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1 Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione Laboratorio 2. Sorgenti, Perdite e NSCRIPT

2 Agenda della lezione Sorgenti di Traffico Perdite di Pacchetti NSCRIPT The floor is yours!!! 22/10/2012 2

3 Agenda: Sorgenti di Traffico Laboratorio 2. Sorgenti, Perdite e NSCRIPT 22/10/2012 3

4 Sorgenti in NS Le sorgenti (applicazioni) emettono informazione variando il numero di pacchetti al secondo Leggo sul grafico: dall istante t 0 all istante t 1 la sorgente emette informazione con un rate di r 0 pkt/s Grafico di Emsissione rate [pkt/s] r 0 t 0 t 1 t 22/10/2012 4

5 Parametri di Sorgenti NS Una sorgente emette traffico caratterizzato dai seguenti parametri: Rate (di emissione) di picco r p [pkt/s] (e in [bit/s]): massimo rate sperimentato nel tempo Rate (di emissione) medio r a [pkt/s] (e in [bit/s]): rate costante che fornisce la stessa quantità di informazione nel tempo Fattore di burstiness B [adimensionale] = r a / r p r p r a rate [pkt/s] t 22/10/2012 5

6 rate [pkt/s] Grafici di Emissione e Attività Abbiamo due rappresentazioni Grafico di emissione della sorgente Grafico di attività della sorgente Come sono legati tra di loro? Così: r 0 r 1 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 22/10/ t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t

7 Modello di Sorgente ON-OFF Durata casuale tempi di ON e OFF Durante il periodo di ON, la sorgente emette informazione al rate di picco r p. Durante il periodo di OFF, la sorgente rimane spenta. Fattore di burstiness B [adimensionale] = T ON / (T ON + T OFF ) Intuitivamente: indica la percentuale di tempo in cui la sorgente è attiva Rate (di emissione) medio r a [bit/s] = r p * T ON / (T ON + T OFF ) = r p * B B = r a /r p r p rate [bit/s] r a T ON T OFF t 22/10/2012 7

8 Sorgenti CBR e VBR Continue CBR (Constant Bit Rate) continua Rate di emissione costante nel tempo r a = r p 1 parametro: r p (oltre alla dimensione dei pacchetti) VBR (Variable Bit Rate) continua Rate di emissione non costante nel tempo 3 parametri: r p, T ON [s], T OFF [s] (oltre alla dimensione dei pacchetti) 22/10/2012 8

9 rate [pkt/s] Sorgenti CBR in NS In NS: [new Application/Traffic/CBR] Caratterizzata da Dimensione del pacchetto packetsize_ (L) [B] Rate in bit/s equivalente rate_ (r bps ) [pkt/s] oppure interarrivo interval_ [s] Nota: rate di emissione r[pkt/s] = 1 / interval_ r t L = packetsize_ [byte] r = 1 / interval_ [pkt/s] interval_ t r bps = rate_ = 8*L*r= = 8*L/interval_ [bit/s] 22/10/2012 9

10 Sorgenti VBR in NS (1) In NS: [new Application/Traffic/Exponential] Caratterizzata da: Dimensione pacchetto packetsize_ (L) [B] Rate equivalente in bit/s durante il periodo di ON rate_ (r bps ) [pkt/s] è l equivalente in bit/s del rate di picco in pkt/s Durata media del tempo di ON burst_time_ (T ON ) [s] Durate medio del tempo di OFF idle_time_ (T OFF ) [s] Note: nella fase di ON si comporta come un CBR di pari rate_ È possibile calcolare comunque un intervallo di interarrivo tra i pacchetti emessi (solo in tempo di ON) 22/10/

11 Sorgenti VBR in NS (2) r p rate [pkt/s] r a T ON T OFF t Δt t L = packetsize_ [byte] r bps,p = rate_ [bit/s] r p = r bps,p / (8*L) [pkt/s]= = rate_ / (8*packetSize_) [pkt/s] r a = r p * (T ON / (T ON + T OFF )) [pkt/s] = = r p * (burst_time_ / (burst_time_ + idle_time_)) [pkt/s] = = r p * B [pkt/s] r bps,a = 8*L*r a [bit/s] Δt = 1 / r p [s] r bps,p : rate di picco equivalente in bit/s r bps,a : rate medio equivalente in bit/s 22/10/

