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
prasnal@kt.agh.edu.pl 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).