این مقاله با فرمت Word می باشد و قابل ویرایش است .

موضوع پایان نامه :

مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ  MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود

دانشکده مهندسی برق

پایان نامه کارشناسی ارشد

فهرست مطالب

فصل اول: کیفیت سرویس و فن آوری های شبکه

۱-۱- مقدمه  ۱

۱-۲- کیفیت سرویس در اینترنت    ۱

۱-۲-۱- پروتکل رزور منابع در اینترنت   ۳

۱-۲-۲- سرویس های متمایز  ۴

۱-۲-۳- مهندسی ترافیک    ۶

۱-۲-۴- سوئیچنگ برحسب چندین پروتکل   ۹

۱-۳- مجتمع سازی IP و ATM

1-3-1- مسیریابی در IP

1-3-2- سوئیچینگ    ۱۳

۱-۳-۳- ترکیب مسیریابی و سوئیچینگ    ۱۴

۱-۳-۴- MPLS

فصل دوم: فناوری ( فن آوری )  MPLS   

۲-۱- مقدمه  ۲۳

۲-۲- اساس کار MPLS

2-2-1- پشته برچسب   ۲۶

۲-۲-۲- جابجایی برچسب   ۲۷

۲-۲-۳- مسیر سوئیچ برچسب (LSR)

2-2-4- کنترل LSP  ۲۹

۲-۲-۵- مجتمع سازی ترافیک    ۳۰

۲-۲-۶- انتخاب مسیر  ۳۰

۲-۲-۷- زمان زندگی (TTL)

2-2-8- استفاده از سوئیچ های ATM به عنوان LSR

2-2-9- ادغام برچسب ۳۲

۲-۲-۱۰- تونل   ۳۳

۲-۳- پروتکل های توزیع برچسب در MPLS

فصل سوم: ساختار سوئیچ های شبکه

۳-۱- مقدمه  ۳۵

۳-۲- ساختار کلی سوئیچ های شبکه  ۳۵

۳-۳- کارت خط   ۴۰

۳-۴- فابریک سوئیچ   ۴۲

۳-۴-۱- فابریک سوئیچ با واسطه مشترک   ۴۳

۳-۴-۲ فابریک سوئیچ با حافظه مشترک   ۴۴

۳-۴-۳- فابریک سوئیچ متقاطع  ۴۵

فصل چهارم: مدلسازی و شبیه‌سازی یک سوئیچ  MPLS   

۴-۱- مقدمه  ۵۰

۴-۲- روشهای طراحی سیستمهای تک منظوره  ۵۰

۴-۳- مراحل طراحی سیستمهای تک منظوره  ۵۲

۴-۳-۱- مشخصه سیستم  ۵۳

۴-۳-۲- تایید صحت   ۵۳

۴-۳-۳- سنتز  ۵۴

۴-۴ – زبانهای شبیه سازی   ۵۴

۴-۵- زبان شبیه سازی SMPL

4-5-1- آماده سازی اولیه مدل  ۵۸

۴-۵-۲ تعریف و کنترل وسیله  ۵۸

۴-۵-۳ – زمانبندی و ایجاد رخدادها ۶۰

۴-۶- مدلهای ترافیکی   ۶۱

۴-۶-۱- ترافیک برنولی یکنواخت   ۶۲

۴-۶-۲- ترافیک زنجیره ای   ۶۲

۴-۶-۳- ترافیک آماری   ۶۳

۴-۷- مدلسازی کارت خط در ورودی   ۶۴

۴-۸- مدلسازی فابریک سوئیچ   ۶۶

۴-۸-۱- الگوریتم iSLIP

4-8-2- الگوریتم iSLIP اولویت دار ۷۱

۴-۸-۳- الگوریتم iSLIP  اولویت دار بهینه  ۷۶

۴-۹- مدلسازی کارت خط در خروجی   ۷۹

۴-۹-۱ – الگوریتم WRR

4-9-2- الگوریتم DWRR

4-10- شبیه سازی کل سوئیچ   ۸۲

۴-۱۱- کنترل جریان   ۹۰

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

۵-۱- مقدمه  ۹۳

۵-۲- نتیجه گیری   ۹۳

۵-۳- پیشنهادات    ۹۴

مراجع    ۹۵

.

