共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較

1、HUNAN UNIVERSITY論文題目 共享式以太網(wǎng)與交換式 以太網(wǎng)的性能比較 姓名學(xué)號肖秀姿 20100820321 （組長）姓名學(xué)號 黃絲米 20100820307姓名學(xué)號 袁超 20100810125姓名學(xué)號 代九龍 20100820303姓名學(xué)號 王凱隆 20100820317班級 通信三班2013 年12 月 25 日共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)的性能比較 一 實驗?zāi)康谋容^共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)在不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下的性能。 二 實驗方法按照“OPNET實驗指導(dǎo)”中的Lab1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(luò)模擬軟件OPN

2、ET得到相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)。并通過分析實驗數(shù)據(jù)，對兩種場景下的以太網(wǎng)性能進(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)中有5 臺工作主機(jī)，一臺服務(wù)器，主機(jī)通過集線器與服務(wù)器相連，采用100BaseT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(yīng)時間，用戶取消連接的狀態(tài)。服務(wù)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OPNET建立新的工程和場景:在場景中設(shè)置5個工作主機(jī)和一個服務(wù)器，使用集線器或交換機(jī)將他們連接起來，

3、分別實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1，2： 圖1共享式小規(guī)模以太網(wǎng)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：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：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(jìn)行性能分析，需要在模擬器運行時記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)?？梢赃x擇“DES”菜單下的“Choose Individual

4、Statistics”選項進(jìn)行設(shè)置，如圖7所示：圖7要觀察的數(shù)據(jù)（二）實驗數(shù)據(jù)1. Client Http的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖8所示圖8-1 Client Http.Object Response Time(seconds)圖8-2 Client Http.Page Response Time(seconds)圖8-3 Client Http.Traffic Received (packets/sec)圖8-4 Client Http.Traffic Sent (packets/sec)圖8-5 Client Http.User Canselled Connections圖8 Client Http

5、的統(tǒng)計數(shù)據(jù)2. ClientTCP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖9所示：圖9-1 TCP.Connection Aborts圖9-2 TCP.Delay (sec)圖9 TCP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)3 .Server Http的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖10所示圖10-1 Server Http .Load（request/sec）圖10-2Server Http.Traffic Receive（packet/sec）圖10-3 Server Http.Traffic Sent（packet/sec）4 .Server TCP的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖11所示圖11-1 Server TCP.Connection Aborts圖11-2 Serv

6、er TCP Delay （三）實驗數(shù)據(jù)分析1. 針對一個主機(jī)節(jié)點（node0）的數(shù)據(jù)分析：(1) http協(xié)議中“PageResponseTime”的數(shù)據(jù)，從圖8.2中可以看出二種設(shè)備的響應(yīng)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(yīng)平均響應(yīng)時間要少，延遲要低，switch則平均響應(yīng)時間相對較高。(2) http協(xié)議中“.Traffic Sent”數(shù)據(jù)，從圖8.4中可以看出曲線呈現(xiàn)鋸齒狀，總體趨勢明顯一致:由少到多再到少的過程，達(dá)到峰值后下降。Hub與switch相比僅在少數(shù) 地方不同，總體上是一致的(3) Tcp協(xié)議中的“Delay”項，從圖9-2中

7、可以看出使用hub的延遲會明顯低于使用switch的延遲，總體分布呈現(xiàn)波浪狀，在平均值的上下起伏。2. 針對一個服務(wù)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。

8、在小規(guī)模的以太網(wǎng)中，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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(yīng)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(jī)則相對較多。由于集線器工

9、作在物理層，而交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，所以 交換機(jī)的相對開銷比集線器大，同時交換機(jī)要進(jìn)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(jī)數(shù)目有限，不會存在廣播風(fēng)暴的問題，故使用集線器共享網(wǎng)絡(luò)也是可行的。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：在收集到的實驗數(shù)據(jù)中，User Canselled Connections和Retransmission Count是不重要的信息，因為我們在試驗中不太關(guān)心這些信息。但是像TCP.Delay和Object Response Time等是很有價值的信息，比如可以通過比較兩種場景下D

10、elay和Object Response Time信息的差異，可以分析出相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的性能。在試驗中我們之所以會期望有差異或相同的結(jié)果，是因為有差異的數(shù)據(jù)會比較清楚的顯示出不同的設(shè)置條件對實驗產(chǎn)生的影響，而相同的結(jié)果會比較容易證明一些一致性問題，或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(luò)拓?fù)鋱D12 中等規(guī)模共享式以太網(wǎng)拓?fù)鋱D13中等規(guī)模共享式以太網(wǎng)子網(wǎng)拓?fù)鋱D14中等規(guī)模交換式以太網(wǎng)拓?fù)鋱D15 中等規(guī)模交換式以太網(wǎng)子網(wǎng)拓?fù)?.2 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置的過程與實驗內(nèi)容一中相同。1.3 要觀察的實驗數(shù)據(jù)選擇“DES”菜單

11、下的“Choose Individual Statistics”選項進(jìn)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)： 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：圖17-1 TCP.Delay (sec)圖17-2 Client Http.Page Response Time (seconds)（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(yuǎn)遠(yuǎn)長于交換機(jī)，集線器的響應(yīng)時間基本上在10-60s之間，而交換機(jī)只有不到1秒的時間。由于此時是中型網(wǎng)絡(luò)， 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較

12、大主機(jī)較多，使用交換機(jī)獨立網(wǎng)絡(luò)通道可以有效的保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，而使用集線器的 共享式網(wǎng)絡(luò)則會造成網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴嚴(yán)重阻礙網(wǎng)絡(luò)的使用。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，hub的延遲波動比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(jìn)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(dāng)節(jié)點增多時，每個節(jié)點獲得

13、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(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點增多時，容易發(fā)生信息的阻塞和沖突，導(dǎo)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(luò)共享帶寬，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大時，會經(jīng)常產(chǎn)生沖突，當(dāng)產(chǎn)生沖突時，就需要重新進(jìn)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

14、信息，在比較共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的性能時，這是一個很重要的統(tǒng)計信息。根據(jù)圖圖17-1中的信息可以看出，在中等規(guī)模下交換式以太網(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(jī)換做網(wǎng)橋之后，網(wǎng)絡(luò)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。圖18子網(wǎng)switch換bridge4 將最上層網(wǎng)絡(luò)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

15、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(luò)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。圖19 中央hub換bridge5 將最上層的switch換成hub，而所有子網(wǎng)中保留switch，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，中央switch換做hub之后，網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)變化明顯，頁的延遲時間明顯比原來大了許多。圖20中央switch換hub五 結(jié)論通過以上實驗，我們完成了小規(guī)模和中等規(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，得出如下結(jié)論：1. 在小規(guī)模的以太網(wǎng)中可以采用共享式以太網(wǎng)來提高網(wǎng)絡(luò)性能。