12 Sorgenti di Poisson (1) Tra un pacchetto emesso e il successivo trascorre un tempo di interarrivo casuale distribuito come un esponenziale negativa ATTENZIONE: il tempo di interarrivo tra un pacchetto e l altro è casuale, mentre nelle VBR è la durante della fase di trasmissione a ritmo costante (interarrivo costante) ad essere casuale In NS: [new Application/Traffic/Exponential] Caratterizzata da due parametri liberi: 1/λ: tempo medio di inter-arrivo [s] idle_time_ [s] (λ: frequenza media di trasmssione pkt [pkt/s] ) Dimensione dei pacchetti packetsize_ [B] E due parametri fissi: rate_ [pkt/s] e burst_time_ 0 [s] 22/10/

13 Sorgenti di Poisson (2) Dalla sorgente: Sul link: T TX = 8*packetSize_ / C l t L = packetsize_ [byte] Δt a = idle_time_ [s] λ = 1 / idle_time_ [pkt/s] Δt a = tempo medio di interarrivo tra i pacchetti r a = λ[pkt/s] r bps,a = 8*L*λ= 8*packetSize_*λ[bit/s] t 22/10/

14 Agenda: Perdite di Pacchetti Laboratorio 2. Sorgenti, Perdite e NSCRIPT 22/10/

15 Pacchetti in Rete In NS le sorgenti non emettono informazione liberamente Informazione emessa dalla sorgente viene subito processata dal nodo (Livello di trasporto e inferiori) e inviata sul corretto link di uscita S Tipo: CBR, VBR, Poisson Dimensione pacchetto: packetsize_ N Capacità (rate trasmissivo): C l Ritardo di propagazione: D p Lunghezza coda: Q s Link 22/10/

16 Perdite di Pacchetti Rate Medio Totale sul link (bit/s) > Capacità link (bit/s): Perdite Continue di Pacchetti Rate Medio Totale sul link (bit/s) < Capacità link (bit/s) e Rate Picco Totale sul link (bit/s) > Capacità link (bit/s): Perdite Occasionali di Pacchetti Rate Medio Totale sul link (bit/s) < Capacità link (bit/s) e Rate Picco Totale sul link (bit/s) < Capacità link (bit/s): Nessuna Perdita 22/10/

17 Agenda: NSCRIPT Laboratorio 2. Sorgenti, Perdite e NSCRIPT 22/10/

18 NSCRIPT NSCRIPT è un tool per creare in modo grafico gli script OTcl per la simulazione con NS In questo corso useremo NSCRIPT perché permette di creare e visualizzare facilmente la topologia della rete Lanciare NSCRIPT: java jar nscript.jar (bisogna installare la java JDK) Per la configurazione dei parametri degli oggetti creati esistono due modi: Inserire i valori direttamente in NSCRIPT Editare il file creato in NSCRIPT a mano in un editor di testo 22/10/

19 GUI di NSCRIPT Tool Bar Tool Box Graphical Editor Object Browser 22/10/

20 Esercizio 2 con NSCRIPT 2 nodi con un link monodirezionale che li collega (capacità 1 Mb/s, ritardo prop. 10 ms) livello di trasporto UDP 1 sorgente di traffico CBR (pacchetti 100 bytes, interarrivo 5 ms) la sorgente CBR inizia a trasmettere al tempo 0.5s e finisce al tempo 4.5s la simulazione termina al tempo 5s Proviamo con NSCRIPT 22/10/

21 Scenario con NSCRIPT: layer 1-3 Istruzioni: selezionare la cartella Topology nel Tool Box selezionare Node cliccare su due punti del Graphical Editor per creare i nodi selezionare, nella cartella Topology, SimplexLink cliccare sul nodo di partenza (Node0) e trascinare fino al nodo di arrivo (Node1) cliccare sul pulsante select an object (in alto a sx nel Tool Box) selezionare il link creato (Link0) impostare i parametri del link nel Object Browser continua 22/10/

22 Scenario con NSCRIPT: layer 4 selezionare un agent UDP nella cartella Transport del Tool Box cliccare vicino al Node0 per creare un agente UDP (UDP0) selezionare un agent LossMonitor nella cartella Transport del Tool Box cliccare vicino al Node1 per creare un agente LossMonitor (LossMonitor0) selezionare la funzione AttachToNode(agent, node) nella cartella Transport del ToolBox cliccare sul UDP0 e trascinare fino a Node0 cliccare su LossMonitor0 e trascinare fino a Node1 selezionare la funzione Connect(agent,agent) nella cartella Transport del ToolBox cliccare su UDP0 e trascinare fino a LossMonitor0 continua 22/10/

23 Scenario con NSCRIPT: Sorgenti selezionare la sorgente CBR dalla cartella Applications del ToolBox cliccare vicino a UDP0 per creare una nuova application CBR0 selezionare la funzione AttachToApp(agent, application) della cartella Transport del ToolBox cliccare su UDP0 e trascinare fino a CBR0 selezionare il pulsante select an object selezionare la sorgente creata (CBR0) impostare i parametri della sorgente nel Object Browser continua 22/10/