چکیده

امروزه سرعت بیشتر و کیفیت سرویس بهتر مهمترین چالش های دنیای شبکه می باشند. تلاشهای زیادی که در این راستا در حال انجام می باشد، منجر به ارائه فنآوری ها، پروتکل ها و روشهای مختلف مهندسی ترافیک شده است. در این پایان نامه بعد از بررسی آنها به معرفی MPLS که به عنوان یک فنآوری نوین توسط گروه IETF ارائه شده است، خواهیم پرداخت. سپس به بررسی انواع ساختار سوئیچ های شبکه خواهیم پرداخت و قسمتهای مختلف تشکیل دهنده یک سوئیچ  MPLS را تغیین خواهیم کرد. سرانجام با نگاهی به روشهای طراحی و شبیه سازی و نرم افزارهای موجود آن، با انتخاب زبان شبیه سازی SMPL، به شبیه سازی قسمتهای مختلف سوئیچ و بررسی نتایج حاصل می پردازیم. همچنین یک الگوریتم زمانبندی جدید برای فابریک سوئیچ های متقاطع با عنوان iSLIP اولویت دار بهینه معرفی شده است که نسبت به انواع قبلی دارای کارآیی بسیار بهتری می باشد.

 
Abstract

Nowadays achieving higher speeds and better quality of service are the main subjects of networking. Many attempts are made in this way which have led to introducing various technologies, protocols and traffic engineering methods. In this thesis, after studying the above-mentioned parameters, IETF’s new technology called MPLS will be introduced. Then several different switch architectures are examined and the components of an MPLS switch are selected. Finally after a quick look at design and simulation methods and their available softwares, SMPL is chosen as simulation tool and then switch components are simulated and the results are studied. Also a new scheduling algorithm for crossbar switch fabrics named “The Optimized Prioritized iSLIP” is introduced which has much better performance than its previous versions.
فصل اول : کیفیت سرویس و فن آوری های شبکه

۱-۱- مقدمه

با گسترش تعداد کاربران اینترنت و نیاز به پهنای باند بیشتر از سوی آنها، تقاضا برای استفاده از سرویسهای اینترنت با سرعت رو به افزایش است و تهیه کننده های سرویس اینترنت برای برآورده سازی این تقاضا ها احتیاج به سوئیچ های با ظرفیت بیشتر دارند ]۱[.

در این میان تلاشهای زیادی نیز برای دستیابی به کیفیت سرویس بهتر در حال انجام می‌باشد. فنآوریATM[1] نیز که به امید حل این مشکل عرضه شد، بعلت گسترش و محبوبیتIP[2] نتوانست جای آن را بگیرد و هم اکنون مساله مجتمع سازی IP و ATM نیز به یکی از موضوعات مطرح در زمینه شبکه تبدیل شده است.

در این فصل به معرفی مسائل و مشکلات مربوط به کیفیت سرویس و مجتمع سازی IP و ATM می پردازیم و راه حلهای ارائه شده از جمله MPLS [3] رابررسی خواهیم نمود.

  ۱-۲- کیفیت سرویس در اینترنت

 سرویسی که شبکه جهانی اینترنت به کاربران خود ارائه داده است، سرویس بهترین تلاش۴ بوده است. یکی از معایب اصلی این سرویس این است که با وجود اینکه مسیریاب‌های شبکه به خوبی قادر به دریافت و پردازش بسته های ورودی می باشند ولی هیچگونه تضمینی در مورد سالم رسیدن بسته ها به مقصد وجود ندارد. با توجه به رشد روز افزون استفاده از اینترنت و به خصوص با توجه به اشتیاق زیاد به اینترنت به عنوان ابزاری برای گسترش تجارت جهانی، تلاش های زیادی جهت حفظ کیفیت سرویس (QoS)[1] در اینترنت در حال انجام می باشد. در این راستا در حال حاضر کلاس های سرویس متنوعی مورد بحث و توسعه می باشند. یکی از کلاس های سرویس فوق ، به شرکت ها و مراکز ارائه سرویس های web که نیاز به ارائه سرویس های سریع و مطمئن به کاربران خود دارند، اختصاص دارد.

یکی دیگر از کلاس های سرویس جدید در اینترنت ، به سرویس هایی که نیاز به تاخیر و تغییرات تاخیر کمی دارند، اختصاص دارد. سرویس هایی نظیر تلفن اینترنتی[۲] و کنفرانس‌های تصویری اینترنتی نمونه ای از سرویس های این کلاس سرویس می باشند.

برای نیل به سرویس های جدید فوق، عده ای براین عقیده هستند که در آینده ای نزدیک تکنولوژی فیبر نوری و  WDM[3] آنقدر رشد خواهد کرد که اینترنت به طور کامل بر مبنای آن پیاده سازی خواهد شد و عملا مشکل پهنای باند و همچنین تضمین کیفیت سرویس وجود نخواهد داشت. عقیده دوم که ظاهرا درست تر از عقیده اول می باشد، این است که با وجود گسترش فنآوریهای انتقال و افزایش پهنای باند، هنوز به مکانیسم هایی برای تضمین کیفیت سرویس کاربران نیاز می باشد. در حال حاضر اکثر تولید کنندگان مسیریاب ها و سوئیچ های شبکه اینترنت، در حال بررسی و افزودن مکانیسم‌هایی  برای تضمین کیفیت سرویس در محصولات خود می باشند.

