku braku uprawnień komendy należy poprzedzić słowem sudo.) Używając programu Iperf można łatwo ustawić pole TOS w nagłówku wysyłanych pakietów np.: iperf c S 8 Korzystając z programu Wireshark należy sprawdzić w polu DSCP czy rzeczywiście dany pakiet został odpowiednio oznaczony 8

9 Na stronie internetowej w tabelce mamy zebrane wartości parametru TOS oraz odpowiadające im wartości pola DSCP. Aby sprawdzić czy ustawienie bitów TOS prawidłowo przekłada się na priorytet CAP, proszę w kolejnych badaniach równocześnie z obu komputerów generować ruch do serwera z rożnymi wartościami parametru TOS, mierząc osiąganą szybkość transmisji. 3.4 Łączenie grup urządzeń Na zakończenie można sprawdzić działanie wymiany informacji o zaufanych urządzeniach podczas procedury parowania. W tym celu parując tylko dwa urządzenia należy dokonać połączenia sieci badanej w tym ćwiczeniu z siecią badaną przez grupę opracowującą ćwiczenie nr 2 ( Badanie wydajności urządzeń HomePlug AV 200 Mbit/s z bezprzewodowym punktem dostępu ). Czy uzyskano łączność z wszystkimi urządzeniami z ćwiczenia nr 2? 4. Bibliografia [1] [2] 9