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1、1共享式以太网与交换式以太网的性能比较作者： 学号： 一 实验目的比较共享式以太网和交换式以太网在不同网络规模下的性能。 二 实验方法按照“OPNET 实验指导”中的 Lab1 和 Lab2 的要求，完成小规模及中等规模两种场景下共享式以太网与交换式以太网的性能比较实验，使用网络模拟软件 OPNET 得到相应的模拟数据。并通过分析实验数据，对两种场景下的以太网性能进行比较。三 实验内容一:小规模场景下共享式以太网与交换式以太网的性能比较（一） 实验设置以一个小型以太网为模型，该模型采用星形拓扑结构，该网络中有 5 台工作主机，一台服务器，主机通过集线器与服务器相连，采用 100BaseT 连接
2、。要观察的数据有对于 HTTP 协议的：客户端的发送，接受，响应时间，用户取消连接的状态。服务器的发送时间，接受请求的次数。对于传输层的 TCP 协议有：连接终止，延时和重传的次数。具体实验步骤为： 1. 启动 OPNET 建立新的工程和场景 :在场景中设置 5 个工作主机和一个服务器，使用集线器或交换机将他们连接起来，分别实现两个网络拓扑见图 1，2：图 1 共享式小规模以太网2图 2 交换式小规模以太网2. 参数设置如下图所示：Application Config 的参数配置如图 3 所示：图 3 Application Config 的参数配置Profile Config 的参数配置如图
3、 4 所示：3图 4 Profile Config 的参数配置Workstation 节点的参数配置如图 5 所示：图 5 Workstation 节点的参数配置Server 节点的参数配置如图 6 所示：4图 6 Server 节点的参数配置3. 要观察的数据进行性能分析，需要在模拟器运行时记录统计数据。可以选择“DES”菜单下的“Choose Individual Statistics”选项进行设置，如图 7 所示：图 7 要观察的数据5（二）实验数据1. Client Http 的统计数据如图 8 所示图 8-1 Client Http.Object Response Time(seco
4、nds)图 8-2 Client Http.Page Response Time(seconds)6图 8-3 Client Http.Traffic Received (packets/sec)图 8-4 Client Http.Traffic Sent (packets/sec)7图 8-5 Client Http.User Canselled Connections图 8 Client Http 的统计数据2. ClientTCP 的统计数据如图 9 所示：图 9-1 TCP.Connection Aborts8图 9-2 TCP.Delay (sec)图 9 TCP 的统计数据3 .S
5、erver Http 的统计数据如图 10 所示图 10-1 Server Http .Load（request/sec）9图 10-2Server Http.Traffic Receive（packet/sec）图 10-3 Server Http.Traffic Sent（packet/sec）4 .Server TCP 的统计数据如图 11 所示10图 11-1 Server TCP.Connection Aborts图 11-2 Server TCP Delay （三）实验数据分析1. 针对一个主机节点（node0）的数据分析：(1) http 协议中“PageResponseTime
6、”的数据，从图 8.2 中可以看出二种设备的响应时间都是围绕着一定的平均值上下波动。但使用 hub 和 switch 相比而言，hub 的响应平均响应时间要少，延迟要低，switch 则平均响应时间相对较高。11(2) http 协议中“.Traffic Sent”数据，从图 8.4 中可以看出曲线呈现锯齿状，总体趋势明显一致:由少到多再到少的过程，达到峰值后下降。Hub 与 switch 相比仅在少数 地方不同，总体上是一致的(3) Tcp 协议中的“Delay”项，从图 9-2 中可以看出使用 hub 的延迟会明显低于使用switch 的延迟，总体分布呈现波浪状，在平均值的上下起伏。2.
7、针对一个服务器节点（node5）的数据分析：（1）http 协议的“trafficreceive”和“trafficsent ”的数据。从图 10-2 和 10-3 可以看出接受和发送的数据连成一条连续的曲线，总体呈现锯齿状，随着时间推移变化不大。平均每秒钟接受的数据包少于 1 个。（2）Server 的 TCP 协议的“ Delay”的数据。从图 11-2 可以看出 hub 的延迟波动比switch 的要大，平均的时延要小。3. 小结：通过上面的分析可以得出，在小规模的以太网中，共享式以太网综合性能比交换式以太网要好一些。在小规模的以太网中，由于节点的数目较少，所以共享式以太网和交换式以太网
8、都可以较为顺利的进行数据的传输。但是从上面的图中可以看出，交换式以太网的传输延迟要多一些，这是由于交换式以太网中 switch会对数据包进行封装处理，把数据包里的 MAC 地址分析出来，发向目标端口，这些操作都会造成一定的延时。而 hub 不对数据包进行任何处理而直接发送，故时延要少一些。所以在小规模的以太网中，共享式以太网的综合性能比交换式以太网要好一些。（四）问题讨论1. 问题：在哪个场景中页面载入的延时更长，请解释？ 答：从页面响应时间可以看出，在小型局域网中使用集线器时页面载入的时间会更少，而使用交换机则相对较多。由于集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层，所以 交换机的相对开销
