共用式乙太網路與交換式乙太網路的效能比較（OPNET網路模擬實驗）

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一、實驗目的

比較共用式乙太網路和交換式乙太網路在不同網路規模下的效能。

二、實驗方法

使用opnet來建立和類比網路拓撲，並運行分析其效能。

三、實驗內容

3.1   實驗設定（網路拓撲、參數設定、要觀察的資料等）

步驟1：下載IT Guru，建立一個新的項目,將其命名為hub_switch_project。

步驟2：建立一個情境——hub_scenario。稍後我們將添加另一個情境——switch_scenario到相同的項目。

步驟3：選擇預設模型庫和預設的情境維度。

步驟4：拖拽5個乙太網路工作站和一個伺服器到場地中，並且用一個中心集線器將它們串連起來。拓撲結構如：

步驟5：添加設定檔和應用程式節點。

步驟6：開啟應用程式節點和屬性視窗為應用程式定義的行選擇“Default”。 這讓所有標準應用程式(HTTP、FTP、電子郵件、資料庫等)在我們的網路拓撲中可以使用。

步驟7：我們將建立一個定製的概要檔案--web應用程式使用者概要——我們稱此概要為 “web user”。 在編輯框為概要檔案-屬性視窗。如：

 

去profile configuration – it is highlighted above – and select “edit”. 一個新的迷你視窗開啟了，profile  configuration  table  window – select row #1.如所示：

 

目前設定檔名改名為“Web User”。 改變重複性列下入口為 “unlimited”。應用程式選擇編輯，這時一個新的視窗彈出，這是一個新的應用程式視窗，我們將選擇一個應用程式將相關的Web使用者設定檔。選擇第1行並選擇“web browsing heavy.”如：

 

關閉所有開啟的視窗。在這個階段我們已經建立了一個新的概要檔案稱為“Web User”，這個概要檔案可以應用在我們的拓撲中。

步驟8：應用設定檔“Web User”於所有的工作站。這可以方便地通過按住修飾鍵選擇下面的五個工作站,然後做出適當的選擇，改變任何一個工作站的屬性視窗。必須確保選中“Apply changes to selected objects” 在工作站的屬性視窗。第一次開啟應用樹的時候概要檔案就被應用了。在應用程式中支援概要選擇編輯的行條目。開啟一個新視窗——Supported Profiles window,在第1行選擇Web使用者。

步驟9：伺服器進行配置。選擇edit  attributes,開啟應用程式樹,去應用行支援服務。選擇edit。一個新視窗the Applications Services Table window開啟了。選擇第1行和選擇web browsing heavy。這個階段在這台機器上設定的本質上是一個通用的HTTP伺服器。

 

步驟10：選擇在類比運行期間應該收集的統計資訊。　在功能表列選擇選擇choose individual statistics.” 在結果視窗中選擇樹“node statistics”。

步驟11：運行模擬, 在DES菜單下選擇“Configure/Run DES simulation”。

步驟12：檢查結果，通過DES menu -> results ->view statistics.如：

 

步驟13：現在找到一個有用的對比讓我們在同一個項目下建立另一個情境。這樣方便在新情境中複製整個拓撲中心情境的工作區域和和隨後對副本進行的更改。根據情境菜單並選擇複製情境。名稱是“switch scenario.” 一個新的工作區開啟了一個重複的集線器的情境。選擇一個乙太網路交換器的對象　　視窗(點擊開啟對象面板按鈕如果它不可見),並將其代替集線器。

 

步驟14：在相同的資料下運行，切換情境。通過選擇下拉式清單中的情境的選擇，在相同的統計圖中我們可以進行比較。不同的資料使用不同的顏色。檢查所有的效能資料。

3.2 實驗資料

Node_0:

 

Node_4:

 

對比：

  

3.3 實驗資料分析

通過分析Object Response Time和Page Response Time可以看出兩種裝置均是圍繞著一定的平均值上下波動。但相比switch而言，hub的平均回應時間要少，延遲較低。

3.4 問題討論

1.In which scenario is there greater page loading delay?Explain why.

 答：通過Page Response可以看出，在小型區域網路中使用集線器時Page Response Time會比用交換器時少。  這是由於集線器工作在物理層，而交換器工作在資料連結層，需要進 行交換處理過程，所以工作時間相對較長。  

 2.Are there any worthwhile differences in any of the other statistics that  were  collected? Explain why one would expect differences or identical results. 