24 Scenario con NSCRIPT: eventi espliciti selezionare Timer nella cartella Utilities del ToolBox cliccare vicino a CBR0 per creare un Timer0 cliccare vicino a CBR0 per creare un Timer1 selezionare il pulsante select an object selezionare Timer0 cambiare nome da Timer0 in 0.5 selezionare Timer1 cambiare nome da Timer1 in 4.5 selezionare la funzione ApplicationEvent nella cartella Utilities del ToolBox cliccare sul timer 0.5 e trascinare fino a CBR0 cliccare sul timer 4.5 e trascinare fino a CBR0 selezionare il pulsante select an object cliccare sul collegamento tra 4.5 e CBR0 configurare l Event in stop 22/10/

25 Scenario con NSCRIPT Operazioni finali salvare il file NSCRIPT file esercizio2.nss esportare il file tcl File esercizio2.tcl Eseguire la simulazione con ns ns esercizio2.tcl Al termine della simulazione, eseguire nam per visualizzare il comportamento della simulazione nam esercizio2.nam 22/10/

26 Agenda: The Floor is yours! Laboratorio 2. Sorgenti, Perdite e NSCRIPT 22/10/

27 Esercizio 3: il multiplatore statistico Creare una topologia più interessante di questo tipo: Node0 Node1 Node2 10 Mb/s 10 ms 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node3 Node4 Si utilizzi un agent UDP per ogni nodo di sinistra Si utilizzi una sorgente ExpOnOff per ogni nodo di sinistra Si utilizzino 3 agenti LossMonitor per il nodo di destra (ciascuna associata ad una sorgente ExpOnOff) 22/10/

28 Esercizio 3: sorgenti VBR Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Node2 10 Mb/s 10 ms Configurare le sorgenti ExpOnOff: packet size = 210 byte rate di picco = 200 kbit/s ON time medio = 0.2s OFF time medio = 0.2s istante di accensione = 0.1s istante di spegnimento = 10.0s 22/10/

29 Esercizio 3: sorgenti VBR Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Node2 Configurare le sorgenti ExpOnOff: packet size = 210 byte rate di picco = 200 kbit/s ON time medio = 0.2s OFF time medio = 0.2s istante di accensione = 0.1s istante di spegnimento = 10.0s 10 Mb/s 10 ms Codice tcl: $ExpOnOff0 set packetsize_ 210 $ExpOnOff0 set rate_ 200k $ExpOnOff0 set burst_time_ 0.2s $ExpOnOff0 set idle_time_ 0.2s $ns at 0.1 "$ExpOnOff0 start" $ns at 10.0 "$ExpOnOff0 stop" 22/10/

30 Esercizio 3: sorgenti VBR Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Qualche conto: Node2 10 Mb/s 10 ms Codice tcl: r p [pkt/s] = rate_ [bit/s] / (packetsize_ 8) [bit/pkt] = = 119 pkt/s < r > [bit/s] = r p B [bit/s] = = (r p < T ON >) / (< T ON > + < T OFF >) [bit/s] = = (rate_ burst_time_) / (burst_time_ + idle_time_) [bit/s] = = ( ) / 0.4 [kbit/s] = 100 kbit/s $ExpOnOff0 set packetsize_ 210 $ExpOnOff0 set rate_ 200k $ExpOnOff0 set burst_time_ 0.2s $ExpOnOff0 set idle_time_ 0.2s $ns at 0.1 "$ExpOnOff0 start" $ns at 10.0 "$ExpOnOff0 stop" Multiplazione statistica R l = 1 Mbit/s > N r p = kbit/s R l = 1 Mbit/s >> N < r > = kbit/s 22/10/

31 Esercizio 3: sorgenti VBR Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Qualche conto: Node2 10 Mb/s 10 ms Codice tcl: r p [pkt/s] = rate_ [bit/s] / (packetsize_ 8) [bit/pkt] = = 119 pkt/s < r > [bit/s] = r p B [bit/s] = = (r p < T ON >) / (< T ON > + < T OFF >) [bit/s] = = (rate_ burst_time_) / (burst_time_ + idle_time_) [bit/s] = = ( ) / 0.4 [kbit/s] = 100 kbit/s $ExpOnOff0 set packetsize_ 210 $ExpOnOff0 set rate_ 200k $ExpOnOff0 set burst_time_ 0.2s $ExpOnOff0 set idle_time_ 0.2s $ns at 0.1 "$ExpOnOff0 start" $ns at 10.0 "$ExpOnOff0 stop" Multiplazione statistica R l = 1 Mbit/s > N r p = kbit/s R l = 1 Mbit/s >> N < r > = kbit/s 22/10/

