Red de medio compartido en anillo con protocolo de acceso MAC sin colisión

Transcripción

1 Laboratorio RAL IR Token Ring Red de medio compartido en anillo con protocolo de acceso MAC sin colisión Objetivos Esta práctica se ha diseñado para demostrar la implementación de una red token ring. La simulación le permitirá ver las prestaciones de la red token ring con diferentes configuraciones. Introducción Una red token ring consiste en un conjunto de nodos conectados en anillo. El anillo es el medio compartido. La tecnología token ring emplea un algoritmo distribuido que controla cuando puede transmitir cada nodo. Todos los nodos ven todas las tramas, y el nodo identificado como el destino en la cabecera de la trama guarda una copia de la trama. Con una topología anillo, cualquier caída en un enlace o nodo colapsaría toda la red. Este problema se soluciona usando una topología física en estrella, donde los nodos se conectan a un concentrador (hub) token ring. Aunque físicamente la topología es una estrella, la topología lógica sigue siendo de anillo. El hub actúa como un conmutador, denominado multistation access unit (MSAU). Los MSAUs dan robustez a la red y permiten conectar y desconectar nodos sin interrumpir el funcionamiento del anillo. El token (testigo) es una pequeña trama que circula en el anillo; cada nodo la lee y la retransmite. Cuando un nodo tiene datos que transmitir, espera la llegada del token, lo elimina del anillo y en su lugar pone la(s) trama(s) de datos. Ahora son los datos los que dan la vuelta al anillo. Cuando la trama llega al nodo que la transmitió, este la elimina del anillo y, si no tiene más datos que transmitir, pone de nuevo en circulación el token. No obstante, un nodo no puede retener el token todo el tiempo que desee. El token holding time (THT) es un parámetro que le indica al nodo cuanto tiempo máximo puede retener el token (cuánto tiempo puede estar transmitiendo datos). La elección del THT tiene repercusiones sobre la utilización y el buen funcionamiento de la red. (Entendiendo la utilización como el porcentaje de ancho de banda utilizado frente al ancho de banda total). En esta práctica, usted configurará una red token ring con 14 nodos conectados en topología física de estrella (usando un MSAU). Los enlaces serán de 4 Mbps. Estudiaremos como la carga y el THT de la red afectan a la utilización y el retardo (delay).

2 Procedimiento Crear un Nuevo Proyecto Para crear un nuevo proyecto para la red token ring: 1. Ejecutar OPNET IT Guru Academic Edition Elegir New del menú File. 2. Seleccionar Project y clic OK Nombre del proyecto <sus iniciales>_token, y el escenario Balanced Clic OK. 3. En la venta Startup Wizard: Initial Topology, asegurarse que selecciona Create Empty Scenario Clic Next Elija Office para Network scale Clic Next tres veces Clic OK. 4. Cierre Object Palette y salve su proyecto. Crear la red Para crear la red token ring: 1. Seleccionar Topology Rapid Configuration. Del menú drop-down seleccione Star y clic OK. 2. Clic el botón Select Models en la ventana Rapid Configuration. Del menú Model List elegir token_ring y clic OK. 3. En la ventana Rapid Configuration, establezca los siguientes seis valores y clic OK. El modelo de nodo tr32_hub es un hub Token Ring que soporta hasta 32 conexiones a 4 o 16 Mbps. El hub reenvía los paquetes que le llegan al siguiente puerto. No hay colas de paquetes en el hub ya que se considera que el tiempo de procesamiento es cero El TR4 Link es un enlace que conecta dos dispositivos Token Ring a 4Mbps. 2

3 4. Ha creado la red, y el gráfico debe parecerse al mostrado en la figura: 5. Asegúrese de salvar el proyecto. Configure los nodos Aquí configuraremos el parámetro THT de los nodos, así como el tráfico que generaran. Para configurar el THT, necesitaremos usar en los nodos el modelo tr_station_adv en vez del actual tr_station. 1. Clic-derecho en cualquiera de los 14 nodos Select Similar Nodes. Ahora todos los nodos de la red han quedado seleccionados. 2. Clic-derecho en cualquiera de los 14 nodos Edit Attributes. a. Comprobar esté marcada la caja Apply Changes to Selected Objects. Es importante para evitar tener que configurar los nodos uno a uno. 3

