ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
М.А. Маколкина
Моделирование сетей связи
с применением пакета О
pNet
Методические указания
к лабораторным работам
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2009
УДК 621.391.001.57(076.5)
ББК З88-01я73
М16
Рецензент
– кандидат технических наук, доцент
Рекомендовано к печати
редакционно-издательским советом университета
М16 Моделирование сетей связи с применением пакета ОpNet: методические указания к лабораторным работам (спец. 230102, 230105) / М.А. Маколкина
; ГОУВПО СПбГУТ. – СПб, 2009. – с.
УДК 621.391.001.57(076.5)
ББК З88-01я73
Предназначены для студентов специальностей: 230102 «Автомати-зированные системы обработки информации и управления», 230105 «Про-граммное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» и 210406 «Сети связи и системы коммутации».
© М.А. Маколкина, 2009
© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М.А.Бонч-Бруевича», 2009
Моделирование сетей
в программном продукте
O
pNet IT Guru Academic Edition v.9.1
Цель.
Моделирование корпоративной и сети масштаба города (Metro Area Network, MAN) в программном продукте OpNet
IT
Guru
Academic
Edition
v
.9.1
и анализ полученных результатов.
Краткая теоретическая справка.
Использование высокоуровне-вого моделирования позволяет гарантировать полноту и правильность выполнения информационной системой функций, определенных за-казчиком. В лабораторной работе моделирование осуществляется с помощью пакета OpNet
IT Guru Academic Edition.
Программа OpNet представляет собой комплекс средств для создания, моделирования и изучения сетей связи. Позволяет анализировать воздействия приложений типа клиент-сервер и новых технологий на работу сети; моделировать иерархические сети, многопротокольные локальные и глобальные сети с учетом алгоритмов маршрутизации; осуществлять оценку и анализ производительности смоделированных сетей. Также с помощью пакета можно осуществить проверку протокола связи, анализ взаимодействий протокола, оптимизацию и планирование сети.
Программа OpNet
содержит исчерпывающую библиотеку протоколов и объектов. Есть несколько сред редактора – по одной для каждого типа объекта. Организация объектов – иерархическая, сетевые объекты (модели) связаны набором узлов и объектов связи, в то время как объекты узла связаны набором объектов, типа модулей очерёдности, модулей процессора, передатчиков и приемников.
Лабораторная работа состоит из 2 блоков, каждый подразделен на 4 части. В первом блоке производится моделирование корпоративной сети, во втором – глобальной.
В части 1 каждого блока необходимо создать легенду для разрабатываемой сети и обосновать выбор оборудования, технологий.
В части 2 переходим к конструированию сети в программном продукте OpNet
.
Часть 3 заключается в настройке оборудования.
Часть 4 – симуляция работы сети, анализ полученных характерис-тик сети.
1. Моделирование корпоративной сети
Цель.
Получить практические навыки проектирования сетей масштаба предприятия; научиться выбирать сетевые технологии и компоненты и уметь обосновывать свой выбор; освоить простейшие методы имитационного моделирования вычислительных сетей, оценить полученные результаты.
Краткая теоретическая справка.
Основу информационной системы корпоративной сети составляет вычислительная система, включающая такие компоненты, как кабельная сеть и активное сетевое оборудование, компьютерное и периферийное оборудование, оборудование хранения данных (библиотеки), системное программное обеспечение (операционные системы, системы управления базами данных), специальное ПО (системы мониторинга и управления сетями) и в некоторых случаях прикладное ПО. Как правило, в корпоративной сети используется централизованная система управления сетью.
Ядро сети представляет собой маршрутизатор и серверы различ-ного назначения. На маршрутизаторе хранится и рассчитывается таблица маршрутизации. По принципам формирования таблицы маршрутизации бывают статические и динамические.
При моделировании корпоративной сети рекомендуется использовать статические таблицы маршрутизации, так как количество маршрутизаторов в среднем не превышает трех, при построении более крупных сетей со сложной конфигурацией оборудования целесообразно использовать динамическую маршрутизацию. Доступ пользователей к ядру сети осуществляется через коммутаторы, организующие локальные сети. Основной технологией для построения корпоративной сети в настоящее время является Ethernet.
