Επιβλέπων : Αναστάσιος Πολίτης, καθηγητής εφαρμογών Σύγκριση των δικτυακών προσομοιωτών OPNET IT Guru και Network Simulator 2 (NS-2)  Πτυχιακή Εργασία των : Κωνσταντίνος Ζωγράφος – Ξυνόπουλος (2607)  Αρετή Θώμογλου (1722)      Επιβλέπων : Αναστάσιος Πολίτης, καθηγητής εφαρμογών 

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε τη συγκριτική μελέτη ανάμεσα στους δύο πιο δημοφιλείς προσομοιωτές δικτύων :  OPNET IT Guru  Network Simulator 2 (NS-2).  Παρακάτω γίνεται λεπτομερής ανάλυση: των διαφορετικών σεναρίων που χρησιμοποιήθηκαν (ενσύρματο και ασύρματο) σύγκριση ανάμεσα σε ένα πραγματικό δίκτυο και τους δύο προσομοιωτές σχολιασμός των αποτελεσμάτων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός Προσομοίωσης: πρόβλεψη αναμενόμενης απόδοσης πολύπλοκων δικτύων κατανόηση συμπεριφοράς υπαρχόντων πρωτοκόλλων δικτύων που δεν έχουν στηριχτεί σε πρότυπα πώς λειτουργούν στα σημερινά δίκτυα. πρόβλεψη ορθότητας και επίδοσης των νέων σχεδίων πρωτοκόλλων για τα δίκτυα απαραίτητη στην διαδικασία που οδηγεί στην διεθνή πιστοποίηση, όπως το πρότυπο IMT-2000 για την τρίτη γενιά, ασύρματης και κινητής τηλεφωνίας

Σήμερα η προσομοίωση συχνά χρησιμοποιείται : για να προβλέψει την απόδοση των τωρινών δικτύων και πρωτοκόλλων με σκοπό: να βοηθήσει στον καθορισμό της τεχνολογίας να προγραμματίσει τις παραγόμενες δυνατότητες να επιδείξει την εκπλήρωση των απαιτήσεων του πελάτη για να προβλέψει την αναμενόμενη συμπεριφορά των νέων δικτυακών πρωτοκόλλων και σχεδίων μέσα από ποιοτικές και ποσοτικές εκτιμήσεις απόδοσης ή ορθότητας για να εξερευνήσει γρήγορα τα όρια και τις δυνατότητες ενδεχόμενων σχεδίων πρωτοκόλλων μέσα από σύντομη αποτίμηση και επανάληψη

Προσομοιωτής δικτύου και προσομοίωση Σε γενικές γραμμές, οι προσομοιωτές δικτύου προσπαθούν να μοντελοποιήσουν πραγματικά δίκτυα. Η κυρίαρχη ιδέα είναι ότι αν το σύστημα μπορεί να μοντελοποιηθεί, τότε τα χαρακτηριστικά του μοντέλου μπορουν να τροποποιηθούν – μεταβληθούν με εύκολο τρόπο, τα αντίστοιχα αποτελέσματα να προσομοιωθούν και στην συνέχεια να αναλυθούν διεξοδικά από τον χρήστη / ερευνητή. Όσο η διαδικασία της μοντελοποίησης είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα, τόσο τα αποτελέσματα θα είναι αρκετά κοντά ώστε να παρουσιάσουν στον ερευνητή μια ουσιαστική εικόνα για το υπό δοκιμή δίκτυο ή πρωτόκολλο καθώς και να προσομοιώσουν τον τρόπο με τον οποίο οι αλλαγές θα επηρεάσουν τη συνολική λειτουργία του μοντέλου.

