高級計算機網絡實驗報告-ns3模擬數據中心(共25頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上Project1-ns3模擬數據中心實驗要求根據上面的數據中心拓撲圖，完成以下要求：1. 根據給定的數據中心的拓撲結構，利用ns3進行仿真2. 模擬兩種通信模式(traffic pattern)o all-to-all：每個服務器都發(fā)送消息給其他服務器消息，由拓撲結構可知，超過50%的消息傳送將跨越兩個簇(cluster)o many-to-one：每個服務器都發(fā)送消息給其中一個服務器3. 測量兩種模式下網絡的仿真可以達到的吞吐量，找出網絡瓶頸，并且說明如何改進注：拓撲中的網絡都是Ethernet網實驗內容數據中心模擬實現及主要代碼解釋a. 設置自定義的attribu

2、te為了做實驗方便，設置如下自定義attribute： pattern:通信模式，all-to-all或many-to-one，默認為1 defaultDst:多對一模式下，接收消息的默認服務器序號，默認為0 verbose:enable或者disable PacketSink和OnOffApplication的日志，默認為false DataRate1:定義數據中心拓撲第一層的數據傳輸速率(Mbps)，默認為1.0 DataRate2:定義數據中心拓撲第二層的數據傳輸速率(Mbps)，默認為1.0 DataRate3:定義數據中心拓撲第三層的數據傳輸速率(Mbps)，默認為1.5實現代碼如下

3、： uint16_t pattern = 1; uint16_t nodesNum = 8; uint16_t defaultDst = 0; float DataRate1 = 1.0; float DataRate2 = 1.0; float DataRate3 = 1.5; uint16_t port = 50000; bool verbose = false; CommandLine cmd; cmd.AddValue(pattern, number of traffic pattern, pattern);/pattern1:all-to-all pattern2:many-to-o

4、ne cmd.AddValue(defaultDst, default destination server node in pattern 2, defaultDst); cmd.AddValue(DataRate1, data rate of csma network at level 1, DataRate1); cmd.AddValue(DataRate2, data rate of csma network at level 2, DataRate2); cmd.AddValue(DataRate3, data rate of csma network at level 3, Dat

5、aRate3); cmd.AddValue (verbose, Tell sink and onoff applications to log if true, verbose); cmd.Parse(argc, argv); LogComponentEnable (DataCenterSimulation, LOG_LEVEL_INFO); if (verbose) LogComponentEnable (PacketSink, LOG_LEVEL_INFO); LogComponentEnable (OnOffApplication, LOG_LEVEL_INFO); b. 創(chuàng)建結點根據實

6、驗要求，總共需要創(chuàng)建15個結點，包括: 8 servers 4 ToR switches 2 Aggregation switches 1 Core switch實現代碼如下： /create nodes NodeContainer n1_8; n1_8.Create(8); NodeContainer t1_4; t1_4.Create(4); NodeContainer a12; a12.Create(2); NodeContainer c1; c1.Create(1);c. 創(chuàng)建CSMA網絡節(jié)點整個數據中心網絡拓撲從下往上可以分為三層，即 第一層：由服務器與ToR組成的ethernet網

7、絡，共有4個，編號為CSMA11,CSMA12,CSMA13,CSMA14 第二層：由ToR與Aggregation組成的ethernet網絡，共有2個，編號為CSMA21,CSMA22 第三層：由Aggregation與Core組成的ethernet網絡，共有1個，編號為CSMA3將創(chuàng)建好的15個網絡結點分配到這7個CSMA網絡中，實現代碼如下： /create csma nodes NodeContainer csmaNodes11 = NodeContainer(n1_8.Get(0),n1_8.Get(1),t1_4.Get(0); NodeContainer csmaNodes12

8、= NodeContainer(n1_8.Get(2),n1_8.Get(3),t1_4.Get(1); NodeContainer csmaNodes13 = NodeContainer(n1_8.Get(4),n1_8.Get(5),t1_4.Get(2); NodeContainer csmaNodes14 = NodeContainer(n1_8.Get(6),n1_8.Get(7),t1_4.Get(3); NodeContainer csmaNodes21 = NodeContainer(t1_4.Get(0),t1_4.Get(1),a12.Get(0); NodeContain