Задание
1. Представить эскиз сети.
2. Смоделировать сеть в OpNet IT Guru Academic Edition.
3. Задать профили трафика, настроить оборудование, выбрать тип собираемой статистики.
4. Произвести симуляцию. Оценить полученные результаты.
Методические указания
1. Представить эскиз сети
.
В пояснительной записке описать предприятие, сферу деятельности, организационную структуру, объяснить необходимость взаимодействия между отделами и с внешними организациями, обосновать выбор оборудования, приложений, алгоритмов маршрутизации, программного обеспечения.
2.
Смоделировать
сеть
в
OpNet IT Guru Academic Edition.
При создании модели сети сначала необходимо дать названия проекту и сценарию в нем: File
-
New
–
название проекта (рис. 1).
Рис. 1. Название проекта
Давлее выбираем размер сети (в первой части работы строим корпоративную сеть, выбираем campus
или office
), выделяем необходимое и нажимаем клавишу Next
(рис. 2).
Рис. 2. Выбор размера сети
На следующем этапе необходимо выбрать конкретные размеры местности (м), на которой будет располагаться сеть (механизм выбора размеров местности аналогичен выбору размера сети). Далее необходимо определиться с выбором оборудования и технологий, которые будут представлены в проекте. Для этого в списке выделяем необходимый элемент, при этом в поле Include
появится надпись Yes
– означающая, что этот пакет включен в проект (рис. 3).
Рис. 3. Выбор оборудования и технологий
После нажатия клавиши Next
, программа предлагает убедиться в правильности введенных данных. После проверки параметров создаваемого проекта и нажатия клавиши Ок
появляется рабочая область, где будет создаваться сеть, и палитра, где отображаются элементы, которые можно использовать в проекте (рис. 4).
Набор элементов можно изменить путем нажатия клавиши Configure
Palette
. Элементы на рабочую область можно переносить из палитры. Для этого выделяем элемент в палитре щелчком левой кнопки мыши, вторым аналогичным щелчком, но уже в рабочей области, добавляем элемент в рабочую область.
Кроме того, в программе есть возможность создания комбиниро-ванных элементов из шаблонов. Для этого выбираем на панели инструментов Topology
->
Rapid
Configuration
и, следуя пунктам, конфигурируем шаблон. Пример построения офисной сети представ-лен на рис. 5. Сеть расположена на двух этажах, на каждом этаже пользователи подключены к коммутаторам, которые в свою очередь объединены маршрутизатором. Один коммутатор соединен с сервером. Рядом с сервером добавлены элементы, которые определяют тип трафика в сети, и род приложений, работающих в этой сети.
Рис. 4. Палитра проекта и рабочая область
Рис. 5. Пример построения сети
После построения модели сети её необходимо верифицировать, т.е. проверить топологию сети. Для этого на панели инструментов нажимаем кнопку с красной галочкой. Если сеть построена неправильно, OpNet
красными крестиками обозначит некорректные соединения, которые необходимо исправить. В случае правильного построения в рабочей области не будет никаких изменений.
3.
Задать профили трафика, настроить оборудование, выбрать тип собираемой статистики.
Для настройки оборудования необходимо нажать правой клавишей мыши на этом оборудовании и выбрать в меню пункт Edit
Attributes
(рис. 6). В зависимости от выбранного оборудования в рабочей области появится окно с различным набором настраиваемых параметров.
Рис. 6. Пункт Edit
Attributes
3.1. Настройка маршрутизатора.
При настройке оборудования построить статическую таблицу маршрутизации, задать интерфейсы, выбрать тип собираемой статистики. Поскольку моделируется небольшая корпоративная сеть, содержащая не больше трех маршрутизаторов, в которой редко происходят изменения (подключе-ние нового узла, добавление нового маршрута и т.п.), целесообразно строить статическую таблицу маршрутизации.
При построении крупной сети, содержащей 3 и более маршрути-заторов, используется динамическая таблица маршрутизации. Для настройки параметров маршрутизатора нужно нажать правой кнопкой мыши на его название и выбрать графу Edit
Attributes
(рис. 7).