ΓΝΩΡΙΜΙΑ ΜΕ ΤΟΥΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΕΣ Network Simulator (NS2) To NS2 : Διευκολύνει την έρευνα και την εκπαιδευτική διαδικασία η οποία σχετίζεται με τα δίκτυα. Προσφέρει μια ενιαία πλατφόρμα η οποία είναι κατάλληλη για τη διευκόλυνση πολλαπλών διαδικασιών οι οποίες σχετίζονται με τα δίκτυα (ενσύρματα ή ασύρματα), όπως : 1) σχεδίαση πρωτοκόλλων 2) σύγκριση πρωτοκόλλων 3) διεξαγωγή προσομοιώσεων κίνησης Ανοιχτού κώδικα το οποίο διανέμεται ελεύθερα στο κοινό μαζί με τον πηγαίο κώδικα. Οι σημαντικότερες δυνατότητες του NS2 είναι: Διαθέτει πρωτόκολλα δρομολόγησης όπως το Distance Vector και το Link state Έχει τη δυνατότητα προσομοίωσης για τα πρωτόκολλα μεταφοράς δεδομένων όπως το TCP και το UDP Προσφέρει προσομοίωση για δυνατότητες διασφάλισης ποιότητας υπηρεσίας (Quality of Service) με κύριες την IntServ και την Diffserv Προσφέρει προσομοίωση με χρήση τόσο ενσύρματων όσο και ασύρματων πρωτόκολλων δρομολόγησης

Οι γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιεί είναι η C++ και Otcl. Αξιοποιείται κατά τη δημιουργία της τοπολογίας του δικτύου, Αξιοποιείται κατα την δημιουργία όλων των αντικειμένων που περιλαμβάνει η τοπολογία Αλλαγές των συνθηκών σε κάποιες χρονικές στιγμές της προσομοίωσης Διαθέτει καλύτερες δυνατότητες επικοινωνίας με τον NS2 Προσομοιώνει τη δημιουργία των διάφορων γεγονότων κατά την κρίση του χρήστη. Υπάρχουν διαθέσιμες κάποιες έτοιμες συναρτήσεις αποκλειστικά για τον NS2 (όπως για παράδειγμα η δημιουργία κόμβων, αντιπροσώπων – agents) Παρέχει αυξημένες δυνατότητες να εκτελεί δυναμικά τον κώδικα της προσομοίωσης C++ Αξιοποιείται κατά το χειρισμό των πακέτων Αξιοποιείται κατά το χειρισμό αντικειμένων τα οποία δεν έχουν άμεση σχέση με τη συγκεκριμένη τοπολογία Ύπαρξη πιο πλούσιων δομών – από ότι η OTCL Προσφέρει εξαιρετικά πιο γρήγορη εκτέλεση της προσομοίωσης Σε γενικές γραμμές η C++ προσφέρει πολλές περισσότερες δυνατότητες (κυρίως εξαιτίας των βιβλιοθηκών που διαθέτει)

Επίσης, ο NS2 διαθέτει ένα γραφικό περιβάλλον για την προβολή των αποτελεσμάτων προσομοίωσης, τον NAM. NAM είναι βασισμένο στην γλώσσα προγραμματισμού TCL/TK επιτρέπει την απεικόνιση τόσο της προσομοιωμένης τοπολογίας όσο και των trace packets της προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο διαβάζει δεδομένα από τα trace αρχεία τα οποία δημιουργούνται κατά την διάρκεια της προσομοιωμένης διαδικασίας και χρησιμοποιούνται ως είσοδος στον NAM για την απεικόνιση της.

OPNET IT Guru Το OPNET modeler είναι ένα λογισμικό που : έχει αναπτυχθεί από την εταιρεία OPNET Technologies, Inc. επιτρέπει τη μοντελοποίηση και την προσομοίωση της λειτουργίας τηλεπικοινωνιακών δικτύων είναι χρήσιμο για το σχεδιασμό τηλεπικοινωνιακών δικτύων, είτε σε επίπεδο σπουδαστικό-ερευνητικό, είτε σε επίπεδο επιχειρησιακό

ΔΟΚΙΜΕΣ Εισαγωγή Δημιουργήσαμε παρόμοια σενάρια στο NS2 και στο Opnet. Χρησιμοποιήσαμε: ίδια πρωτόκολλα ίδιες τιμές δεδομένων, έτσι ώστε να έχουμε παρόμοια συμπεριφορά. Και στα δύο σενάρια μετρήσαμε τις τιμές της διαμεταγωγής δεδομένων (throughput). Αφου εκτελέσαμε τις προσομοιώσεις και πήραμε τα επιθυμητά αποτελέσματα, δημιουργήσαμε ένα πραγματικό δίκτυο (testbed) με τα ίδια χαρακτηριστικά Τα αποτελέσματα που πήραμε θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε ποιο απο τα δύο λογισμικά προσομοιώνει καλύτερα τη λειτουργία ενός πραγματικού δικτύου.