از سوی سازمان جهانی IETF[4] مدل ها و مکانیسم های مختلفی برای تضمین کیفیت سرویس مورد تقاضای کاربران ارائه شده است. برخی از مهمترین این مدل ها عبارتند از:

۱-    پروتکل رزرو منابع در اینترنت RSVP[5]

2-    سرویس های متمایز  DS[6]

3-    مهندسی ترافیک

۴-    سوئیچنگ برچسب چندین پروتکل MPLS

در قسمتهای بعدی به طور خلاصه با هر یک از مدل های فوق آشنا می شویم .

 
۱-۲-۱- پروتکل رزور منابع در اینترنت

پروتکل RSVP  به عنوان یک پروتکل سیگنالینگ برای رزرو منابع در اینترنت استفاده می شود.

پروتكل RSVP به عنوان يك پروتكل سيگنالينگ براي رزرو منابع در اينترنت استفاده مي شود. در شكل 1-1 مثالي از عمليات سيگنالينگ RSVP نشان داده شده است. مطابق با شكل فوق، فرستنده ابتدا پيام PATH را ارسال مي دارد. در اين پيام مشخصات و پارامترهاي ترافيكي فرستنده موجود مي باشد. هر مسيرياب شبكه با دريافت پيام PATH با كمك جدول مسيريابي خود پيام را هدايت نموده تا اينكه پيام به مقصد نهايي برسد. گيرنده نهايي بعد از دريافت پيام PATH ،پيام RESV را از  خود عبور داده و منابع لازم شامل پهناي باند و فضاي بافر را به ارتباط جديد اختصاص مي دهد. چنانچه يكي از مسيرياب هاي موجود در مسير، قادر به قبول پيام RESV نباشد، آنرا رد نموده و پيام خطايي به گيرنده ارسال مي نمايد و سپس عمليات سيگنالينگ خاتمه مي يابد. با قبول پيام    RESVاز جانب هر مسير ياب موجود در مسير، اطلاعات وضعيت مربوط به جريان ترافيكي فوق ثبت مي شود .

با ورود هر بسته به مسيرياب هاي شبكه، واحد طبقه بندي كننده، بسته ورودي را به يك كلاس خاص طبقه بندي نموده و سپس بسته ورودي را در يك صف خاص قرار مي دهد. عمليات زمانبندي بسته ها در هر صف موجود در مسيرياب، توسط واحد زمان بند بسته طوري انجام مي گردد كه كيفيت سرويس مورد نظر تامين شود. اين سرويس داراي مشكلات زير مي باشد:

1- ميزان اطلاعات وضعيت متناسب با تعداد جريان هاي ترافيكي افزايش مي يابد. بنابراين براي نگهداري اطلاعات وضعيت در مسيرياب ها نياز به حافظه زيادي مي باشد. همچنين بالاسري عمليات مسير ياب ها به شدت افزايش مي يابد. لذا قابليت مقياس پذيري در ساختار سرويس هاي مجتمع به هيچ وجه مشاهده نمي گردد .

2- هر مسير ياب نياز به پروتكل RSVP ، روتين كنترل كننده دسترسي، طبقه بندي كننده جريان ترافيكي و زمان بند بسته دارد . بنابراين مي توان گفت كه در سرويس هاي مجتمع وظايف پردازشي مسيرياب ها به شدت زياد مي باشد.

1-2-2- سرويس هاي متمایز

به خاطر مشكلات پياده سازي و توسعه سرويس هاي مجتمع كه در بالا به آنها اشاره شد، سرويس هاي متمایز ارائه گرديدند . همانطور كه مي دانيم درسر فصل بسته هاي IPv4 فيلد يك بايتي به نام نوع سرويس (ToS) وجود دارد. در اين فيلد سه بيت مختلف وجود دارد كه برنامه هاي كاربردي با استفاده از اين سه بيت قادر به تعيين نيازهاي خود مي باشند. سه بيت فوق عبارتند از:

1-         بيت D: نياز به تاخير كم

2-         بيت R:‌نياز به نرخ اتلاف كم (اطمينان بالا)

3-         بيت T: نياز به گذردهي بالا

در سرويس هاي متمایز، فيلد نوع سرويس به فيلد DSتغيير نام كرده است. با كد گذاري هاي مختلف فيلد DSو پردازش بسته ها براساس مقدار فيلد فوق، مي توان كلاس هاي سرويس متمایزي را ايجاد نمود.