Рис. 7. Пример настройки маршрутизатора
Для построения статической таблицы маршрутизации необходимо вручную прописать IP-адреса и маски, для этого в поле Attribute
выбираем пункт IP
Routing
Parameters
–
Static
Routing
Table
.
В строке rows
указываем количество активных интерфейсов маршрутизатора. Для каждого интерфейса (строки row
) прописываем IP-адрес и маску.
Чтобы задать параметры интерфейсов, в поле Attribute
выбираем пункт Interface
Information
, в котором номер строки (row
) соответствует номеру интерфейса. Для каждого интерфейса, соответствующего одному или нескольким активным портам, задаем IP-адрес и маску подключенного оборудования. Аналогично настраиваем Loopback
Interface
.
Loopback
Interface
– это IP-интерфейс с адресом в сети 127.0.0.1 используется для адресации узлом самого себя (loopback, интерфейс обратной связи). Обращение по адресу Loopback
Interface
означает связь с самим собой (без выхода пакетов данных на уровень доступа к сети); для протоколов на транспортном уровне и выше такое соединение неотличимо от соединения проходящего через сеть, что удобно использовать, например, для тестирования сетевого ПО.
Для того чтобы после процесса симуляции можно было посмотреть таблицу маршрутизации, необходимо в поле Attribute
выбирать пункт Routing
Table
Export
и присвоить полю Status
значение Enabled
.
После того как настройка оборудования завершена, необходимо указать тип собираемой статистики. Для этого на исследуемом оборудовании или соединительной линии нажать правой кнопкой мыши и выбрать графу Choose Individual Statistics. Далее для каждого сетевого элемента предлагаются на выбор варианты сбора результатов моделирования (рис. 8).
Для маршрутизатора обязательно собрать следующие статистические показатели: загрузка процессора, объем трафика переданного, полученного, отброшенного по протоколу IP.
3.2. Настройка коммутатора
.
Как правило, дополнительная настройка коммутатора не требуется, если нет необходимости реконфигурации портов или настройки VLAN
. Для коммутатора можно указать тип собираемой статистики – нажать правой кнопкой мыши на объект и выбрать графу Choose Individual Statistiс.
Далее галочками выбрать интересуемые параметры. Для коммутатора обязательно собрать следующий статистические показатели: объем трафика переданного, полученного, отброшенного.
Рис. 8. Выбор типа собираемой статистики для маршрутизатора
3.3. Настройка сервера.
При настройке сервера нужно прописать тип трафика, генерируемого пользователями. Самые распространен-ные типы трафика: данные, речь, видео. Каждый из них предъявляет различные требования к передаче, обеспечению необходимого качества обслуживания, выделению достаточной пропускной способности. В зависимости от направления деятельности предприятия/фирмы по сети будет передаваться трафик различного рода. Соответственно при проектировании важно правильно рассчитать загрузку каналов и оборудования. Проверить расчеты позволяет моделирование планируемой нагрузки. Так, например, речь – это трафик, чувствительный к задержкам, но не требующий большой пропускной способности канала, поэтому особое внимание при проектировании сети стоит уделить обеспечению необходимого качества обслуживания при передаче речи, в частности, можно настроить протокол RSVP или выбрать низкоскоростной канал.
Трафик VoD чувствителен и к задержкам, и к потерям, и требует высокой пропускной способности и настройки протокола PIM и IGMP.
Рис. 9. Настройка приложений на сервере
Тип трафика задается с помощью элемента палитры Application
Definition
. Элемент Application
Definition
необходимо перенести из палитры в рабочую область и разместить рядом с сервером.
Application
Definition
содержит характеристики приложений, создаваемых в виде потоков и имеющих собственные параметры трафика. Для создания потоков на Application
Definition
нужно нажать правую кнопку мыши и выбрать графу Edit
Attributes
(рис. 9), где созданы 16 стандартных потоков для та
После создания потоков приложений необходимо сконфигуриро-вать профили пользователей, работающих в спроектированной сети. Эту функцию выполняет элемент палитры Profile
Definition
(рис. 10).
