Hasso-Plattner-Institut
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Modeling, Simulation and Evaluation of TCP/IP Networks

Die Dissertation ist in drei Teile gegliedert: Erstens, die Modellierung von TCP/IP Netzen sowie der Struktur des Protokoll Stacks im BSD Betriebssystem (Kap. 2). Auf Grundlage dieser Modelle entstanden zweitens der Entwurf und die Implementierung eines auf diskreten Ereignissen basierten IP-Netzwerk-Simulators (Kap. 3 u.4). Der dritte Teil dokumentiert die Anwendung des Simulators in Fallstudien (Kap. 6).

Die Modellierung dient dazu, eine möglichst genaue, aber gleichzeitig auch hinreichend abstrahierbare Beschreibung von TCP/IP und TCP/IP Netzen gemäß der IETF RFCs und des Protokoll Stacks in 4.4BSD zu finden. Mit Hilfe dieser Modelle und nach Untersuchung existierender Simulatoren wurde der "Visualized IP-based Network Simulator" (VINS) entworfen und implementiert. Schlüsselbeiträge von VINS sind unter Anderem die IP Vernetzung, welche dem Classful Scheme folgt, die Socket Schnittstelle, welche die diskreten Protokoll Dateneinheiten in den Netzen und dem Byte-Stream der Anwendung überbrückt, sowie die Bedienzeitmodelle der Knoten. VINS erlaubt es, große IP Netze mit komplizierter Topologie und verschiedenen Schicht-4 Modulen zu simulieren und detaillierte Analysen auf Byte-Stream - und Paket-Level zur Netz - Planung und Verkehrsoptimierung erstellen.

Schließlich werden drei VINS-Fallstudien vorgestellt. In der ersten Fallstudie, basierend auf der IP Schicht, wird das Head-of-Line-Blocking Phänomen in den Knoten untersucht. Außerdem wird zyklischer Transport, welche auf schlechten IP-Konfigurationen basieren, aufgezeigt und ein optimierter TTL Steuermechanismus vorgeschlagen, welcher das Problem reduziert. In der zweiten Fallstudie mit Fokus auf der TCP Schicht, wird ein neues Test-Verfahren vorgeschlagen. Durch die Änderung des Hintergrundverkehrs und der Topologie werden Leistung und Stärken der verschiedenen TCP Varianten bestimmt, statt der sonst üblichen unabhängigen Untersuchung unterschiedlicher Paketverlustraten und Verspätungen (Delays). In der dritten Fallstudie wird VINS zur Untersuchung eines simulierten drahtlosen Netzes verwendet mit häufigen Subnetzänderungen durch Störungen und Roaming. In dieser Studie wurde ein neues Optimierungsverfahren vorgeschlagen und in der Simulation getestet, welche die Leistung der Hosts bei häufigen Subnetzänderungen verbessert.