Tīklu veiktspējas novērtēšana

 

Priecīgs notikums Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) Elektronikas un Telekomunikāciju fakultātes Transporta elektronikas un telemātikas katedrai bija pagājušā gada nogalē. 22. decembrī tika atklāta Tīklu veiktspējas novērtēšanas laboratorija. Auditorijas renovācija un aparatūras iegāde tika veikta par ESF projekta Studiju programmas transporta datorvadības, informācijas un elektroniskās sistēmas materiāli tehniskās un metodiskās bāzes izveidošana, kā arī par katedras līdzekļiem.

 

Laboratorijā uzstādītais aprīkojums un datorprogrammas nodrošina iespēju veikt tīklu ātrdarbības un datplūsmas (traffic) izpēti, kas nepieciešama gan lietišķiem, gan fundamentāliem zinātniskiem pētījumiem. Tīklu veiktspējas novērtēšanas laboratorija ir iecerēta kā stabils pamats zinātnisko darbu izstrādei. Tā galvenokārt paredzēta katedras doktorantu pētījumiem, bet tur būs iespēja izstrādāt arī laboratorijas darbus maģistra un bakalaura studijās.

Datu pārraides tīklu veiktspējas pētīšanas un novērtēšanas laboratorijas vajadzībām tika iegādāts firmas Candela Technologies (www.candelatech.com) ražotais tīkla emulators LANforge ICE, turpmāk tekstā emulators, un tīkla datplūsmas ģenerators LANforge Fire, turpmāk tekstā ģenerators (1. att.).

 

Emulators ir specializētas aparatūras un programmatūras komplekss, kas ļauj imitēt (emulēt) dažāda tipa un rakstura teritoriālajos tīklos (WAN) izmantotus datu pārraides kanālus ar nepieciešamiem parametriem, t. i., aizturi, aiztures novirzi, pakešu zudumiem, secības izmaiņām, dublēšanu, kā arī caurlaides spējas (ātruma) ierobežošanu.

Emulators nodrošina iespēju emulēt DS1, DS3, DSL, OC-3, OC-12, GigE, satelītu kanālus un citus tīklus ar ierobežotu ātrumu. Ar to var mainīt pārraides procesa raksturojumus: kanāla ātruma un aiztures lielumus, aiztures novirzi, pakešu zudumu varbūtību, pārraides secību u. tml. Izmantojot iebūvētu protokolu analizatoru, var veikt pakešu pārķeršanu un dekodēšanu. Eksperimentu laikā ir pieejama vispusīga un detalizēta vadības informācija, kas aptver visus emulatora darbības aspektus (piemēram, procesora plātes noslodze, Ethernet interfeisu statistika u. tml.).

 

Emulatora tipveida slēguma shēma, kas arī realizēta datu pārraides tīklu veiktspējas pētīšanas un novērtēšanas laboratorijā, parādīta 2. attēlā. Emulatora programmatūra ir instalēta uz servera ar diviem Ethernet portiem, kurus izmanto datu pārraides kanālu imitācijai.

Gadījumā, ja ir nepieciešams veikt vairāku datu pārraides kanālu imitāciju, jāizmanto papildu Ethernet komutators ar pareizi konfigurētiem virtuāliem tīkliem (VLAN). Emulators uztur IEEE 802.1q standartu un līdz ar to ir spējīgs imitēt līdz 48 unikāliem kanāliem. Jāatzīmē, ka šajā gadījumā klienta darbstacijās vai serverī nav nepieciešams konfigurēt VLAN atbalstu.

Lai izvairītos no emulatora aparatūras IP protokolu steka izmantošanas, visa IP konfigurācija tiek noņemta no interfeisiem, kas ir iesaistīti sakaru kanālu imitācijā. Emulatora vadības funkciju nodrošināšanai jāizmanto trešais interfeiss.

Kā jau minēts iepriekš, izmantojot emulatoru, ir iespējams imitēt pārraides sistēmas un veikt tīkla darbības pārbaudes. Eksperimentu scenāriji var būt dažādi, piemēram:

• imitēt simetrisku datu pārraides kanālu ar ātrumu 2048 kbit/s, aizturi 35 ms, aiztures novirzi 10 ms un pakešu zudumiem 15 paketes uz 1 miljonu (E1 līnijas ekvivalents);
• imitēt asimetrisku datu pārraides kanālu ar lejupielādes ātrumu 768 kbit/s, augšupielādes ātrumu 256 kbit/s, aizturi 15 ms, aiztures novirzi 10 ms un pakešu zudumiem 150 paketes uz 1 miljonu (ADSL līnijas ekvivalents);
• dublicēt paketes un mainīt to pārraides secību, lai pārbaudītu kāda lietojuma noturību pret šāda tipa kļūmēm un/vai TCP realizācijas spēju pareizi apstrādāt šādas situācijas tīklā.