Рис. 10. Настройка профилей пользователей
Каждому профилю дается название и описывается ряд пользова-тельских характеристик: время начала работы, продолжительность, окончание, интенсивность его пребывания и работы в сети и какими из предложенных (созданных) приложений он пользуется. Указанные параметры задаются аналогично Application
Definition
через пункт меню Edit
Attributes
.
Тип собираемой статистики указывается также через пункт меню Choose
Individual
Statistics
. Для сервера необходимо собрать следую-щие типы статистики: загрузка процессора, обращение к приложениям сервера – полученный и отправленный трафик (Application Demand – Traffic Sent, Traffic Received
), загрузка сервера FTP, HTTP, E-mail, DB,
в разделе Requesting Server Custom Application
выбрать Application Response, Total Request/Response Size, Traffic Received/Sent, Applicayion/Group Response Time
, отметить загрузку в Responding
Server Custom Application.
3.4. Настройка оконечных пользователей
. При настройке обору-дования для оконечных пользователей нужно задать IP-адреса и маски, указать название и тип пользователя. Оконечный пользователь может быть представлен двумя способами: элементом LAN
, который эмитирует некую сеть абонентов, или рабочей станцией.
В случае, когда элемент LAN
подключен к маршрутизатору, т.е. является группой оконечных пользователей, настройка параметров данного элемента происходит следующим образом. Выбираем пункт меню Edit
Attributes
. Заносим число пользователей в графу Number
of
Workstations
. Исходя из этого параметра, заполняется графа Application
–
Supported
Profiles
, указывающая, сколько и какого рода пользователей будут присутствовать в этой подсети. Здесь аналогично серверу создаются потоки, учитывающие пользователей сети, на основе профилей, созданных в элементе рабочей области Profile
Definition
(рис. 11).
Необходимо указать количество профилей пользователей в графе Rows
. Профили пользователей образуют потоки трафика определенного типа. Далее для каждого созданного таким образом потока указывается название профиля и число пользователей.
Число пользователей всех типов в итоге должно быть равно числу пользователей всей подсети. При настройке LAN
можно прописать статическую таблицу маршрутизации так же как на маршрутизаторе.
В случае, когда оконечным пользователем является рабочая станция, настройка параметров принципиально не меняется. Только количество пользователей всегда будет 1. Тип собираемой статистики указывается через пункт меню Choose Individual Statistics
.
Рис. 11. Настройка LAN
Для оконечных пользователей снять следующую статистику:
• задержку, вариацию задержки, объем трафика полученного, отправленного для типов приложений: Video Called Party, Video Calling Party, Video Conferencing, Voice Application;
• загрузку процессора;
• количество загруженных объектов/страниц (Downloaded Objects/Pages) для Client http;
• размеры загруженных файлов (Downloaded File Size) и Downloaded Response Time для Client Ftp;
• объемы полученного/переданного трафика (Traffic Received/Sent) для Client E-mail и Client DB;
• загрузку, задержку, объем полученного/переданного трафика (Traffic Received/Sent) в разделе Ethernet;
• Utilization в разделе EtherChannel.
Теперь можно приступать к симуляции, предварительно сохранив проект, нажав в меню проекта кнопку Save
. Проект будет сохранен в C:Documents and SettingsGuestop_models
. При повторном запуске программы OpNET
для открытия существующего проекта необходимо в меню File
выбрать Open
и название своего проекта.
4. Произвести симуляцию. Оценить полученные результаты.
Перед началом процесса симуляции необходимо настроить некоторые параметры симуляции. Для этого на панели инструментов нужно нажать кнопку configure
/
run
simulation
и войти в режим симуляции (рис. 12).
Рис. 12. Кнопка запуска режима симуляции
Пакет OpNet
IT
Guru
предлагает указать продолжительность работы сети (в данном случае – 2 ч). В следующих закладках имеется возможность настройки глобальных параметров сети, параметров моделирования для каждого элемента, вывода отчетов, анимации во время моделирования и др. Для просмотра таблицы маршрутизации необходимо перейти на закладку Global
Attributes
, в поле Attribute
выбрать IP
Routing
Table
Export
/
Import
и поставить его в значение Import
. Для данной сети таблица маршрутизации прописывалась вручную (статическая маршрутизация), поэтому необходимо выклю-чить протоколы динамической маршрутизации RIP
,
OSPF
,
BGP
. Для этого в поле Attributes
выбираем RIP
Sim
Efficiency
и ставим его в значение Disabled
(для OSPF
и BGP
произвести аналогичные операции). Теперь можно запускать процесс моделирования. Чтобы запустить симуляцию нужно нажать кнопку Run
(рис. 13).
