共享式以太网与交换式以太网的性能比较Word文件下载.docx

共享式以太网与交换式以太网的性能比较Word文件下载.docx

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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。

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

图2交换式小规模以太网

2.参数设置如下图所示：

ApplicationConfig的参数配置如图3所示：

图3ApplicationConfig的参数配置

ProfileConfig的参数配置如图4所示：

图4ProfileConfig的参数配置

Workstation节点的参数配置如图5所示：

图5Workstation节点的参数配置

Server节点的参数配置如图6所示：

图6Server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“ChooseIndividualStatistics”选项进行设置，如图7所示：

图7要观察的数据

（二）实验数据

1.ClientHttp的统计数据如图8所示

图8-1ClientHttp.ObjectResponseTime（seconds）

图8-2ClientHttp.PageResponseTime（seconds）

图8-3ClientHttp.TrafficReceived（packets/sec）

图8-4ClientHttp.TrafficSent（packets/sec）

图8-5ClientHttp.UserCanselledConnections

图8ClientHttp的统计数据

2.ClientTCP的统计数据如图9所示：

图9-1TCP.ConnectionAborts

图9-2TCP.Delay（sec）

图9TCP的统计数据

3.ServerHttp的统计数据如图10所示

图10-1ServerHttp.Load（request/sec）

图10-2ServerHttp.TrafficReceive（packet/sec）

图10-3ServerHttp.TrafficSent（packet/sec）

4.ServerTCP的统计数据如图11所示

图11-1ServerTCP.ConnectionAborts

图11-2ServerTCPDelay

（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”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。

（2）http协议中“.TrafficSent”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.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。

在收集到的实验数据中，UserCanselledConnections和RetransmissionCount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ObjectResponseTime等是很有价值的信息，比如可以通过比较两种场景下Delay和ObjectResponseTime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。

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

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“ChooseIndividualStatistics”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：

图16需要统计的实验数据

实验得到的统计信息如图17所示：

图17-1TCP.Delay（sec）

图17-2ClientHttp.PageResponseTime（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。

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。

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bridge

4将最上层网络中的中央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？

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bridge

5将最上层的switch换成hub，而所有子网中保留switch，重新运行switch_scenario场景，有何表现，页载入延迟有何变化？

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。