共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較DOC

1、HUNAN UNIVERSIT Yy -T論文題姓名學號姓名學號姓名學號姓名學號姓名學號班級以太網(wǎng)的性能比較肖秀姿20100820321 （組長）黃絲米20100820307袁超20100810125代九龍20100820303王凱隆201008203仃通信三班網(wǎng)與交換式2013年12月25 日6共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較實驗目的比較共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)在不同網(wǎng)絡規(guī)模下的性能。實驗方法按照“ 0PNET實驗指導”中的Labi和Lab2的要求，完成小規(guī)模及中等規(guī)模兩種場景下共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較實驗，使用網(wǎng)絡模擬軟件 0PNET得到相應的模擬數(shù)據(jù)。并通過分析實驗數(shù)據(jù)

2、，對兩種場景下的以太網(wǎng)性能進行比較。三實驗內(nèi)容一：小規(guī)模場景下共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較（一） 實驗設(shè)置以一個小型以太網(wǎng)為模型，該模型采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡中有5臺工作主機，一臺服務器，主機通過集線器與服務器相連，采用lOOBaseT連接。要觀察的數(shù)據(jù)有對于HTTP協(xié)議的：客戶端的發(fā)送，接受，響應時間，用戶取消連接的狀態(tài)。服務器 的發(fā)送時間，接受請求的次數(shù)。對于傳輸層的TCP協(xié)議有：連接終止，延時和重傳的次數(shù)。具體實驗步驟為：1.啟動0PNET建立新的工程和場景：在場景中設(shè)置5個工作主機和一個服務器，使用集線器或交換機將他們連接起來， 分別實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡拓撲見圖1，2 :hisold

3、W3席*:bibriindu_S/37 Enods 1EURKM圖1共享式小規(guī)模以太網(wǎng)25.D37.1»ji>5275.025.D17.SAO.b75 DftT.5-raniffliPPL_Hi昌-豈rwde_0嚴PiH* DgnnUpfirte_7I riDdtt_2 'J3noda二勺rorfe_8-/口A Me 4圖2交換式小規(guī)模以太網(wǎng)2.參數(shù)設(shè)置如下圖所示:Application Config的參數(shù)配置如圖 3所示:圖3 Application Config 的參數(shù)配置Profile Config的參數(shù)配置如圖4所示:*1 (iKjde_8) Attribute

4、sE0岡8AttributeValuenode 3-Profile Configuration ”Number of Rows-Hd Vsrj"Pra£il& Hamei"Numb er of Kowsi Hwt ErOwsing (Heavy HTTP. j" dp er at i on Mode j-Start Time (seconds) j-Duration Ceconds)+ Eepeatabili tyIExact matchWeb Us&rSerial (jDtrdred) uni frn ClOOj L10) End of

5、 Simulation Unlimited-d廠 kdruic«dFilter | ply tc selected objectsECancel圖4 Profile Config的參數(shù)配置Workstation節(jié)點的參數(shù)配置如圖5所示:匚叵1岡*1 Cno<le_D) Attributes圖5 Workstation節(jié)點的參數(shù)配置Server節(jié)點的參數(shù)配置如圖 6所示:圖6 Server節(jié)點的參數(shù)配置3.要觀察的數(shù)據(jù)進行性能分析，需要在模擬器運行時記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)。In dividual Statistics ”選項進行設(shè)置，如圖7所示：可以選擇“DES”菜單下的“ChooseIt

6、I IClient Ftp ClUnt HttpDownloaded ObjectsBoxidodedObject Response Time (seconds) ?ag« Response Time (seccnds) Traffic Received (bytes/sec Traffic Received (packets/sec) Traffic Sent (bytes/sec) Traffic Sent (rackets/sec) User CancelltJ Conii«cticnE lent Print一I i" Ji-u Cli：y皿UASTCFAc

7、tive Connection Count Connection Aborts Belay (sec)Lod Cbytz)Load Ctytes/secLoid (packets)Load ack電ts/s電c) EetrfinsmissiCount Segment Delay (sec) TrafficTraffic Traffi c Traffi c曲LI TCF ConnectionReceived Received Received Received(bytes) (bytes/sc) Cpackfits (packets/ sec)Ftp HttpServerServerLoad (

8、raqu«Ets/secLoad (sessi ons/sac)T電wk Ftrocssii Time (weu) TrafficTraffic Received (packets/sec)Traffic Sent Cbytes/sec)Traffic SeKt (pack電ts/sec) Server Jobs圖7要觀察的數(shù)據(jù)Received Clytes/sec30（二）實驗數(shù)據(jù)1. Client Http的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖8所示TriYLn圖 8-1Client Http.Object Response Time(seconds)n- 圖 8-2 Client Http.Page

