华中科技大学计算机通信与网络实验报告-基于NS2的协议分析实验
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实验二基于NS2的协议分析实验2. 1环境硕件配置：Intel Core i5-7300HQ处理器、8.00GB内存平台信息：Windows 10操作系统下Ubantu NS2模拟平台及可视化NS2编辑器2.2实验要求熟悉NS2模拟平台，并利用NS2模拟平台完成实验内容。实验内容共三项。第一项实验一一仿真与测试TCP和UDP协议? 网络性能的比较? 公平性研究与探讨第二项实验一一仿真与测试TCP协议中的不同拥塞控制算法(端到端拥塞 控制)? TCP Tahoe 算法、TCP Reno 算法、TCP New Reno 算法、TCP SACK 算法、TCP FACK算法和TCP Vegas算法? 性能对比? 拥塞窗口、阈值变化、吞吐量、网络效率、带宽利用率?拥塞控制能力对比第三项实验一一仿真与测试不同IP拥塞控制策略(中间节点排队策略)? 先进先tB FIFO.随机早期检测算法RED、显示拥塞指示算法ECN、公平排队算法FQ、随机公平排队算法SFQ、加权公平排队算法WFQ> 性能对比> 阈值变化、吞吐量、网络效率、带宽利用率> 拥塞控制能力对比2.3实验步骤说明及结果分析 2. 3. 1第一项实验的步骤及结果分析A.实验步骤① 进行网络节点和链路的设置，并完成对链路层、传输层和应用层的配置。设 置参数包括TCP包大小5000, UDP包大小10000c FTP起始时间为1,终止时 间10。CBR起始时间1,终止时间4,包总数lOOOo如图2.1。图2.1网络节点的拓扑② 生成并执行脚本，观察数据传输的Nam演示。发现存在包的丢失。如图2.2所示。图2.2出现丢包现象B?结果分析① 包重传率分析实验结果，抽样TCPk TCP2、TCP3和TCP4,发现每一 TCP均存在 重传现象。这和实验中出现的丢包现象是相符合的。重传率分别是：0.018469658, 0.034602076, 0.04375, 0.069148935 表 2.1 所示。表2.1 TCP存在重传TCP序号重传率TCP序号重传率10.01846965820.03460207630.0437540.069148935分析UDP的结果，发现UDP也存在一定的重传。这可能是应用层存在重传 的原因。(也可能是软件本身存在的bug)结果如表2.2所示。表2.2 UDP包重传率UDP序号重传率UDP序号重传率80.2329450890.08985025100.16472545110.2279534120.32445922② 网络抖动分析网络抖动，发现TCP传输的节点nl到n0存在抖动现象，如图2.3所示。 而与之相对的，UDP不存在网络抖动的现象，如图2.4所示。网络抖动是最大延迟和最小延迟Z间的时间差值。它反映了传输往返时延的 变化。通过网络抖动曲线，可以看出一个网络的稳定性。对两个图进行比较可以 发现，TCP传输存在网络的抖动，而UDP传输基木没有网络的抖动。这是因为 二TCP存在拥塞控制协议，因此，当TCP受到UDP的挤压时，或TCP之间相互 竞争时，就可能引起节点收到包的延时而产生抖动。从图2.3中还可以看到，在 前段时间里，TCP的抖动较为频繁，这可能是因为TCP同时受到UDP的竞争和 其他TCP的竞争所致。而在后面的时间里，抖动频率下降，这是可能因为UDP 的传输己完成，竞争的来源减少了。0.2000.1750.1500.1250.100 启 0.075 * 0.0500.0250.0000025-0.050网络抖动分祈0 50 100 150 200 250 300 350包序号图2.3网络抖动分析从网络抖动分析0.2000.1750.1500.1250.1000.0750.0500.0250.0000 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600句反2图2.4网络抖动分析从n8-n7③ 网络吞吐量图2.5显示的是TCP协议的吞吐量的分析曲线(因为每条TCP的吞吐量基 木相同，因此只选取其中的一个作为代表)，图2.6显示的是UDP协议的吞吐量 的分析曲线。对于两条分析曲线，可以明显观察到TCP的吞吐量存在较大的波动，而UDP 的吞吐量从直线上升到最大值后就保持恒定。之所以UDP呈现出直线增长和恒定吞吐，是因为UDP没有拥塞的控制，会 最大程度地使用带宽，从而实现以恒定的速率传输数据。 而TCP的传输是存在拥塞控制协议的，TCP的吞吐量曲线会存在不断的波 动。在TCP的吞吐量分析图屮可以观察到，在第1秒到第4秒间，吞吐量出现 了下降的情况。这是由于，在这段吋间里，UDP在进行传输，对TCP的吞吐量 带宽进行了压制。而在4s之后，UDP传输完成，TCP的吞吐量又再次回刃二图2.5 TCP吞吐量吞吐■分析1,5001,2501,000 QH 占 血 75050025001.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.5C 3.75 4.00 时间(秒)图2.6 UDP吞吐量分析④ 端到端时延TCP的端到端时延如表2.3所示，UDP的端到端时延情况如表2.4所示。从表屮可以清楚地看到，使用TCP协议的各节点Z间存在有端到端的时延 情况，而使用UDP协议的各个节点之间不存在端到端的时延。究其原因，是因 为TCP的传输协议是面向连接的；也就是说，在传输过程中，TCP需要在端到 端之间维持连接的状态，因而需要根据网络状况来控制拥塞。与之相对的，UDP 协议是非连接的协议。UDP的端到端之间不建立可靠的连接。UDP的发送方只 负责将报文尽可能快地发送到通信网络上，而UDP的接收方，只需要每次从来 临的消息队列中读取一段报文即可。因此，UDP不存在端到端的时延。表2.3 TCP的端到端时延TCP序号端到端时延TCP序号端到端时延10.10172521.10292531.10412541.10532551.10652561.107725表2.4 UDP的端到端时延UDP序号端到端时延UDP序号端到端吋延102030405060⑤ 网络公平性从网络吞吐量、网络抖动和端到端吋延可以看岀TCP协议对网络拥塞的控 制；这种控制使其他节点能够获得相对公平的带宽。而与之相对的，UDP协议 会尽可能地利用网络带宽，抢占尽可能多的资源供自己使用。因此，从TCP的 角度来看，UDP是不公平的传输层协议。2. 关键词： 华中科技大学 计算机 通信 网络 实验 报告 基于 NS2 协议 分析
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