答：其他收集到的實驗資料中， User Cancelled Connections是不重要的資訊。但是像Page Response Time則是很有價值的資訊，可以通過兩個情境下的相互對比，分析出各自網 絡的效能。  實驗中產生的差異的資料會比較清楚地顯示出不同前提條件下對實驗產 生的影響，而相同的結果則比較容易證明一些一致性的問題，或者某個條件的變化不會對結果產生影響。

四、實驗內容二

4.1 實驗設定（網路拓撲、參數設定、要觀察的資料等等）

步驟1：建立一個名為medium_hub_switch的新項目。建立一個空的情況稱為“hub_scenario。”

步驟2：選擇一個不同於預設的模型庫，並選擇乙太網路，從下拉式清單中模型庫。一個新的對象的列表　　應該會出現。

步驟3：我們將建立一個子網。

步驟4：雙擊子網表徵圖——這將開啟一個新的網的視窗——子網視窗。

置建立一個新的子網。如：

 

步驟6：單擊OK,它應該自動產生14 個工作站串連在hub上。如：

 

步驟7：建立另一個14工作站與中心hub串連的拓撲子網。

步驟8：將應用程式概要檔案表徵圖添加到工作區，建立一個名為Web User的概要檔案。將這個概要檔案應用到所有的工作站。

  

步驟9：將bridge拖到工作區中，串連兩個hub中央樞紐。如：

 

步驟10：返回上層案頭。

步驟11：複製子網表徵圖並粘貼它，至少三至四個——大約80 - 120工作站。由於版本問題等原因我們這裡只能建立不超過80個結點。

步驟12：工作區中加入一個hub，並通過100 Base T資料線串連到子網的橋上。

 

步驟13：設定伺服器。

 

步驟14：DES菜單中選擇選擇統計和選擇頁面統計時間延遲HTTP用戶端。

 

步驟15：運行情境。

步驟16：審查收集到的統計資料。

步驟17：複製當前的情境到一個新的情境稱為switch_scenario。

步驟18：用一個switch替換每個子網下的bridges。

步驟19：把最上層的hub也替換成switch。

 

步驟20：選擇相同的統計資料。

步驟21：查看結果。

4.2 實驗資料

hub_scenario：

 

switch_scenario：

 

對比：

 

 

 

 

4.3 實驗資料分析

通過分析上面的實驗資料可以得出，在中等規模的乙太網路中，交 換式乙太網路效能比共用式乙太網路要好一些，但由於實驗類比工作主機數目的問題，兩者差別不是很大。

4.4 問題討論

(1) In which scenario is there greater page loading delay? Explain why.

答： 在switch_scenario的情境下頁面載入時間延遲要長一些，因為使用的是switch裝置，因而進行資料轉送時需要對資料包進行封裝處理MAC地址，故增加了相應的開銷。但是實驗由於工作主機數目較少，所以兩者差別不是很大。

(2) Are there any worthwhile differences in any of the other statisticsthat were (optionally) collected? Explain why one would expect differences oridentical results.

答： 沒有，實驗中產生的差異的資料會比較清楚地顯示出不同前提條件下對實驗產生的影響，而相同的結果則比較容易證明一些一致性的問題，或者某個條件的變化不會對結果產生影響。

(3) Re-run the switch_scenario by replacing switches in the subnetswith bridges in all the subnets. What happens to the performance then – to thepage delay statistic?

答： 替換所有子網中的switch後，可以通過資料分析和圖形發現頁面回應時間沒有太大變化。

(4) Re-run the hub_scenario by replacing the central hub in the top-levelnetwork with a bridge. What happens to the performance then – to the page delaystatistic?

答：做出改變之後，可以發現頁面回應時間明顯要比先前小的多。

(5) Re-run the switch_scenario by replacing the top-level switchwith a hub but retaining the switches in all subnets. What happens to theperformance then – to the page delay statistic?

答：做出改變之後，可以發現頁面回應時間明顯要比先前大的多

五、結論

在小規模的乙太網路中，共用式乙太網路綜合效能比交換式乙太網路要好一些。從上面的分析可以得出，交換式乙太網路的傳輸延遲要大一些，這是由於交換式乙太網路中switch會對資料包進行封裝處理，分析和解析資料包裡的MAC地址，並轉寄至目標連接埠，因而這些操作會造出一定的延時。相反hub則不會對資料包進行任何處理而是直接發送，故延時藥要小一些。所以在小規模乙太網路中，共用式乙太網路的綜合效能要比交換式乙太網路好一些。 

然而，共用式乙太網路是基於廣播的方式來發送資料的，因為集線器不能識別幀，故在進行資料轉送時，直接進行資料轉送而不對資料包進行封裝處理，也就是在該網路中所有的主機均可以收到這些資料。所以當網路中的節點增多時，通過廣播方式傳輸資料的共用式乙太網路容易發生資訊的阻塞和衝突，進而導致工作效率的下降。 

綜上所述，雖然在中小型規模的乙太網路中，二者效能相差不大，或者說共用式乙太網路的綜合效能要比交換式乙太網路好一些，但由於網路規模的增大，衝突發生幾率大大增加的情況下，大規模乙太網路中採用交換式乙太網路可以提高網路效能。

共用式乙太網路與交換式乙太網路的效能比較（OPNET網路模擬實驗）