Σενάριο 1ο (ενσύρματο δίκτυο) Sink 1 Sender 1 100Mbps 100Mbps switch switch 10Mbps Sink 2 Sender 2 100Mbps 100Mbps Sender1 & sender2 Αποστολή δεδομένων 4 υπολογιστες Sink1 & sink2 Λήψη δεδομένων 2 switch Καλώδιο που ενώνει τα switch 10 Mbps Υπόλοιπα καλώδια 100 Mbps Εκκίνηση σεναρίου Αποστολή δεδομένων Packetsize σταθερή τιμή 1000 bytes sender1 8 Mbps data sink1 sender2 8 Mbps data sink2 Διάρκεια πειράματος 30 sec Χρησιμοποιούμε πρωτόκολλο CBR Μετράμε το throughput στο sink1 και sink2

Σενάριο 1ο Πραγματικό δίκτυο (testbed) 4 περιφερειακούς 6 υπολογιστές 2 υπολογιστές σαν switch εγκατάσταση καρτών δικτύου ορισμός ταχυτήτων σε 100Μbps και 10bps bps

Για να δημιουργήσουμε και να παρακολουθήσουμε την κίνηση στο δίκτυο και στα δύο σενάρια, χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό iperf, το οποίο είναι : ανοιχτού κώδικα υποστηρίζεται από διάφορα λειτουργικά συστήματα (Windows, Linux, MacOSX, Solaris) μπορεί να τρέξει πάνω απο οποιοδήποτε δίκτυο, εξάγοντας τα επιθυμητά αποτελέσματα σχετικα με την απόδοση του δικτύου Η λειτουργία του iperf είναι πολύ απλή, όπως και η διεπαφή του προγράμματος με τον χρήστη (θυμίζει περιβάλλον dos, όπου ο χρήσης επικοινωνεί δίνοντας μόνο εντολές)

NS2 OPNET Βλέπουμε το ίδιο δίκτυο υλοποιημένο και στους δύο προσομοιωτές

Οι sender1 & sender2 αποστέλουν από 8 Mbit/sec. Επομένως το συνολικό throughput που λαμβάνουν οι sink1 & sink2 θα πρέπει να είναι 16 Mbit/sec. Παρατηρούμε ότι το συνολικό throughput είναι 10 Mbit/sec. Αυτό οφείλεται στο bottleneck που δημιουργήσαμε αφού το καλώδιο έχει χωρητικότητα 10 Mbit/sec.

Αυτό δείχνει μια αδυναμία σε επίπεδο πακέτου προσομοίωσης. Οι τιμές και στις 3 ροές είναι πολύ κοντά. Ο Opnet βρίσκεται πιο κοντά στη μέση τιμή του πραγματικού δικτύου (testbed). Στο πραγματικό δίκτυο, η κίνηση από δύο πηγές (sender1,sender2) κατανεμήθηκε άνισα από τον προγραμματιστή πακέτων των switch, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι προσομοιωτές χωρίζουν τις ροές εξίσου στα switch. Αυτό δείχνει μια αδυναμία σε επίπεδο πακέτου προσομοίωσης.