9、比集线器大，同时交换机要进行交换处理过程，故其工作时间也较长。在一个小型的局域网由于主机数目有限，不会存在广播风暴的问题，故使用集线器共享网络也是可行的。2.在其他的收集到的实验数据中是否还有一些有价值的差异信息？解释为什么我们总是期望有差异或相同的结果。答：在收集到的实验数据中，User Canselled Connections 和 Retransmission Count 是不重要的信息，因为我们在试验中不太关心这些信息。但是像 TCP.Delay 和 Object Response Time 等是很有价值的信息，比如可以通过比较两种场景下 Delay 和 Object Response
10、 Time信息的差异，可以分析出相关网络的性能。在试验中我们之所以会期望有差异或相同的结果，是因为有差异的数据会比较清楚的显示出不同的设置条件对实验产生的影响，而相同的结果会比较容易证明一些一致性问题，或证明出某个条件的变化不会对结果产生影响。12四 实验内容二：中等规模场景下共享式以太网与交换式以太网的性能比较（一）实验设置1.网络拓扑图 12 中等规模共享式以太网拓扑图 13 中等规模共享式以太网子网拓扑13图 14 中等规模交换式以太网拓扑图 15 中等规模交换式以太网子网拓扑1.2 参数设置参数设置的过程与实验内容一中相同。1.3 要观察的实验数据选择“DES”菜单下的“Choose
11、Individual Statistics”选项进行设置，如图 16 所示，其中 TCP.Delay(sec)是增加的感兴趣的数据：14图 16 需要统计的实验数据（二）实验数据实验得到的统计信息如图 17 所示：图 17-1 TCP.Delay (sec)15图 17-2 Client Http.Page Response Time (seconds)（三）实验数据分析： 1. 客户端 http 协议的“PageResponseTime”：从图 17-2 可以看出，此时使用集线器的时间远远长于交换机，集线器的响应时间基本上在 10-60s 之间，而交换机只有不到 1 秒的时间。由于此时是中型
12、网络， 网络结构较大主机较多，使用交换机独立网络通道可以有效的保证网络质量，而使用集线器的 共享式网络则会造成网络广播风暴严重阻碍网络的使用。2. TCP 协议的“Delay”的数据。从图 17-1 可以看出 swith 基本没有时延，hub 的延迟波动比 switch 的要大，平均的时延也要大。3. 小结：通过分析上面的实验数据可以得出，在中等规模的以太网中，交换式以太网综合性能比共享式以太网要好一些。在中等规模的以太网中，由于节点的数目较多，共享式以太网和交换式以太网在进行数据传输时的速率有所降低。但是从上面的图中可以看出，交换式以太网的传输延迟要少一些，这是由于共享式以太网中的所有节点共
13、享带宽，当节点增多时，每个节点获得的带宽变小，故数据传输速度会降低。而且 hub 是通过广播的方式传输数据，当网络中的节点增多时，容易发生信息的阻塞和冲突，导致工作效率变差。所以，在小规模的以太网中，交换式以太网的综合性能比共享式以太网要好一些。（四）问题讨论1 哪种场景下页的载入延迟更大些，解释原因。在 hub_scenario 的场景下，页的载入延迟要大一些。因为在 hub_scenario 场景下，使用的是 hub 设备，且整个网络共享带宽，当网络的规模较大时，会经常产生冲突，当产生冲突时，就需要重新进行发送，这样就增大了页的载入时延。2 在收集到的其他的实验数据中是否还有一些有价值的差
14、异信息？在试验中，出于兴趣加入了 TCP.Delay 信息，在比较共享式以太网和交换式以太网的16性能时，这是一个很重要的统计信息。根据图图 17-1 中的信息可以看出，在中等规模下交换式以太网的延迟要小一些，故性能要好一些。3 将 switch_scenario 所有子网中的 switch 用 bridge 替换后，重新运行 switch_scenario场景，有何表现，页载入延迟有何变化？现将模拟之后的结果展示如下图：而在此图中可以看出，子网中的交换机换做网桥之后，网络的统计数据没有太大的变化，页的延迟时间也没有太大的变化。图 18 子网 switch 换 bridge4 将最上层网络中的
15、中央 hub 用 bridge 替换，重新运行 hub_scenario 场景，有何表现，页载入延迟有何变化？现将模拟之后的结果展示如下图：而在此图中可以看出，中央 hub 换做网桥之后，网络的统计数据变化明显，页的延迟时间明显比 hub 要小的多。图 19 中央 hub 换 bridge5 将最上层的 switch 换成 hub，而所有子网中保留 switch，重新运行 switch_scenario17场景，有何表现，页载入延迟有何变化？现将模拟之后的结果展示如下图：而在此图中可以看出，中央 switch 换做 hub 之后，网络的统计数据变化明显，页的延迟时间明显比原来大了许多。图 20
16、 中央 switch 换 hub五 结论通过以上实验，我们完成了小规模和中等规模两种场景下共享式以太网与交换式以太网的性能比较，得出如下结论：1. 在小规模的以太网中可以采用共享式以太网来提高网络性能。因为在小规模的以太网中，冲突发生的几率比较小，在用 hub 进行数据传输时，由于是直接进行数据传输，不对包进行封装处理，因此速度要快很多。2. 在大规模的以太网中，由于网络规模的增大，冲突发生的几率会增大，在这种情况下，可以采用交换式以太网来提高网络性能。因为共享式以太网是通过广播的方式进行数据传输，当网络中的节点增多时，容易发生信息的阻塞和冲突，导致工作效率变差。而交换式以太网中 switch 会根据数据包中的 MAC 地址发向目标端口，减少了网络的流量，从而提高了网络的性能。
