Дипломная работа

Скачать 263.57 Kb.

Название	Дипломная работа
страница	5/5
Дата публикации	17.04.2015
Размер	263.57 Kb.
Тип	Диплом

100-bal.ru > Информатика > Диплом

1 2 3 4 5

15.Эксперименты

В рамках экспериментов между двумя целевыми узлами (отправителем и получателем данных) хотелось получить избыточную в смысле количества маршрутов обмена данными сеть передачи данных с перегруженным основным маршрутом и возможностью передачи по сети IP-пакетов с опцией маршрутизации от источника.

15.1.Первый и второй эксперименты

В экспериментах участвовали четыре одинаковых компьютера. В каждом из них работали два сетевых интерфейса: Ethernet и WiFi сетевые карты. Из компьютеров была построена сеть в форме четырёхугольника, в котором связи на противоположных ребрах организованы посредством кабельных Ethernet соединений и WiFi соединений точка-точка.

Рисунок Схема построения сети для первого и второго экспериментов
Принимающим и передающим данные узлами были выбраны компьютеры, имеющие прямое WiFi соединение, остальные два компьютера были маршрутизирующими узлами сети и образовывали альтернативный прямому соединению канал передачи данных от отправителя к получателю.

Контроль прохождения обработки передаваемых пакетов на компьютерах производился с помощью анализатора трафика Wireshark.

15.1.1.Первый эксперимент

В первом эксперименте все компьютеры работали под управлением операционной системы Windows 7 Enterprise SP1 32-bit v6.1 Build 7601. На маршрутизирующих компьютерах была запущена служба “маршрутизации и удалённого доступа”, в реестре были отредактированы ключи:

маршрутизация поступающих пакетов HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/services/Tcpip/Parameters/IPEnableRouter = 1
обработка маршрутизации от источника в IP-пакетах HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/services/Tcpip/Parameters/DisableIPSourceRouting = 0

После перезагрузки с такими настройками операционная система начинала корректно обрабатывать опции маршрутизации от источника, но при отправке неправильно подсчитывать контрольную сумму IP-заголовка, что приводило к отказу в обработке пакета следующим компьютером.

Было замечено, что контрольные суммы последовательно обрабатываемых пакетов хоть и различаются, но, как правило, отличаются от правильных своих значений на число, равное -4. При достижении IP-пакетом промежуточного узла назначения происходит увеличение указателя следующего адреса в маршруте от источника на 4, что наводит на мысль о том, что разработчики могли забыть учесть это изменение при пересчёте контрольной суммы пакета. Вторым объяснением данной ошибки может быть некорректная делегация подсчёта контрольной суммы IP-заголовка операционной системой сетевой карте.

Вторая попытка данного эксперимента была проведена с заменой маршрутизирующего компьютера на другой компьютер под управлением операционной системы Windows 7 Professional SP1 32-bit v6.1 Build 7600 с другими сетевыми картами. Ошибка повторилась.

Результатом данного эксперимента стало сообщение компании Microsoft о данной проблеме, подробно изложенное на форуме⁴ техподдержки разработчиков Windows 7.

15.1.2.Второй эксперимент

Во втором эксперименте все компьютеры работали по той же схеме под управлением операционной системы Ubuntu 12.10 quantal Linux 3.5.0-17-generic. Настройка маршрутизирующих компьютеров была выполнена в конфигурационном файле /etc/sysctl.conf, были выставлены опции:

маршрутизации поступающих пакетов

net.ipv4.ip_forward = 1

обработки маршрутизации от источника в IP-пакетах

net.ipv4.conf.all.accept_source_route = 1

net.ipv4.conf.eth0.accept_source_route = 1

net.ipv4.conf.default.accept_source_route = 1

С такими настройками операционная система начинала обрабатывать пакеты с маршрутизацией от источника, но делала это некорректно.

При достижении пакетом промежуточного адреса назначения операционная система лишь записывала IP-адрес своего выходного интерфейса на место следующего адреса в маршруте от источника и пересылала пакет дальше. При этом замена адреса назначения на следующий адрес из маршрута и смещение указателя промежуточного узла назначения, требуемые по описанию протокола IP, не производились. Это приводило к тому, что следующий компьютер отказывал в обработке данному пакету и выписывал в системный лог сообщения об отсутствии адреса назначения в маршруте от источника: “ip_forward(): Argh! Destination lost!”.

Вторая попытка данного эксперимента была проведена с установленной на всех компьютерах операционной системой Ububtu 11.10 oneiric Linux 3.0.0-12-generic и привела к повторению описанной ошибки.

По тексту сообщения в системном логе был найден модуль⁵, обрабатывающий опции маршрутизации от источника протокола IP, и написано письмо на рассылку разработчиков ядра Linux⁶ с сообщением о несоответствующей описанию протокола IP работе сетевого стека.

15.2.Третий эксперимент

Рисунок Схема построения сети для третьего эксперимента
Для третьего эксперимента были построены две локальные сети, имеющие продублированную связь через два осуществляющих маршрутизацию компьютера (A и B). В одну локальную сеть был подключен отправитель данных, во вторую – получатель. Схема соединения сетевого оборудования приведена на рисунке 2.

Оба маршрутизирующих компьютера имели по две PCI Gigabit Ethernet сетевые карты TP-LINK TG-3269, соединённые с разными локальными сетями, и работали под управлением операционной системы Windows XP Professional SP3 32bit 5.1.2600 в режиме маршрутизации поступающих пакетов. Для этого на них пришлось сделать такие же настройки, что и на маршрутизирующих компьютерах с операционной системой Windows 7 в первом эксперименте.