Σενάριο 2ο (ασύρματο δίκτυο) Sink 1 Sender 2 Sink 2 Sender 1 Sender1 & sender2 Αποστολή δεδομένων 4 φορητούς υπολογιστές Sink1 & sink2 Λήψη δεδομένων Οι υπολογιστές συνδέονται μεταξύ τους ασύρματα χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο 802.11b, το οποίο έχει ονομαστικό ρυθμό μετάδοσης 11 Mbit/sec. Εκκίνηση σεναρίου Αποστολή δεδομένων Packetsize σταθερή τιμή 1000 bytes sender1 8 Mbps data sink2 sender2 4 Mbps data sink1 Διάρκεια πειράματος 30 sec Μετράμε throughput στον sink1 καθώς επίσης και το συνολικο

Σενάριο 2ο Πραγματικό δίκτυο (testbed) 4 φοριτούς αλλαγή ταχύτητας στις κάρτες δικτύου, οι οποίες “υποβιβάστηκαν” στο πρωτόκολλο 802.11b.

OPNET NS2 Βλέπουμε το ίδιο δίκτυο υλοποιημένο και από τους δύο προσομοιωτές

sender1 8 Mbps data sink2 sender2 4 Mbps data sink1 οι τιμές του throughput που λανβάνει ο Sink1είναι σχετικά κοντά μεταξύ των προσομοιωτών και του πραγματικού δικτύου. Αν και στο πραγματικό δίκτυο παρατηρούμε ότι κάποιες τιμές “απομακρύνονται” περισσότερο από τις υπόλοιπες (είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω), μπορούμε να υποθέσουμε οτι αυτο οφείλεται σε τυχόν απώλειες που έχουν να κάνουν με το φυσικό μέσο (αέρας), οι οποίες είναι σύθετο αποτέλεσμα διαφόρων φαινομένων (πχ. ανάκλαση, διάθλαση, απορρόφηση από ατμοσφαιρική υγρασία κλπ) και δεν λαμβάνονται υπόψιν από τους προσομοιωτές.

Οι τιμές του συνολικού throughput είναι σχετικά κοντά μεταξύ των προσομοιωτών και του πραγματικού δικτύου Παρατηρούμε ότι το συνολικό throughput κυμαίνεται γύρω στα 5Mbit/sec,αν και όπως αναφέραμε πιο πάνω χρησιμοποιούμε πρωτόκολλο που υποστηρίζει ονομαστικά μέχρι 11Mbit/sec. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό οφείλεται στο γεγονός οτι στα ασύρματα ad hoc δίκτυα, οι κόμβοι συναγωνίζονται μεταξύ τους για την πρόσβαση στο κοινόχρηστο ασύρματο μέσο, καταλήγοντας συχνά σε συγκρούσεις (παρεμβολές). Ένας ακόμη λόγος είναι ο μηχανισμός RTS - CTS (RequestToSend - ClearToSend) τον οποίο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο 802.11.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το NS2 παρέχει παρόμοια αποτελέσματα με το Opnet Το πλήρες πακέτο του Opnet παρέχει περισσότερες δυνατότητες από το ΝS2(ισχυρό γραφικό περιββάλλον για την δημιουργία,έλεγχο και ανάλυση προσομοιώσεων).

ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ [1] ΣιβάκηςΝικόλαος, «Free and Open-source Tools for Network Simulation», http://conta.uom.gr/conta/ekpaideysh/metaptyxiaka/technologies_diktywn/ergasies/2005//Free and Open-source Tools for Network Simulation- Sivakis.pdf [2] http://ifestos.teilar.gr [3] old-courses.cn.ntua.gr/file.php/38/lab1-11.pdf [4] Παντελή Ιάσονα-Κωνσταντίνου, «Μελέτη Δικτύων Επόμενης Γενιάς και Μοντελοποίησή τουςστο Περιβάλλον του OPNET», 2011 http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/4675/1/Διπλωματική εργασία.pdf [5] Ad hoc δίκτυο, http://el.wikipedia.org/wiki/Ad_hoc_δίκτυο [6] Gilberto Flores Lucio, Marcos Paredes-Farrera, Emmanuel Jammeh, Martin Fleury, Martin J. Reed, «OPNET Modeler and Ns-2: Comparing the Accuracy Of NetworkSimulators for Packet-Level Analysis using a Network Testbed», 2003