Рис. 13. Настройка параметров моделирования
После завершения процесса симуляции нагрузку на сеть можно увидеть, перейдя на закладку Simulation
Speed
(рис. 14).
Во время моделирования процессов, происходящих в построен-ной сети, в реальном времени на экране строится график активности, состоящий из двух кривых: синяя отображает ситуацию в каждый момент времени, (время откладывается по оси абсцисс), красная показывает среднее значение.
Для просмотра результатов моделирования работы сети «под нагрузкой» выбираем пункт View
Result
, для этого на рабочей области необходимо кликнуть правой кнопкой мыши и в меню выбрать соответствующий пункт либо нажать на панели инструментов кнопку .
Рис. 14. Результаты моделирования
В окне View
Result
зелеными галочками можно выбрать интере-сующий тип статистики на различном оборудовании, например на рис. 15 показан график количества отброшенных на маршрутизаторе пакетов за единицу времени (Traffic
dropped
).
На рис. 16 представлен график нагрузки на канал, по которому можно оценить пропускную способность канала, т.е. видно, что за 2 ч работы сети по каналу передавалось в среднем 65–70 кбит/с.
Для просмотра таблицы маршрутизации нужно нажать правой кнопкой мыши на маршрутизатор и выбрать графу Open
Simulation
Log
, в открывшемся окне нажать Common
Route
Table
(рис. 17), после чего откроется таблица маршрутизации (рис. 18).
Рис. 15. Количество отброшенных пакетов за единицу времени, pack/s
Рис. 16. График нагрузки на канал
Рис. 17. Open Simulation Log
Рис.18. Таблица маршрутизации
К защите
1.
Представить отчет, содержащий легенду, эскиз сети, таблицу маршрутизации, примеры настройки маршрутизатора, сервера, графики нагрузки на сеть, несколько типов собираемой статистики с линий и оборудования, выводы по результатам моделирования:
- для маршрутизатора собрать следующие статистические показатели: загрузка процессора, объем трафика переданного, полученного, отброшенного по протоколу IP;
- для коммутатора: объем трафика переданного, полученного, отброшенного;
- для сервера: загрузка процессора, обращение к приложениям сервера – трафик, полученный и отправленный (Application Demand – Traffic Sent, Traffic Received), загрузка сервера FTP, HTTP, E-mail, DB, в разделе Requesting Server Custom Application – Application Response, Total Request/Response Size, Traffic Received/Sent, Applicayion/Group Response Time, загрузку в Responding Server Custom Application;
- для оконечных пользователей снять статистику: задержку, вариацию задержки, объем трафика полученного, отправленного для следующих типов приложений: Video Called Party, Video Calling Party, Video Conferencing, Voice Application, загрузку процессора, для Client Http – Downloaded Objects/Pages, для Client Ftp – Downloaded File Size/Response Time, для Client E-mail – Traffic Received/Sent, для Client DB – Traffic Received/Sent, загрузку Ethernet, Traffic Received/Sent, Utilization для Ethernet Channel;
- для канала между сервером и маршрутизатором снять все типы предлагаемой статистики.
2.
Знать принципы построения и технологии корпоративных сетей.
3.
Объяснить выбор оборудования, его конфигурацию, настройки и тип статистики.
2. Моделирование сети масштаба города.
Цель.
Получить практические навыки проектирования сетей масштаба города; научиться выбирать сетевые технологии и компоненты и уметь обосновывать свой выбор; освоить простейшие методы имитационного моделирования вычислительных сетей, оценить полученные результаты.
Краткая теоретическая справка.