У отправителя и получателя данных были установлены 100 Fast Ethernet сетевые карты Realtek RTL8102E и Atheros AR8132. Компьютер A был настроен как шлюз по умолчанию у отправителя и получателя.

Эксперимент состоял в передаче одного гигабайта данных по протоколу TCP от отправителя к получателю. Передача выполнялась тремя разными способами:

Стандартный: данные отправлялись без использования опций маршрутизации от источника и передавались через компьютер A.
Альтернативный: данные отправлялись с использованием опций маршрутизации от источника и передавались через компьютер B.
Смешанный: данные отправлялись с использованием опций маршрутизации от источника и передавались одновременно через компьютеры A и B.

Передача с настройками каждого типа выполнялась десять раз. Полученные средние скорости передачи данных приведены в таблице 1.

Способ передачи	Среднее время передачи	Средняя скорость передачи
стандартный	169 ± 4 секунды	6 ± 0.2 МБ/сек
альтернативный	172 ± 4 секунды	5,9 ± 0.2 МБ/сек
смешанный	120 ± 7 секунд	8,5 ± 0.5 МБ/сек

Таблица 1: Средние скорости передачи данных различными способами

Скорость работы Fast Ethernet интерфейсов отправителя и получателя физически имеет ограничение сверху в 100 Мбит/сек. Был проведён тест передачи данных от отправителя к получателю по прямому соединению кабелем. Средняя скорость передачи данных составила 11,3 МБайт/сек, что означает, что максимальное значение пропускной способности сетевых карт отправителя и получателя в ходе эксперимента не было достигнуто. А значит, “узким” местом в сети передачи данных являлись маршрутизирующие компьютеры. С другой стороны, было замечено, что во время передачи данных ни один из компьютеров, участвовавших в передаче, не загружал свои процессоры больше чем на 80%. Такое поведение может быть обусловлено медленной работой драйверов сетевых карт.

Из небольшого различия в пропускной способности стандартного и альтернативного способа передачи данных, можно сделать вывод, что программная обработка сетевого трафика центральным процессором не сильно замедляется обработкой опций маршрутизации от источника. Так как аппаратная обработка сетевого трафика выполняется в разы быстрее программной, а опции маршрутизации от источника из-за сложности своего формата требуют именно процессорной обработки, то скорее всего характер их влияния на пропускную способность канала при аппаратной маршрутизации изменится не в лучшую сторону.

Скорость передачи данных смешанным способом в 1.4 раза больше скорости стандартного способа. Такой сравнительно небольшой прирост пропускной способности соединения связан со слишком медленной работой модуля, конфигурирующего соединения, и говорит о том, что в этом месте разработанную программу требуется усовершенствовать.

16.Заключение

16.1.Результаты

В ходе дипломной работы:

разработан алгоритм определения связности узлов IP-сети в заданном направлении;
экспериментально определены основные параметры работы алгоритма определения связности узлов IP-сети в заданном направлении;
разработан алгоритм поиска и выбора альтернативных маршрутов передачи данных в IP-сети в заданном направлении;
программная реализация разработанных алгоритмов встроена в библиотеку ASIO;
экспериментально с использованием программной реализации получен прирост пропускной способности соединения в 1.4 раза.

16.2.Развитие работы

Важной частью разработанной программы станет модуль определения состояния используемых маршрутов, их загруженности и работоспособности. Для обработки получаемых от него данных необходимо будет разработать алгоритм динамического определения и настройки пропорций распределения передаваемых данных по каналам.

Также важной частью разработанной программы станет модуль автоматического сбора статистики работы программы. Он позволит программе самой подстраивать заложенные в неё параметры и своевременно реагировать на изменения характеристик сети.

Необходимо будет провести комплексное тестирование разработанной программы в реальных сетях с использованием аппаратных маршрутизаторов и передачей больших объёмов данных для определения её слабых мест и дальнейшей оптимизации.

Конечной целью данной работы станет её внедрение в библиотеку Boost ASIO, используемую для копирования данных между кластерами компании Яндекс.

Список литературы

RFC 791 Internet Protocol / Information Sciences Institute

// URL: http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc791.txt

RFC 2460 Internet Protocol, Version 6 / S.Deering, Cisco, R. Hinden, Nokia

// URL http://tools.ietf.org/html/rfc2460

RFC 1930 Guidelines for creation, selection, and registration of an Autonomous System / J. Hawkinson, BBN Planet, T. Bates, MCI

// http://tools.ietf.org/html/rfc1930

Loose Source Routing as a Mechanism fro Traffic Policies / Katerina Argyraki, David R. Cheriton

// URL: http://www.cs.umd.edu/class/spring2007/cmsc711/papers/lsrr-fdna04-paper.pdf

Internet Control Message Protocol / John Postel

// URL: http://tools.ietf.org/html/rfc792

The Art of Port Scanning / Gordon Lyon

// URL: http://nmap.org/nmap_doc.html

RFC 793 Transmission Control Protocol / Information Sciences Institute

// URL http://tools.ietf.org/html/rfc793

RFC 768 User Datagram Protocol / John Postel, Information Sciences Institute

// URL: tools.ietf.org/html/rfc768

Приложение 1: Пример графа IP-сети, построенного модулем определения топологии сети разработанной программы

1 http://loose-source-bypass.googlecode.com/svn/trunk/

2 http://thyme.apnic.net/current/

3 http://dev.maxmind.com/geoip/legacy/geolite

4 http://social.technet.microsoft.com/Forums/en-US/w7itpronetworking/thread/7f90da44-b8bf-4f18-8014-68204539f051

5 модуль можно увидеть по адресу http://lxr.free-electrons.com/source/net/ipv4/ip_options.c?v=3.5#L550

6 linux-kernel@vger.kernel.org