9、Response Time(seconds) wM uHr JMW EiQwMQ 1>4#比 HTTPI .1)lU算1-1心 I1 Jwuariofi uM Ma boxMiQ HTTPI .1) lUCfrEfKlIXcri tCHWtd-DeS-l BrrTfl (Hwy HHE .1! MiTWKli keMcii CC5'1 Al jaa*ji wLDw HiDwiTf Ihtanv Hl FPI I ： hLi<TLi1->wflCti *dMrlb*DCSEDHD«DCD36a»DM024OH022DMD.1JowDjH卜則ll II

10、IIIJIDmOHDhJDJM4-LJ1 -IL,EM ,也Df111iilI OMM EMM 0*13>i 曲 2>i5 如訕昨飾炯 ChSSr MB孫圖 8-4 Client Http.Traffic Sent (packets/sec)tr-wi n圖 8-5 Client Http.User Canselled Connections kmriur wuiir nWi bnwnaCHwY HFTI 1)bl-1X9-1 AjnriKfL wuiviVMibEnvHVHiBVYHr-'n 1)圖8 Client Http的統(tǒng)計數(shù)據(jù)2. ClientTCP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖

11、9所示:I -Heniral-CG-I圖9-1TCP .Co nn ection Aborts:yrcdlrcnnl -H5-1 rE4Hd-3VVtUl 4«fi4rhKH5-19-2 TCP .Delay (sec)TCP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)3 .Server Http的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖10所示 W G. VQ b AwHajr wnpl *!)SerrtT HiLwil1 1S.i1.11 wD菲DBSDTSIIDasD1S-OjS- D詁,EEQn HiSAf ItihF 1hEha.iDUEhl Dlsanii5dg 云n M 也 ttiMhOP -OH-DF.i0間00-DH 圖 10

12、-1 Server Http .Load (request/sec)圖 10-2Server Htt p.Trafic Receive (p acket/sec)圖 10-3 Server Htt p. Traffic Sent (p acket/sec)4 .Server TCP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖11所示Ttrri hTCP Qirrficl km Aborts圖 11-1 Server TCP .Connection Aborts(-TfMje圖 11-2 Server TCP Delay（三）實驗數(shù)據(jù)分析1. 針對一個主機節(jié)點（nodeO）的數(shù)據(jù)分析：（1） httP協(xié)議中"Pag

13、eResponseTime"的數(shù)據(jù)，從圖8.2中可以看出二種設(shè)備的響應時 間都是圍繞著一定的平均值上下波動。但使用 hub和switch相比而言，hub的響 應平均響應時間要少，延遲要低，switch則平均響應時間相對較高。從圖 8.4 中可以看出曲線呈現(xiàn)鋸齒狀， 總體趨勢 達到峰值后下降。 Hub 與 switch 相比僅在少數(shù)9-2中可以看出使用 hub的延遲會明顯低于使用(2) httP 協(xié)議中 “ .Traffic Sent ” 數(shù)據(jù)， 明顯一致 :由少到多再到少的過程， 地方不同，總體上是一致的(3) TcP 協(xié)議中的“ Delay ”項，從圖switch 的延遲，總體分布

14、呈現(xiàn)波浪狀，在平均值的上下起伏。2. 針對一個服務器節(jié)點(node5)的數(shù)據(jù)分析：(1)http 協(xié)議的“ trafficreceive ”和“ trafficsent ” 的數(shù)據(jù)。從圖 10-2 和 10-3 可以看出 接受和發(fā)送的數(shù)據(jù)連成一條連續(xù)的曲線， 總體呈現(xiàn)鋸齒狀， 隨著時間推移變化不 大。平均每秒鐘接受的數(shù)據(jù)包少于 1 個。(2)Server的TCP協(xié)議的“ Delay”的數(shù)據(jù)。從圖11-2可以看出hub的延遲波動比 switch 的要大，平均的時延要小。3. 小結(jié)：通過上面的分析可以得出， 在小規(guī)模的以太網(wǎng)中， 共享式以太網(wǎng)綜合性能比交 換式以太網(wǎng)要好一些。 在小規(guī)模的以太網(wǎng)中，