9、er csmaNodes22 = NodeContainer(t1_4.Get(2),t1_4.Get(3),a12.Get(1); NodeContainer csmaNodes3 = NodeContainer(a12.Get(0),a12.Get(1),c1.Get(0);d. 設置CSMA網絡attribute，并將其安裝到相應結點上根據實驗要求中的網絡拓撲，設置相應網絡的屬性 所有直接相連的兩個結點之間的延遲都為500ns 第一層和第二層CSMA網絡的數據傳輸速率都為1.0Mbps，第三層為1.5Mbps然后安裝到相應的網絡結點上，實現代碼如下（DataRate可以通過命令行參數設置

10、，默認值即為原實驗要求）： /create the channels first without any IP addressing information CsmaHelper csma1; sprintf(buf,%1.1fMbps,DataRate1); csma1.SetChannelAttribute (DataRate, StringValue (buf); csma1.SetChannelAttribute (Delay, StringValue (500ns); NetDeviceContainer csmaDevices11 = csma1.Install (csmaNode

11、s11); NetDeviceContainer csmaDevices12 = csma1.Install (csmaNodes12); NetDeviceContainer csmaDevices13 = csma1.Install (csmaNodes13); NetDeviceContainer csmaDevices14 = csma1.Install (csmaNodes14); CsmaHelper csma2; sprintf(buf,%1.1fMbps,DataRate2); csma2.SetChannelAttribute (DataRate, StringValue (

12、buf); csma2.SetChannelAttribute (Delay, StringValue (500ns); NetDeviceContainer csmaDevices21 = csma2.Install (csmaNodes21); NetDeviceContainer csmaDevices22 = csma2.Install (csmaNodes22); CsmaHelper csma3; sprintf(buf,%1.1fMbps,DataRate3); csma3.SetChannelAttribute (DataRate, StringValue (buf); csm

13、a3.SetChannelAttribute (Delay, StringValue (500ns); NetDeviceContainer csmaDevices3 = csma3.Install (csmaNodes3);e. 分配網絡IP根據實驗要求，為每個結點安裝協(xié)議棧，并為7個CSMA網絡分配IP，實現代碼如下 /assign IP address NS_LOG_INFO (Assign IP address.); InternetStackHelper stack; stack.Install (n1_8); stack.Install (t1_4); stack.Install

14、(a12); stack.Install (c1); Ipv4AddressHelper address; address.SetBase (10.0.1.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces11 = address.Assign (csmaDevices11); address.SetBase (10.0.2.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces12 = address.Assign (csmaDevices12); address.SetB

15、ase (10.0.3.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces13 = address.Assign (csmaDevices13); address.SetBase (10.0.4.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces14 = address.Assign (csmaDevices14); address.SetBase (10.1.1.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfac

16、es21 = address.Assign (csmaDevices21); address.SetBase (10.2.1.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces22 = address.Assign (csmaDevices22); address.SetBase (192.168.1.0, 255.255.255.0); Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces3 = address.Assign (csmaDevices3);f. 初始化路由表這里直接調用了ns3自帶的路由實現，

17、實現代碼如下 / Create router nodes, initialize routing database and set up the routing / tables in the nodes. Ipv4GlobalRoutingHelper:PopulateRoutingTables ();g. 創(chuàng)建和分配PacketSink和OnOffClient首先，創(chuàng)建sink和OnOff，實現代碼如下 /Create sinkApp and OnOffClient ApplicationContainer clientAppnodesNum4; ApplicationContainer

18、sinkAppnodesNum;然后，分配sink到所有的server結點上，實現代碼如下(其中nodesNum表示server個數)： for(unsigned int i = 0;i nodesNum; i+) PacketSinkHelper packetSinkHelper (ns3:TcpSocketFactory, getAddress(i,port,csmaInterfaces11,csmaInterfaces12,csmaInterfaces13,csmaInterfaces14); sinkAppi = packetSinkHelper.Install (n1_8.Get (

19、i); sinkAppi.Start(Seconds (1.0); sinkAppi.Stop(Seconds (60.0); 再然后，分配OnOffClient到server結點上，并且根據pattern不同，進行不同的配置 pattern 1：每個服務器都發(fā)送消息給其他服務器消息，即發(fā)送消息給在另一個簇上面的4個服務器（每個服務器上建立4個OnOffClient） pattern 2：每個服務器都發(fā)送消息給同一個服務器，可以默認為n1（每個服務器（n1除外）上建立1個OnOffClient）實現代碼如下 for(int i = 0; i nodesNum; i+) uint16_t dst

