시뮬레이션 15강 (네트워크 시뮬레이션 실습)

학습개요

1. (riverbed) Modeler Academic Edition
2. 시뮬레이션 모델 설계
3. 시뮬레이션 조건 설정과 실행
4. 시나리오 생성
5. 시뮬레이션 결과 분석

 학습목표

1. (riverbed)Modeler Academic Edition을 다운 받고 실행할 수 있다.
2. Shared Ethernet network 설계과정을 이해할 수 있다.
3. Shared Ethernet network 모델을 조건설정하고 실행 하는 과정을 이해할 수 있다.
4. Duplicate Scenario 메뉴를 이용하여 새로운 시나리오를 생성하는 과정을 이해 할 수 있다.
5. 시나리오 결과들을 비교 하는 기능을 이해 할 수 있다.

주요용어

1. Ethernet: Ethernet 은 가장 광범위하게 설치된 근거리통신망(LAN)에 사용되는 네트워크 모델이며 IEEE 802.3에 표준으로 정의되어 있다. Ethernet은 원래 제록스에 의해 개발되었으며, 제록스와 DEC 그리고 인텔 등에 의해 발전되었다. Ethernet LAN은 일반적으로 동축케이블 또는 특별한 등급이 매겨진 비차폐 연선을 사용한다.
2. Hub: Hub는 데이터가 하나 또는 그 이상의 방향으로부터 한곳으로 모이는 장소로서, 들어온 데이터들은 다시 하나 또는 그 이상의 방향으로 전달된다. Hub는 보통 어떤 종류의 스위치를 포함한다 (스위치라고 불리는 장비는 보통 Hub라고도 불린다). Hub는 데이터가 모여드는 곳이고 스위치는 모여든 데이터를 어떻게 그리고 어디로 보낼 것인지를 결정하는 것이, 두 장비의 차이점이다. 스위칭 측면에서 고려한다면, Hub는 또한 라우터를 포함할 수 있다.
3. Broadcast domain(동보허용 영역): 어떤 단말이 송신한 동보 패킷이 전달되는 허용 영역. 영역 내에 있는 단말은 직접 통신이 가능하며, 허용 영역은 라우터 사용을 기준으로 분할된다. 다만, 브리지 스위칭 Hub에서는 분할할 수 없다. 동보해야 할 정보량이 많으면 통신망에 과대한 부하를 주기 때문에 동보 허용 영역이 적당한 크기로 분할되도록 라우터를 배치해서 통신망의 부하를 줄이게 된다.
4. MAC protocol: Data Link Layer의 IEEE 802 표준안에 따른 protocol 구조이다.
5. MAC and MAC address (Media Access Control): 근거리통신망에서 MAC 주소는 데이터 링크 계층의 MAC 계층에 의해 사용되는 주소로서 네트워크 카드의 48 비트 하드웨어 주소를 말하며, Ethernet 주소, 또는 토큰링 주소와 동일하다. 네트워크 카드 제조사에 의해 부여된 하드웨어 주소는 UAA (universally administered address)로서 모든 네트워크 카드가 유일한 값을 가진다.
6. Protocol: 네트워크 구조에서는 표준화된 통신규약으로서 네트워크 기능을 효율적으로 발휘하기 위한 협정이다. 즉, 통신을 원하는 두 개체간에 무엇을, 어떻게, 언제 통신할 것인가를 서로 약속한 규약이다.
7. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect): Ethernet에서 여러통신 주체들이 동시에 통신을 하면서 발생하는 충돌을 방지하기 위한 프로토콜이다. 현재 회선이 사용 중인지 감지(Carrier Sense)하여 사용 중이면 대기하고, 사용하지 않고 있으면 데이터를 전송하여 통신을 수행한다. 이때 두 통신 주체가 동시에 비어있는 줄 알고 데이터를 전송할 수도 있으므로, 데이터를 전송한 후에는 충돌여부(Collision Detection)를 확인해서 충돌이 일어났으면 임의의 시간(Random) 동안 기다렸다가 재전송하는 방식으로 동작한다. 충돌여부는 보낸 데이타를 잘 받았다는 신호(ACK)를 받아서 확인한다.
8. Collision (충돌): 충돌은 동일한 Ethernet 상에서 두 장치들이 동시에 데이터를 전송하려는 시도를 했을 때 생기는 결과이다. 네트워크는 전송된 패킷들에서 충돌이 일어나면, 둘 모두를 버린다. Ethernet에서 충돌이 일어나는 것은 지극히 자연스러운 현상이다. Ethernet은 장치들에게 차례를 부여하는 방법으로서 신호 캐리어 회선을 이용하는 CSMA/CD를 사용한다.
9. Throughput: 주어진 시간 동안에 컴퓨터가 할 수 있는 일의 양, 즉 주어진 시간 동안 한 지점에서 다른 지점으로 옮겨진 데이터의 량이다. 역사적으로, throughput 은 많은 프로그램들을 동시에 실행시키는 대형 사용 컴퓨터들의 유효성을 비교하기 위한 척도가 되어 왔다.
10. 네트워크 load(부하): 정보의 양, 처리빈도, 어떤 처리에 필요한 요구시간 등 여러 가지 뜻이 있다. 여기서는 네트워크 traffic을 의미한다. 즉, 단위시간당 전송하는 패킷 양이다.