15、 由于節(jié)點的數(shù)目較少， 所以共享式以 太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)都可以較為順利的進行數(shù)據(jù)的傳輸。 但是從上面的圖中可以看 出，交換式以太網(wǎng)的傳輸延遲要多一些，這是由于交換式以太網(wǎng)中switch 會對數(shù)據(jù)包進行封裝處理，把數(shù)據(jù)包里的 MAC 地址分析出來，發(fā)向目標端口，這些操作 都會造成一定的延時。而hub不對數(shù)據(jù)包進行任何處理而直接發(fā)送，故時延要少一些。所以在小規(guī)模的以太網(wǎng)中， 共享式以太網(wǎng)的綜合性能比交換式以太網(wǎng)要好一些。(四)問題討論1. 問題：在哪個場景中頁面載入的延時更長，請解釋？ 答：從頁面響應時間可以看出，在小型局域網(wǎng)中使用集線器時頁面載入的時間會更少，而使用交換機則相對較多。 由于集線器

16、工作在物理層， 而交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層， 所以 交 換機的相對開銷比集線器大， 同時交換機要進行交換處理過程，故其工作時間也較長。 在一個小型的局域網(wǎng)由于主機數(shù)目有限， 不會存在廣播風暴的問題，故使用集線器共享網(wǎng)絡也是可行的。User Canselled Connections 和 Retransmission Count 是不重 但是像 TCP .Delay 和 Object Res ponse Time Delay 和 Object Response Time 信息的2. 在其他的收集到的實驗數(shù)據(jù)中是否還有一些有價值的差異信息？解釋為什么我們總 是期望有差異或相同的結(jié)果。答：在收集到的實

17、驗數(shù)據(jù)中， 要的信息， 因為我們在試驗中不太關(guān)心這些信息。 等是很有價值的信息，比如可以通過比較兩種場景下 差異，可以分析出相關(guān)網(wǎng)絡的性能。是因為有差異的數(shù)據(jù)會比較清楚的顯而相同的結(jié)果會比較容易證明一些一致性問題， 或在試驗中我們之所以會期望有差異或相同的結(jié)果， 示出不同的設(shè)置條件對實驗產(chǎn)生的影響， 證明出某個條件的變化不會對結(jié)果產(chǎn)生影響。四實驗內(nèi)容二:中等規(guī)模場景下共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較（一）實驗設(shè)置1.網(wǎng)絡拓撲A,氣.鼻PA*cI旳nApplQTiPflfnofk 3snod* nlubn vt 1= ub41DC_2njhrrrt_3、退MUJ4 1圖12中等規(guī)模共享式以太

18、網(wǎng)拓撲/p/r«p /bkJ丄 1JLibpJ 肋 tVll 'Applicaboni hJb 4-LwJb_3H'VS?；-乙、Bnixtfl 姑/7Pn«tt_L5»d4_lmdu.lfi-HaB""IMnirf<_2Snods 19-mkJb a圖13中等規(guī)模共享式以太網(wǎng)子網(wǎng)拓撲whnrr H、AppglDFS3、，|nodT_圖14中等規(guī)模交換式以太網(wǎng)拓撲0 J24予IBDaaamtJJS/r_»、/ HE/ V J口h! *O圖15中等規(guī)模交換式以太網(wǎng)子網(wǎng)拓撲1.2參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置的過程與實驗內(nèi)容一中相

19、同。1.3要觀察的實驗數(shù)據(jù)選擇"DES ”菜單下的"Choose In dividual Statistics ”選項進行設(shè)置，如圖16所示,其中TCP.Delay(sec)是增加的感興趣的數(shù)據(jù):IISSFrrELCli 6ikt FtpCli ent HttpT DowiQoided ObjectsDownloaded Pag&sObject Response Time (seconds) Page Response Time Cseconls) Traffic Rectivei (bytes/sec)Traffic Receiv&i (packets/s

20、ecTraffic Sent (bytes丿sec)Traffic User Cwcelled ConnectionsSent (packet s/sec)SttitcK Output Fort TCPActive Connection Count Connection Aborts Bftlfiy (sec) Load (bytesLoad (tytes/sec) Load (packets) Load Gckets/sec) Retransmission Coimt Sftgpint Dslay (sec) TrafficTraffi c Traffic 亠 _ Traffic:*廠TCP

21、 ConnectionReceived Received Received Received(bytes (bytes/sec) (packets) (packets/sec)圖16需要統(tǒng)計的實驗數(shù)據(jù)（二）實驗數(shù)據(jù)實驗得到的統(tǒng)計信息如圖 17所示:-fr| iiode_0 of Office HetTOEk. subnet匸叵岡 huW4pri(jert1 -scenerioJ4-DES-1 hub44priojed1 -3cenario45-DeS-1圖 17-1 TCP .Delay (sec)回岡iwde_0 of Office Netvork. subnet_0|30se2&2

