ADSL Analysis

דוד עידו כהן , מדעי המחשבעדי וייס , מדעי המחשב

מנחה: מרק שיפרין , הנדסת חשמל

.ניתוח רשתות תקשורת ע"י מעקב אחר חבילות ברשת בפרויקט זה ננסה למצוא את קצבי השירות של הצמתים

מתוך ידיעת זמני הגעת החבילות לצמתים. נשתמש בסימולאטורNS2 על מנת לדמות טופולוגית

.MATLABתקשורת וננתח את התוצאות בעזרת במהלך הפרויקט נשתמש בNS2 , Python , Tcl .MATLABו

:התיאוריה שעליה נתבסס מוצגת במאמרActive Probing using Packet QuartetsAttila Pasztor , Darryl Veitch

בהינתן רשת כזו, המאמר מציג שיטה למציאת קצבי השירות של התורים מתוך ידיעת זמני ההגעה של

החבילות בלבד. כלומר הפרמטרים של הרשת )קצבי שירות, אורך התורים, והשהיית הקווים( אינם ידועים

ומתוך זמני המעבר של החבילות מצומת המקור לשאר הצמתים נדע לחלץ את קצבי השירות ביתר

בצמתים.

source

router1 router2 router3 router4

destination

בין שני צמתים מורכב מהגורמים iזמן מעבר של חבילה הבאים:

זמן השירות מוגדר באופן הבא:

:

i

i

i

i i i

w waiting timeinqueue

x servicetime

D propogationdelay

d onehop delay

therefore d w x D

h

i

ii h

service rateof hop h

p sizeof packet i

px

אם נניח שהחבילות לא ממתינות בתור )התורים ריקים( נקבל שזמן המעבר בקשת תלוי רק בגודל החבילה

כלומר:

קשתות )תורים ריקים( יהיה אם כן:Hזמן מעבר ב

הוא קבוע המייצג את השהיית כל הקווים.Cכאשר

10i i i i h

w d p p D

,1

1H

i H i i hh

d p p C

אם נשחרר את ההנחה על התורים הריקים, נשים לב שזמן ההמתנה בתור אינו תלוי בגודל החבילה אלא רק במספר

החבילות הנמצאות בתור ברגע הגעת החבילה. לפי המאמר מספר החבילות בתורים מתפלג נורמאלית ולכן

גם זמן ההמתנה בתור מתפלג נורמאלית ולכן זמן ההמתנה בתור לא תלוי בגודל החבילה וניתן למצוא את

קצבי השירות בקירוב גם אם התורים אינם ריקים.

שלב א' – מציאת קצבי שירות של צמתים כאשרהתורים ריקים.

שלב ב' – מציאת קצבי שירות של צמתים כאשרהתורים אינם ריקים.

למידת החלקים הרלוונטיים שלNS2, Tcl ,Phyton .MATLABו מימוש טופולוגיה המכילה קצבי שירות באופן כזה

שחבילות תמיד יגיעו לתורים ריקים. כתיבתPython script המחלץ את הזמנים שלוקח

לחבילה להגיע ממקור אל יעד..ניתוח התוצאות

:הטופולגיה הנבחנת

200חבילה בגודלB 0.010006 ב 2 לצומת 1 הגיעה מצומת sec

1 2 1 21 2

1 2 1 21 2

1_

1200 0.010006

time packet size D

time D

1000חבילה בגודלB 0.010033 ב 2 לצומת 1 הגיעה מצומת sec

1 2 1 21 2

1 2 1 21 2

21 2

21 2

1 21 2

1_

11000 0.010033

11. 0.010033 1000

12. 0.010006 200

11 2 0.000027 800 30

sec

time packet size D

time D

D

D

MB

כאשר ידוע לנו קצב השירות של הצומת הראשון נוכללמצוא את קצב השירות של הצומת השני בדרך הבאה:

3 לצומת 1 הגיעה מצומת 200Bחבילה בגודל . sec 0.020012ב

1 3 1 2 2 31 2 2 3

1 3 32 3

1 1_

1 1200 0.020012

30

time packet size D D

time DM

1000חבילה בגודלB 3 לצומת 1 הגיעה מצומת . sec 0.020058ב

באופן דומה ניתן להגיע לקצבי השירות של יתרהצמתים

1 3 1 2 2 31 2 2 3

1 3 32 3

32 3

32 3

2 32 3

1 1_

1 11000 0.020058

30

1 11. 0.020058 1000

30

1 12. 0.020012 200

30

1 11 2 0.000046 800 40

30

time packet size D D

time DM

DM

DM

MB

M

sec

חילוץ זמני ההגעה של החבילות נעשה ע"י ניתוח קובץ חילצנו Python scriptהפלט של הסימולאטור. בעזרת

מידע נחוץ כגון: זמן יציאה מהמקור וזמן הגעת החבילה אל היעד.