정리하기

1. Modeler Academic Edition을 이용해서 직접 프로젝트를 생성하고 Network Topology 를 구성하고 Shared Ethernet network 모델을 설계 해 보았다.
2. Shared Ethernet network에서 end system들은 보통 Hub를 통해 서로 연결되어 있다. 이 Hub들은 하나의 broadcast domain를 만들기 위해 Hub에 연결된 모든 outgoing line을 통해 모든 디바이스에게 재전송을 한다. 이 single broadcast domain 내에서는 MAC Protocol인 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Detection)을 사용한다.
3. CSMA/CD는 동시에 두 개 이상의 노드들이 전송을 하게 될 때, Collisions을 피하고 어느 노드가 먼저 전송을 할 것인가를 결정하게 된다.
4. Hub는 연결된 링크의 Capacity를 공유하기 때문에 링크의 Capacity를 초과하게 되면 delivery delay가 증가하게 되고 데이터의 손실을 가져오게 된다.
5. 시뮬레이션을 통해서 Hub의 역할과 Capacity에 대해 살펴 보았다.
6. Interarrival Time 을 변화시키면서 ( Traffic을 증가시키면서) 시뮬레이션 결과에서 나타나는 Traffic 패턴의 이상 (Traffic 이 정상적으로 주고 받지 못하는, 또는 Sent와 Received가 다른) 원인을 분석하였다.
7. Traffic 원인을 분석하기 위해서 Statistics (Traffic Sent 와, Traffic Received, Collision Count, Utilization, Delay) 등을 직접 설정하고 결과를 살펴보았다.
8. Low_Load의 시나리오에서는 Interarrival Time(seconds)을 exponential(0.004) 으로 설정하였으며 각 station들은 평균 100 byte packet을 매 약 4 milliseconds(1초의 1,000분의 1)마다 Traffic 을 발생시킨다.
9. High_Load 시나리오에서는 Interarrival Time(seconds)을 exponential(0.001)으로 설정하였으며 각 station들은 평균 100 byte packet을 매 약 1 milliseconds(1초의 1,000분의 1)마다 Traffic 을 발생시킨다.
10. High_Load 시나리오에서는 받은 traffic(약 7,000,000) 보다 더 많은 traffic (약 9,600,000) 이 전송되었다. Hub가 overload 되면서 모든 traffic 이 전송될 수 없었다.
11. High_Load 시나리오의 Utilization( 약 0.90)이 Low_Load 시나리오의 Utilization(약 0.30) 보다 더 높다.
12. Low_Load의 시나리오에서는 모든 데이터의 전송이 수월하게 진행이 되었지만, High_Load 시나리오에서는 delay가 증가하고 Collision Count가 증가하여 데이터의 손실을 야기하는 것을 확인할 수 있었다.