20、 = 0; if(pattern=1)/all-to-all pattern for(int j = 0 ;j 4; j+) if(iTCP Stream Graph-Throughput Graph來查看整個過程中該結點上的吞吐量變化情況 使用statistics-Summary來查看當前結點上網絡平均吞吐量，以此估計相應CSMA網絡的吞吐量server n1上的測量結果如下Throughput GraphSummaryToR t1上的測量結果如下Throughput GraphSummaryAggregation a1上的測量結果如下Throughput GraphSummaryb. pa

21、ttern 1 實驗結果分析首先對實驗結果進行簡單匯總網絡結點帶寬(Mbps)網絡平均吞吐量(Mbps)CSMA11server n11.00.255CSMA21ToR t11.00.541CSMA3Aggregation a11.50.993從上面的結果可以看出 第1層CSMA網絡平均吞吐量是0.255Mbps，帶寬利用率為25.5%； 第2層CSMA網絡平均吞吐量是0.541Mbps，帶寬利用率為54.1%； 第3層CSMA網絡平均吞吐量是0.993Mbps，帶寬利用率為66.2%。c. pattern 1 瓶頸及改進 瓶頸根據以上的實驗結果可以看出來，從網絡的平均吞吐量來看：第3層CSM

22、A第2層CSMA第1層CSMA2，從帶寬利用率上看也是這樣，所以作為core switch連接兩個子網絡但帶寬過小的第三層網絡成了整個網絡的瓶頸。 改進可以加大第3層網絡的帶寬，防止數據流量過大出現擁塞的情況發(fā)生。因此最后確定的網絡帶寬如下所示：o CSMA11-14：1.0Mbpso CSMA21-22：1.0Mbpso CSMA3 ：2.0Mbps 改進結果執(zhí)行命令行./waf -run scratch/DC -DataRate1=1.0 -DataRate2=1.0 -DataRate3=2.0，以相同方式測量網絡，得到的結果如下：網絡結點帶寬(Mbps)網絡平均吞吐量(Mbps)CSM

23、A11server n11.00.306CSMA21ToR t11.00.523CSMA3Aggregation a12.00.990從上面的結果可以看出加大第三層網絡的帶寬，確實提高了整個網絡的吞吐量，尤其是對最底層的server結點來說。d. pattern 2 實驗結果執(zhí)行命令./waf -run scratch/DC -pattern=2，實驗運行結果如下所示從上面的結果可以看出，8個OnOffClient都將數據傳輸到n1，產生的pcap文件如下所示為了分析patten 2的網絡吞吐量，根據網絡拓撲的對稱性，選取測量位置 CSMA11：通過server n1(node 0/devic

24、e 0)來估計 CSMA12：通過server n3(node 2/device 0)來估計 CSMA13：通過server n5(node 4/device 0)來估計 CSMA21：通過ToR t1(node 8/device 1)來估計 CSMA22：通過ToR t3(node 10/device 1)來估計 CSMA3：通過Aggregation a1(node 12/device 1)來估計選取的測量標準為吞吐量，具體方法是 使用wireshark分析相應的pcap文件中的tcp包 使用statistics-TCP Stream Graph-Throughput Graph來查看整個

25、過程中該結點上的吞吐量變化情況 使用statistics-Summary來查看當前結點上網絡平均吞吐量，以此估計相應CSMA網絡的吞吐量server n1上的測量結果如下Throughput GraphSummaryserver n3上的測量結果如下Throughput GraphSummaryserver n5上的測量結果如下Throughput GraphSummaryToR t1上的測量結果如下Throughput GraphSummaryToR t3上的測量結果如下Throughput GraphSummaryAggregation a1上的測量結果如下Throughput GraphSummarye. pattern 2 實驗結果分析首先對實驗結果進行簡單匯總網絡結點帶寬(Mbps)網絡平均吞吐量(Mbps)CSMA11server n11.00.974CSMA12server n31.00.181CSMA13server n51.00.115CSMA21ToR t11.00.601CSMA22ToR t31.00.178CSMA3Aggregation a11.50.361從上面的結果可以看出 第1層CSMA11網絡平均吞吐量是0.974Mbps，帶寬利用率為