При построении сети масштаба города необходимо учитывать услуги, которые планируется предоставлять на базе данной сети. Как правило, это услуги «Triple Play», т.е. услуги по передачи речи, данных и видео. Каждый из перечисленных типов трафика предъявляет свои требования к показателям качества обслуживания. Для обеспечения необходимого QoS для всех услуг выбрана следующая трехуровневая топология построения сетей класса Metro: уровень ядра, уровень агрегации (уровень распределения), уровень доступа.
Уровень доступа осуществляет физическую концентрацию абонентских линий, организует разделение абонентов с использованием виртуальных сетей, обеспечивает ограничение скорости передачи данных на входе в сеть и осуществляет базовые функции безопасности. Предоставляет высокоскоростной доступ абонентов к уровню распределения. Совокупность узлов уровня доступа, объединенных в единую физическую структуру и предоставляющих доступ к общему узлу уровня распределения, принято называть доменом доступа.
Уровень распределения терминирует виртуальные сети уровня доступа с использованием протокола IP, предоставляет доступ к локальным ресурсам и позволяет вести обмен трафиком между различными узлами уровня распределения. Домен распределения предоставляет доступ к оборудованию предоставления сервисов. Осуществляет расширенные функции обеспечения безопасности и управления качеством обслуживания на сети. Предоставляет высокоскоростной доступ к узлам уровня ядра сети. Совокупность узлов уровня распределения, объединенных в единую физическую структуру, называют доменом распределения.
Транспортный уровень (уровень ядра) сети служит высокоскоростной и надежной магистралью, объединяющей домены распределения.
Для обеспечения повышенной надежности и резервирования широко применяется топологическая модель кольца на уровне доступа и ядра. В некоторых случаях не исключается возможность использования топологии «звезда» на уровне доступа для подключения абонентов.
Задание
1. Представить эскиз сети.
2. Смоделировать сеть в OpNet IT Guru Academic Edition.
3. Задать профили трафика, настроить оборудование, выбрать тип собираемой статистики.
4. Произвести симуляцию. Оценить полученные результаты.
Методические указания
Для выполнения задания Лабораторной работы № 2 можно воспользоваться методическими указаниями к Лабораторной работе № 1.
К защите
1.
Представить отчет, содержащий легенду, эскиз сети, таблицу маршрутизации, примеры настройки маршрутизатора, сервера, графики нагрузки на сеть, несколько типов собираемой статистики с линий и оборудования, выводы по результатам моделирования:
- для маршрутизатора собрать следующие статистические показатели: загрузка процессора, объем трафика переданного, полученного, отброшенного по протоколу IP;
- для коммутатора: объем трафика переданного, полученного, отброшенного;
- для сервера: загрузка процессора, обращение к приложениям сервера – трафик, полученный и отправленный (Application Demand – Traffic Sent, Traffic Received), загрузка сервера FTP, HTTP, E-mail, DB, в разделе Requesting Server Custom Application – Application Response, Total Request/Response Size, Traffic Received/Sent, Applicayion/Group Response Time, загрузку в Responding Server Custom Application;
- для оконечных пользователей снять статистику: задержку, вариацию задержки, объем трафика полученного, отправленного для следующих типов приложений: Video Called Party, Video Calling Party, Video Conferencing, Voice Application, загрузку процессора, для Client Http – Downloaded Objects/Pages, для Client Ftp – Downloaded File Size/Response Time, для Client E-mail – Traffic Received/Sent, для Client DB – Traffic Received/Sent, загрузку Ethernet, Traffic Received/Sent, Utilization для Ethernet Channel;
- для канала между сервером и маршрутизатором снять все типы предлагаемой статистики.
2.
Знать принципы построения и технологии корпоративных сетей.
3.
Объяснить выбор оборудования, его конфигурацию, настройки и тип статистики.
Маколкина Мария Александровна
Моделирование сетей связи
с применением пакета
О
pNet
методические указания
к лабораторным работам
230102, 230105
Редактор Л.А. Медведева
План 2009 г., п. 4
Подписано к печати 10.11.
Объем 1,5 печ. л. Тир. 100 экз. Зак.
______________________________________________________________РИО СПбГУТ. 191186 СПб, наб. р. Мойки, 61
Отпечатано в СПбГУТ
М.А. Маколкина
Моделирование сетей связи
с применением пакета О
pNet
Методические указания
к лабораторным работам
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2009