Ģenerators var ģenerēt HTTP, TCP/IP, Ethernet un citas datplūsmas. Var veidot dažādu IP datplūsmu vienā pieslēguma vietā, simulējot līdz 100 IP sūtītāju darbību.

Ģenerators spēj simulēt šādas datplūsmas:

- 2. slānis: Ethernet, 802.1Q VLANs, MAC-VLANs;

- 3.slānis: paātrināts UDP/IP (999 Mbit/s on Gigabit, 97 Mbit/s on 100 bit);

- 3. slānis: TCP/IP, UDP/IP, UDP iekļaujot TOS/QoS;

- 4. slānis: FTP, HTTP, TELNET, PING, DNS, SMTP.

Veidojot testēšanas scenārijus (simulē datplūsmas Ethernet, TCP/IP, VoIP un HTTP), var iedalīt dažāda veida, dubultās un bojātās paketes; izveidot atšķirīgus paketes izmērus; klientu paketes, to skaitā arī maģistrālās, kuras nosaka patērētājs/lietotājs; pievienot testējamajam tīklam 64 baitu paketes, kurām ir sajauktas MAC un TCP adreses; tad pārbaudīt, vai tīkls darbojas; mainīt IP un MAC adreses, simulējot klientus; ģenerēt sistēmas datplūsmu, lai pārbaudītu tīkla veiktspēju (3. att.).

Abu iekārtu programmatūra tiek darbināta ar Linux (Fedora Core), lai gan ir modifikācijas, kas strādā ar Windows operētājsistēmu. Piemēram, ja mēģina iegūt priekšstatu, cik labi darbojas tikko uzstādīta divkārša CPU sistēma ar 2 G/bit NIC, tad vajag ielādēt LANforge sistēmu, pieslēgt Ethernet tīklu, TCP vai citu datplūsmu un pārbaudīt, kā tas darbojas. Sistēma sastāv no servera (ar Linux) un aģentiem (uzstāda testējamās iekārtās).

LANforge sistēma sastāv no vienotas vadītāju plūsmas un vienas vai vairākām datplūsmas ģeneratora ierīcēm (klientiem/kartēm). Kartes savieno ar sistēmas saskarni (sk. 4. att.) un garantē precīzus ziņojumus, nedomājot par testējamo tīklu. Vispārējie datplūsmas ziņojumi iekļauj: paketes Tx/Rx kvalitāti; paketes sadalīšanu, Tx/Rx baitus; kavējumus; traucējumus un Ethernet tīkla vadītos mērījumus.

LANforge sistēmu pārvaldība notiek caur pārvaldes serveri, LANforge GUI (graphical user interface). Tā kā LANforge GUI savienojas ar serveri caur TCP/IP, tas var strādāt neatkarīgi, un tā kā tas balstās uz Java tehnoloģijām, tas strādā ar daudzām datoru sistēmām, to skaitā ar Windows un Linux. LANforge sistēma nodrošina iespēju mainīt darbojošās testa vides parametrus, neapstādinot sistēmu. Iespējams arī veidot atskaites par tīkla servisa veiktspēju.

 

Lai ilustrētu, kā datplūsmas ģenerators tiek lietots tieši bezvadu tīkla veiktspējas mērīšanai, piedāvājam kāda jaunajā laboratorijā veiktā eksperimenta aprakstu.

Vispirms tiek izveidota 5. attēlā redzama slēguma shēma.

Datplūsmas ģeneratoram nav bezvadu tīkla interfeisu, līdz ar to eksperimentā izmantojam parastās (vadu) tīklu kartes un savienojam ģeneratoru ar piekļuves punktiem ar vadiem. Rezultātā datplūsma, kuru ģenerē Candela CT502 iet caur piekļuves punktu ap1 uz piekļuves punktu ap2, un trafiks izplatās caur bezvadu tīklu. Mainot tīklam pieslēgto datoru skaitu, var noteikt konkrētā bezvadu tīkla veiktspēju. Mērījumu rezultāti tika apkopoti un  ir pieejami tabulā.

 

 

Tabula. Veiktspējas atkarība no darbstaciju skaita tīklā

Darbstaciju skaits	Veiktspēja (Mbps)
1	17,7
2	7,5
3	5,3
4	4,1
5	3,6
6	2,8
7	2,6
8	2,3

 

Šī tabula ilustrē reālā tīkla veiktspēju, un tā ir atkarīga ne tikai no konfigurācijas, bet arī no katra tīkla sastāvdaļas reālajiem parametriem, piemēram, mainot bezvadu piekļuves punktus.

Šāds eksperiments ilustrē studentiem reāla tīkla darbību un ļauj uzskatāmi parādīt, kā teorija savienojas ar praksi. 

 

Ernests PĒTERSONS, Dr.comp.sc.

Andrejs GOBZEMIS, Dr.comp.sc.

Vita NARNICKA, doktorante