22、220151614121036420 ' _*fe* J - -.OMOni Oh 20m Oh 30m 0h40nt Or SOkn 1hDmOhOm圖 17-2 Clie nt Http.P age Res ponse Time (seco nds)（三）實驗數(shù)據(jù)分析：1. 客戶端http協(xié)議的“ PageResponseTime” ：從圖17-2可以看出，此時使用集線器的時間遠遠長于交換機，集線器的響應時間基本上在10-60S之間，而交換機只有不到1秒的時間。由于此時是中型網(wǎng)絡，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較大主機較多，使用交換機獨立網(wǎng)絡通道可以有效的保證網(wǎng)絡質(zhì)量，而使用集線器的共享式網(wǎng)絡則會造成網(wǎng)

23、絡廣播風暴嚴重阻礙網(wǎng)絡的使用。hub的延遲2. TCP協(xié)議的“ Delay”的數(shù)據(jù)。從圖17-1可以看出swith基本沒有時延， 波動比switch的要大，平均的時延也要大。3. 小結(jié)：通過分析上面的實驗數(shù)據(jù)可以得出，在中等規(guī)模的以太網(wǎng)中，交換式以太網(wǎng)綜合性能比共享式以太網(wǎng)要好一些。在中等規(guī)模的以太網(wǎng)中，由于節(jié)點的數(shù)目較多，共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)在進行數(shù)據(jù)傳輸時的速率有所降低。但是從上面的圖 中可以看出，交換式以太網(wǎng)的傳輸延遲要少一些，這是由于共享式以太網(wǎng)中的所有 節(jié)點共享帶寬，當節(jié)點增多時，每個節(jié)點獲得的帶寬變小，故數(shù)據(jù)傳輸速度會降低。而且hub是通過廣播的方式傳輸數(shù)據(jù)，當網(wǎng)絡中的節(jié)點增

24、多時，容易發(fā)生信息的阻 塞和沖突，導致工作效率變差。所以，在小規(guī)模的以太網(wǎng)中，交換式以太網(wǎng)的綜合 性能比共享式以太網(wǎng)要好一些。（四）問題討論1哪種場景下頁的載入延遲更大些，解釋原因。在hub_scenario的場景下，頁的載入延遲要大一些。因為在hub_scenario場景下，使用的是hub設(shè)備，且整個網(wǎng)絡共享帶寬，當網(wǎng)絡的規(guī)模較大時，會經(jīng)常產(chǎn)生沖突，當產(chǎn)生沖 突時，就需要重新進行發(fā)送，這樣就增大了頁的載入時延。2在收集到的其他的實驗數(shù)據(jù)中是否還有一些有價值的差異信息？在試驗中，出于興趣加入了 TCP .Delay信息，在比較共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的性17-1中的信息可以看出，在中等規(guī)模下

25、交換能時，這是一個很重要的統(tǒng)計信息。根據(jù)圖圖 式以太網(wǎng)的延遲要小一些，故性能要好一些。3 將 switch_scenario 所有子網(wǎng)中的 switch 用 bridge 替換后，重新運行 switch_scenario 場景，有何表現(xiàn)，頁載入延遲有何變化？現(xiàn)將模擬之后的結(jié)果展示如下圖：而在此圖中可以看出，子網(wǎng)中的交換機換做網(wǎng)橋之后， 網(wǎng)絡的統(tǒng)計數(shù)據(jù)沒有太大的變化，頁的延遲時間也沒有太大的變化。 Annotation: Web User / Web Browsing (Heavy HTTP1 1)iTiediuiTi_h(ub_switch*sub_btidge_s witch jscenar

26、io-DES-l Annotatkin: Web User / Web Browsing (Heavy HTTP1.1) rriediuiii_hiub_switch-£witch_£cenarici-D£S-1Client HttpPage Response' Time Cseconds)圖 18 子網(wǎng) switch 換 bridge4將最上層網(wǎng)絡中的中央 hub用bridge替換，重新運行 hub_scenario場景，有何表現(xiàn)， 頁載入延遲有何變化？現(xiàn)將模擬之后的結(jié)果展示如下圖：而在此圖中可以看出，中央hub換做網(wǎng)橋之后，網(wǎng)絡的統(tǒng)計數(shù)據(jù)變化明顯，頁的延遲時間明顯比hub要小的多。 Annoticn: Web User / Wet) Bro