براي دسترسي به سرويس هاي متمایز، لازم است كه كاربران شبكه به يك توافق سطح سرويس (SLA) با سرويس دهنده هاي اينترنت ((ISP ، برسند . كلاس هاي مختلف سرويس و ميزان ترافيك هر كلاس در SLAمشخص مي شود. SLAمي تواند به يكي از دو صورت ثابت  و پويا  بيان شود. در نوع ثابت توافق ترافيكي بين كاربر و ISPثابت مي باشد، در حاليكه در نوع پويا با استفاده از پروتكل های سيگنالينگ (مثل RSVP) سرويس مورد نظر كاربر متناسب با تقاضاي آن قابل تنظيم مي باشد. براساس SLAتوافق شده بين كاربر و شبكه، در مدخل ورودي به شبكه،‌ بسته‌هاي ورودي كاربران طبقه بندي، نظارت و در صورت لزوم شكل دهي مي گردند. همچنين ميزان بافر مورد نياز جريان ترافيكي كاربر از اطلاعات موجود در SLAاستخراج مي گردد.

با كمك عمليات طبقه بندي، نظارت، ‌شكل دهي و زمانبندي كه در DSاجرا مي گردد، مي توان به سرويس هاي متمایز زير دسترسي پيدا نمود.

1-         سرويس هاي تشويقي  : براي كاربردهايي كه به تاخير و تغييرات تاخير كم نياز می باشد.

2-         سرويس هاي مطمئن : براي كاربردهايي كه به اطمينان بالا نياز مي باشد.

3-       سرويس هاي المپيك : اين سرويس ها خود به سه دسته سرويس هاي طلايي ، نقره‌اي و برنزي تقسيم بندي مي شوند كه به ترتيب كيفيت سرويس كاهش مي يابد.

بين استفاده از سرويس هاي متمایز و RSVP تفاوت هاي زير وجود دارد:

از آنجائيكه در سرويس هاي متمایز تعداد كلاس هاي سرويس كه توسط فيلد DSمشخص مي شود بسيار محدود است، بنابراين برخلاف سرويس هاي مجتمع،‌ ميزان اطلاعات وضعيت متناسب با تعداد كلاس هاي سرويس مي باشد نه تعداد جريان هاي ترافيكي. اين امر منجر به قابليت مقياس پذيري بالاتر سرويس هاي متمایز نسبت به سرويس هاي مجتمع مي گردد.

عمليات طبقه بندي، نشانه گذاري، نظارت و شكل دهي فقط در مرز شبكه بايد انجام شود. بنابراين پياده سازي و اعمال سرويس هاي متمایز ساده تر از سرويس هاي مجتمع مي باشد.

براي پياده سازي سرويس هاي مطمئن، ‌ابتدا  توسط مسيرياب ورودي شبكه عمليات طبقه بندي و نظارت صورت مي گيرد. چنانچه ترافيك ورودي از آنچه كه در SLA آمده است، بيشتر باشد در اين صورت ترافيك ورودي متخلف مي باشد، در غير اين صورت نامتخلف است. تمام بسته هاي ورودي و خروجي در يك صف قرار مي گيرند و برروي آنها مديريت صف صورت مي گيرد .

سرويس هاي تشويقي براي كاربراني كه ترافيك توليدي آنها داراي حداكثر نرخ  بيت ثابت مي باشد، تاخير و تغييرات تاخير كمي را تضمين مي نمايد. هر كاربر داراي يك توافق ترافيكي SLA با سرويس دهنده خود مي باشد. در SLA حداكثر نرخ بيت مجاز كاربر قيد شده است و كاربر موظف به رعايت آن مي باشد. چنانچه نرخ بيت ارسال كاربر از حداكثر مجاز تجاوز نمايد، ‌در اين صورت ترافيك هاي اضافي از بين مي روند. شبكه نيز متعهد مي شود كه پهناي باند مورد نياز كاربر را تامين نمايد. در كاربردهايي نظير تلفن اينترنتي، كنفرانس ويدئوئي، ايجاد خطوط استيجاري و مجازي و VPN از سرويس هاي تشويقي استفاده مي شود.

 

• تاثیر شخصیت پدر ومادر بر فرزندان
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس معادلات دیفرانسیل نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس روش های محاسبات عددی,محاسبات عددی نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس ریاضی عمومی 1 نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس ریاضی 2,ریاضی عمومی 2,ریاضی کاربردی 1 نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس شیمی عمومی 1,شیمی1 نيمسال اول 93-92