32 Esercizio 3a: colore flussi UDP NSCRIPT Inserire un oggetto Colors dalla cartella Utilities selezionare l oggetto Colors e impostare i prime tre valori del campo Values con i colori desiderati selezionare uno alla volta i tre oggetti UDP, impostando i valori del campo FlowId, rispettivamente, ad 1, 2 e 3 in questo modo si saranno associati i primi tre colori di Colors ai tre flussi UDP. Codice tcl: $ns color 1 black $ns color 2 white $ns color 3 red $ns color 4 green $ns color 5 blue $ns color 6 yellow $ns color 7 pink $ns color 8 orange $ns color 9 cyan $ns color 10 magenta $UDP0 set fid_ 1 $UDP1 set fid_ 2 $UDP2 set fid_ 3 22/10/

33 Esercizio 3b: variabili di uscita 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda Mb/s 10 ms Monitorare i pacchetti in arrivo e i pacchetti persi nei LossMonitor: npkts_ (numero di pacchetti arrivati) nlost_ (numero di pacchetti persi) 22/10/

34 Esercizio 3b: variabili di uscita NSCRIPT Inserire un oggetto Tracer dalla cartella Utilities Selezionare l oggetto Tracer e impostare: il campo start al valore 0.0 il campo dt al valore 0.1 il campo Object al valore LossMonitor0 il campo Data Member al valore npkts_ Inserire un altro oggetto Tracer e ripetere le operazioni precedenti, inserendo però per il campo Data Member il valore nlost_ Codice tcl: $ns at 0.0 "Tracer0_trace" set Tracer0 [open Tracer0.trc w] close $Tracer0 proc Tracer0_trace {} { global ns LossMonitor0 set Tracer0 [open Tracer0.trc a] puts $Tracer0 "[$ns now] [$LossMonitor0 set npkts_]" close $Tracer0 $ns after 0.1 "Tracer0_trace" } Ripetere sostituendo: npkts_ con nlost_ Tracer0 con Tracer1(OVUNQUE!) 22/10/

35 Esercizio 3b: variabili di uscita NSCRIPT Inserire un oggetto Tracer dalla cartella Utilities Selezionare l oggetto Tracer e impostare: il campo start al valore 0.0 il campo dt al valore 0.1 il campo Object al valore LossMonitor0 il campo Data Member al valore npkts_ Inserire un altro oggetto Tracer e ripetere le operazioni precedenti, inserendo però per il campo Data Member il valore nlost_ 22/10/ Codice tcl: $ns at 0.0 "Tracer0_trace" set Tracer0 [open Tracer0.trc w] close $Tracer0 proc Tracer0_trace {} { global ns LossMonitor0 set Tracer0 [open Tracer0.trc a] puts $Tracer0 "[$ns now] [$LossMonitor0 set npkts_]" close $Tracer0 $ns after 0.1 "Tracer0_trace" } Ripetere sostituendo: npkts_ con nlost_ Tracer0 con Tracer1(OVUNQUE!) Viene creato un file testo NomeTracer.trc dove vengono registrati i campioni della variabile di uscita con gli istanti di campionamento. Utile per tracciare grafici (con xgraph)

36 Esercizio 3c: perdite sul buffer 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda Mb/s 10 ms Aumentare la velocità delle sorgenti: rate 500 kb/s quando le tre sorgenti sono attive il traffico offerto al link supera la sua capacità e si possono perdere pacchetti. 22/10/

37 Esercizio 3c: perdite sul buffer 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda Mb/s 10 ms Aumentare la velocità delle sorgenti: rate 500 kb/s quando le tre sorgenti sono attive il traffico offerto al link supera la sua capacità e si possono perdere pacchetti. Multiplazione statistica R l = 1 Mbit/s < N r p = kbit/s R l = 1 Mbit/s > N < r > = kbit/s Ci aspettiamo perdite occasionali (in quanto la coda è limitata a 10) 22/10/

38 numero pacchetti arrivati Esercizio 3c: pacchetti arrivati tempo t [sec] 22/10/ Per tracciare i grafici: xgraph nomefile.trc

39 numero pacchetti persi Esercizio 3c: pacchetti persi tempo t [sec] 22/10/

40 numero pacchetti persi Esercizio 3c: variazioni interessanti E se lo rifacessimo con queue-limit = 100??? E se lo rifacessimo poi con rate_ = 800 kbit/s??? R f = 1 Mbit/s << N r p = kbit/s R f = 1 Mbit/s < N < r > = kbit/s tempo t [sec] 22/10/