4 La figura siguiente muestra los atributos que debemos cambiar en los pasos 3 a 6: El parámetro THT (token holding time) especifica la máxima cantidad de tiempo que un dispositivo Token Ring puede retener el testigo (token) ( y por tanto tiene para su uso el anillo). El interarrival time es el tiempo que transcurre entre la generación de dos paquetes consecutivos, en el estado ON (cuanto más pequeño es el interarrival time, mayor es el tráfico que está generando el nodo) 3. Clic en el valor model: tr_station y seleccione Edit desde el menú desplegable. Ahora seleccione tr_station_adv del menú. 4. Para evaluar la red con diferentes valores de THT, necesitamos promocionar (promote) el parámetro THT. Esto nos permitirá asignar múltiples valores al THT. a. Expandir la jerarquía Token Ring Parameter s. b. Clic-derecho en el atributo THT Duration Elija Promote Attribute to Higher Level. 5. Expanda la jerarquía Traffic Generation Parameters Asigne exponential(100) al atributo ON State Time Asigne exponential(0) al atributo OFF State Time. (Nota: Los paquetes será generados sólo en "ON" state.) 6. Expanda la jerarquía Packet Generation Arguments Asigne exponential(0.025) (MEJOR 25E-3) al atributo Interarrival Time. 7. Clic OK para volver al Project Editor. 8. Salve el proyecto. 4 NOTA IMPORTANTE: Por incompatibilidad del programa OPNET con el Windows en lenguaje Español, el separador decimal (punto en ingles, coma en español) da problemas. Una forma de evitarlos es introducir todas las cantidades con decimales en notación científica. Así, si queremos meter el valor 0,025 debemos poner 25E 3.

5 Configure la simulación Para evaluar las prestaciones de la red bajo diferentes THT, necesitamos ejecutar el simulador varias veces cambiando cada vez el valor de THT. Existe una manera sencilla de hacer esto. Recuerde que hemos promocionado el atributo THT Duration. Veamos como asignar diferentes valores al atributo: 1. Clic en el botón Configure/Run Simulation: 2. Asegúrese que la pestaña Common está seleccionada Asigne 5 minutos a Duration. 3. Clic en la pestaña Object Attributes Clic el botón Add 4. Tal y como se muestra en la figura de la ventana Add Attribute, necesitamos añadir el atributo THT Duration a todos los nodos. Para hacerlo: a. Añada el atributo: Office Network.*.Token Ring Parameters[0].THT Duration clicando en la celda correspondiente bajo la columna Add? Clic OK 5

6 5. Ahora debe ver Office Network.*.Token Ring Parameters[0].THT Duration en la lista de atributos de la simulación (ensanche la columna Attribute para poder ver el nombre completo). Clic en el atributo para seleccionarlo Clic en Values como se muestra en la figura. 6. Añadir los siguientes seis valores. (Nota: Para añadir el primer valor, doble-clic en la primera celda en la columna Value Type 0.01 (RECUERDE use notación científica) y pulse enter. Repetir para los seis valores. RECUERDE: Use notación científica; 1E 2 2E 2 32E 2 6

7 7. Clic OK. Ahora observe la esquina superior derecha de la ventana de diálogo Simulation Configuration y compruebe que Number of runs in set es Por cada una de las seis simulaciones necesitamos que el simulador salve valores scalar que representan los valores medios ( average ) de las estadísticas recogidas por las simulaciones. Para salvar estos escalares necesitamos configurar el simulador para que los salve en un fichero. Clic en la pestaña Advanced en la caja Configure Simulation. 9. Asigne <sus iniciales>_token_balanced al campo de texto de Scalar file 10. Clic OK y salve el proyecto. 7

