髙网实验三实验报告

共享式以太网与交换式以太网的性能比较（OPNET仿真）
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(workstation)，一台服务器（server），主机通过集线器与服务器相连，采用10BaseT连接。

要观察的数据有对于HTTP协议的：客户端的发送（Traffic Sent），接收（Traffic Recieved ），响应时间(Object Response Time), 用户取消连接的状态(User Cancelled Connection). 服务器的发送时间（Traffic Sent），接受请求的次数(Load)。

对于传输层的TCP协议有：连接终止(Connection Aborts)，延时(Delay)和重传的次数(Retransmission Count)。

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，使用集线器和交换机分别将他们连接起
来，分别实现两个网络拓扑见图1，2：
图2
2.要观察的数据
进行性能分析时，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”选项进行设置图3，
（二）实验数据收集
将hub_scenario和switch_scenario的实验数据作对比，分别呈现在以下各图中：
1.Server Http的统计数据如图4、图5、图6所示
图4 Server Http .Load（requests/sec）
图5 Server Http.Traffic Receive（packets/sec）
Server Http.Traffic Sent（packets/sec）
图6
2 .Server TCP的统计数据如图7所示
图7 Server. TCP Delay
2. Client Http（针对一个主机节点node1）的统计数据如图8、图9、图10、图11所示
图8 Client Http.Page Response Time(seconds)
图9 Client Http.Traffic Received (packets/sec)
图10 Client Http.Traffic Sent (packets/sec)
图11 Client er Canselled Connections 4.ClientTCP的统计数据如图12图13所示
图12 TCP.Connection Aborts
图13 TCP.Delay (sec)
（三）实验数据分析
1.针对一个服务器节点（node0）的数据分析：
（1）http协议的“Load（requests）”的数据，从图4可得出在开始和结束阶段hub的负载比switch大，中间阶段则相反。

（2）http协议的“trafficreceive”和“trafficsent”的数据。

从图5和图6可以看出接收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大约为1个。

这也说明网络比较稳定，没有出现大面积丢包现象。

（3）Server的TCP协议的“Delay”的数据。

从图7可以看出hub的延迟波动比switch 的要大，平均的时延要小。

2. 针对一个主机节点（node1）的数据分析：
（1）http协议中“Page Response Time”的数据，从图8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“.Traffic Sent”和“Traffic Recieved”数据，从图9和图10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）从图11可得，在整个网络运行过程中，无用户取消连接。

（4）TCP协议“Connection Aborts”项，从图12中可知，总体分布大体一致；TCP 协议中的“Delay”项，从图13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。

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采用广播的工作方式，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14 中等规模共享式以太网拓扑
图15中等规模共享式以太网子网拓扑
图16 中等规模交换式以太网拓扑
图17中等规模共享式以太网子网拓扑
2.要观察的实验数据
选择“DES”菜单下的“Choose Individual Statistics”选项进行设置，如图18所示，其中主要选择TCP Delay(sec)和Page Response Time(seconds)作为分析数据：
图18
（二）实验数据
实验得到实验数据的统计信息（选取任一子网主机node1，这里选择subnet3）如图19、图20所示：
图19Client Http Page Response Time (seconds)
图20 TCP Delay (sec)
（三）实验数据分析：
1. 针对一个主机节点（node1）http协议的数据分析
Client端http协议的“Page Response Time”：从图19可以看出，此时使用集线器的时间远远长于交换机，集线器的响应时间很大一部分都在10-60s之间，而交换机几乎都在15秒以下的时间。

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，而使用集线器的式网络则会造成网络广播风暴阻碍网络的使用。

2.针对一个主机节点（node1）TCP协议的数据分析
TCP协议的“Delay”的数据。

从图20可以看出switch的时延较小，绝大部分都在5秒以下，hub时延较大，甚至有的达到60秒，而且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。

但是从上面的图与数据分析可以看出，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，共享式以太网的综合性能比交换式以太网要好一些；而在中等规模或较大规模的以太网中，交换式以太网的综合性能比共享式以太网要好一些。

五实验结论
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. 在中大规模的以太网中，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。