.כתיבת המשוואות, וחילוץ קצבי השירות כפי שתואר

בשלב זה אין אנו מניחים שהתורים ריקים. נרצהלהראות שזמני ההגעה של חבילות מתפלגים

נורמאלית בשל זמני המתנה בתורים המתפלגים נורמאלית גם כן.

.תורים מלאים יושגו ע"י קצבי שירות פוחתים :הטופולוגיה הנבחנת

משפט "הגבול המרכזי": "סכום אינסופי של משתנים אקראיים בלתי תלויים מתפלג

נורמאלית"..נקרב תנאים אלו ע"י צמתי מקור רבים נחשב את גודל התור ע"פ הנוסחה הבאה: גודל התור

הקודם פחות מספר החבילות שיצאו מהתור באינטרוול הזמן הקצר הזה ועוד כל החבילות שהגיעו

מן המקורות באינטרוול הזמן הזה. כיוון שזהו הגורם האקראי היחיד הקיים בחישוב זמן

מעבר של חבילה, אזי גם כל זמן המעבר של חבילה בין שני צמתים מתפלג נורמאלית.

כדי לבדוק שהמשפט אכן מתקיים תחת ההגבלותשלנו, נציג את התפלגות גודל התור:

מכיוון שזמן המעבר תלוי בגורמים קבועים למעט זמןההמתנה בתור, גם הוא יתפלג נורמאלית. התפלגות

זמן המעבר:

חישוב קצבי השירות

כדי לשפר את התוצאות היה עלינו לגרום לזמני המתנה בתור ממוצעים זהים ככל שנוכל, כדי שגורם ההמתנה בתור יתבטל כאשר נחסיר את המשוואות.

כדי לעשות זאת נקטנו במספר שיטות:.הגדלת משך הסימולציה.יצירת זרימות חדשות.יצירת אי סדר ברשת.מיצוע של מספר סימולציות הגדרת פרוטוקול חדש ברשתUDP.

הדיוק המרבי בחיזוי קצבי השירות ברשת, הושג כאשרהתורים היו ריקים או שגודלם היה קבוע.

הפרשים קטנים בזמני ההמתנה בתור גורמים לטעויותגדולות בחיזוי קצבי השירות.

הדיוק במציאת קצבי השירות הולך ופוחת מצומתלצומת שכן הטעויות במדידה, נגררות ומשפיעות על

התוצאות הבאות. ניתן להשתמש בממצאים כדי ליצור אלגוריתמי ניתוב

טובים יותר.

החלפת הפרוטוקול

EXPברשת. .UDPמעל

מיצוע של מספר סימולציות תוך

כדי בחירה אקראית של

פרמטרי הרשת בכל הפעלה.

51 מקורות, 17זרימות. יצירת אי

סדר ע"י ערכי השהייה שונים.

FTP מעל TCP.

51 מקורות, 17 FTPזרימות.

.TCPמעל

שלב ב' של הפרויקט. טופולוגיה

ראשונית. ארבע מקורות ויעד אחד. זרימה

מעל FTPאחת. TCP.

שלב א' של הפרויקט, ללא

אקראיות ומקור FTPאחד בלבד.

.TCPמעל

תאור המקרה הנבחן

ריקיםמלאיםמלאיםמלאיםמלאיםמלאיםתורים ריקים/

מלאים

קבוע)ריק(קבועמשתנהמשתנהמשתנהקבועגודל תור קבוע/

משתנה

652 Mb/sec652 Mb/sec652 Mb/sec652 Mb/sec652 Mb/sec30 MB/secתוצאה רצויה

662 Mb/sec848 Mb/sec2235 Mb/sec53 Mb/sec667 Mb/sec30 MB/secתוצאה בפועל

אחוז סטייה92%2.3%0%גבוה2%30%