8 La utilización es el cociente entre el ancho de banda usado y el disponible. Seleccione las estadísticas Para seleccionar las estadísticas a recolectar durante la simulación: 1. Clic-derecho en cualquier punto del tapiz del proyecto (no en un nodo o enlace) y seleccione Choose Individual Statistics del menú desplegable. a. Expanda la jerarquía Global Statistics: Expanda la jerarquía Traffic Sink Clic la caja de Traffic Received (packets/sec). Expanda la jerarquía Traffic Source Clic la caja de Traffic Sent (packets/sec). b. Expanda la jerarquía Node Statistics: c. Clic OK. Expanda la jerarquía Token Ring Clic la caja de Utilization. Una sonda (probe) representa una petición del usuario al simulador para que este recolecte un determinado tipo de datos 2. Ahora queremos recolectar de cada simulación la media de las estadísticas anteriores como un valor escalar. a. Seleccione Choose Statistics (Advanced) del menú Simulation. b. Las sondas Traffic Sent y Traffic Received deben aparecer en Global Statistic Probes. La sonda Utilization debe aparecer en Node Statistics Probes. c. Clic-derecho en la sonda Traffic Received Edit Attributes. Fije el atributo scalar data a enabled Fije el atributo scalar type a time average Compare con la siguiente figura y clic OK. d. Repita los pasos previos con las sondas Traffic Sent y Utilization. 8

9 3. Dado que necesitamos analizar el efecto de la THT en las prestaciones de la red, deberemos añadir el THT como un input a ser registrado por la simulación. Para esto: a. Seleccione Create Attribute Probe del menú Objects. Ahora se crea un nuevo atributo bajo la jerarquía Attribute Probes (ver figura). b. Clic-derecho en el nuevo atributo y seleccione Choose Attributed Object del menú desplegable Expanda la jerarquía Office Network Clic en node_0 (puede seleccionar cualquier nodo) Clic OK. c. Clic-derecho otra vez en el nuevo atributo y seleccione Edit Attributes del menú desplegable Asigne el valor Token Ring Parameter[0].THT Duration al atributo attribute (ver figura) Clic OK. 4 Seleccione salvar del menú File en la ventana Probe Model y entonces Cierre la ventana. 5 Ahora estamos de nuevo en Project Editor. Salve el proyecto. 9

10 Duplicar el escenario El escenario token ring que se ha implementado es balanceado: la distribución del tráfico generado en todos los nodos es la misma. Para compara prestaciones, crearemos un escenario "no-balanceado de esta manera: 1. Seleccione Duplicate Scenario del menú Scenarios y póngale el nombre Unbalanced Clic OK. 2. Seleccione node_0 y node_7 (mantenga pulsado shift al clicar) Clic-derecho en uno de los dos nodos seleccionados y seleccione Edit Attributes Expanda la jerarquía Traffic Generation Parameters Expanda la jerarquía Packet Generation Arguments Cambie el valor del atributo Interarrival Time a exponential(0.005) (MEJOR EN NOTACIÓN CIENTÍFICA 5E-3)(ver figura). Asegurarse de seleccionar la caja Apply Changes to Selected Objects antes de OK. 3. Seleccionar todos los nodos excepto node_0 y node_7 Clic-derecho en uno de los nodos seleccionados y seleccione Edit Attributes Cambie el valor del atributo Interarrival Time a exponential(0.075) (mejor 75E-3). Asegúrese que la caja Apply Changes to Selected Objects está seleccionada antes de pulsar OK. 4. Clic en cualquier lugar del escritorio para des-seleccionar todo. 5. Clic en el botón Configure/Run Simulation Clic en la pestaña Advanced de la ventana Configure Simulation Asigne <sus iniciales>_token_unbalanced al campo de texto de Scalar file. 6. Clic OK y salve el proyecto. 10

11 Ejecutar la simulación Para ejecutar la simulación de ambos escenarios simultáneamente: 1 Ir al menú Scenarios Seleccionar Manage Scenarios. 2 Cambiar el valor bajo la columna Results a <collect> (o <recollect>) para ambos escenarios. (Ver figura). 3 Clic OK para ejecutar las simulaciones. Dependiendo de la velocidad de su ordenador, el proceso puede tardar varios minutos. 4 Después de terminadas las 12 simulaciones, 6 para cada escenario, clic Close. 5 Salve el proyecto. NOTA IMPORTANTE: Si usted re-ejecuta la simulación, OPNET IT Guru añadirá los nuevos resultados a los ya obtenidos en el fichero escalar. Para evitar esto, antes de una nueva simulación: Ir a menú File Seleccione Model Files Delete Model Files De la lista, seleccione other model types Seleccione (.os): Output Scalars Seleccione el fichero escalar a borrar; en nuestro caso <sus iniciales>_token_balanced_scalar y <sus iniciales_token_unbalanced_scalar Clic Close. Ver los resultados Para ver y analizar los resultados: 1 Seleccione View Results (Advanced) del menú Results. Esto abre la herramienta Analysis Configuration. 2 Recuerde que hemos salvado los resultados en dos ficheros escalares, uno por cada escenario. Para cargar el fichero del escenario Balanced, seleccione Load Output Scalar File del menú File Seleccione <sus iniciales>_token_balanced del menú desplegable. 11

12 3. Seleccione Create Scalar Panel del menú Panels Seleccione en scalar panel data como se muestra en la figura: THT para Horizontal y Utilization para Vertical. (Nota: Si alguno de los datos no están, asegúrese realizó los pasos 2.c y 2.d en la sección Choose the Statistics.) 4. Clic OK. 5. Para cambiar el título de la gráfica, clic-derecho en el área del gráfico y seleccione Edit Graph Properties Cambie Custom Title a Balanced Utilization. 12

13 6. Clic OK. El gráfico debe parecerse al mostrado a continuación. No lo cierre y continúe con el paso siguiente. 7. Para comparar con el escenario Unbalanced, cargamos su fichero escalar, seleccionando Load Output Scalar File del menú File Seleccionamos <sus iniciales>_token_unbalanced del menú desplegable. 8. Seleccionamos Create Scalar Panel del menú Panels Seleccionamos el scalar panel data como en el paso Clic OK Cambiamos el título del gráfico a Unbalanced (como en el paso 5) Clic OK. El gráfico resultante debe ser similar al de la figura abajo. No lo cierre y continúe al paso siguiente. 13

14 10. Para combinar los dos gráficos en uno único seleccione Create Vector Panel del menú Panels Clic en la pestaña Display Panel Graphs Seleccione Balanced y Unbalanced Seleccione Overlaid Statistics en el menú desplegable (ver flechas en la figura). 11. Clic Show y el gráfico resultante deberá ser similar al que se muestra en la figura. 14

15 12. Repita el mismo proceso para ver el efecto del THT en Traffic Received para ambos escenarios. Asigne el título apropiado a los gráficos. 13. El gráfico resultante combinando las estadísticas de Traffic Received para los dos escenarios Balanced y Unbalanced, debe ser similar al mostrado abajo: 15

16 Lectura recomendada OPNET Token Ring Model Description: En el menú Protocols, seleccione Token Ring Model Usage Guide. Preguntas 1) Por qué la utilización se incrementa con valores altos de THT? 2) Crear un duplicado del escenario Balanced. Llámelo Q2_HalfLoad. Decremente la carga de la red a la mitad y repita la simulación. (para ello puede bajar la carga de todos los nodos a la mitad). Compare la utilización y el tráfico recibido en Q2_HalfLoad con el del escenario Balanced. Pistas: - Para decrementar la carga a la mitad se puede hacer duplicando el Interarrival Time de los nodos en Packet Generation Arguments. - No olvide asignar un scalar file distinto al nuevo escenario. 3) Crear un duplicado del escenario Balanced. El nuevo escenario llámelo Q3_OneNode. En Q3_OneNode reconfigure la red tal que node_0 genere un tráfico que equivalga a todo el tráfico generado por el resto de nodos en el escenario Balanced. El resto de nodos, node_1 a node_13, que no generen tráfico. Compare la utilización y tráfico recibido en Q3_OneNode y en Balanced. Pistas: - Una manera de configurar un nodo tal que no genere tráfico es fijar su Start Time (en Traffic Generation Parameters) al valor especial Never. - No olvide asignar un scalar file diferente para el nuevo escenario. 16