Приняла: Сайфуллаева Н. А. Ташкент 2023 Вопросы Что такое моделирование?

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ МУХАМАДА АЛ-ХОРАЗМИЙ
ОТЧЁТ №1 по лабораторной работе по предмету Компьютерные сети

Выполнил(а): Набижонов Д. Н.

Группа:046-20
Приняла: Сайфуллаева Н. А.
Ташкент – 2023
Вопросы
1. Что такое моделирование?
2. Что означает команда Ping?
3. Производительность – это?
4. Функциональность – это?

Ответы
1-Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователей.

2- Команда ping сначала посылает пакет эхо-запроса на адрес, а затем ожидает ответа. Эхо-запрос может быть успешным, только если: эхо-запрос достигает места назначения; опрашиваемое устройство может отправить эхо-ответ обратно источнику в рамках заданного времени, называемого временем ожидания (тайм-аутом).
3- Cisco Integrated Services Router (ISR) Generation 1 и 2

Для начала из коробки были взяты два младших маршрутизатора Cisco 871 и 881. Это маршрутизаторы разных поколений (871 более старый – G1, а 881 более новый – G2), которые обычно ставятся в небольшие офисы, например, в удалённые филиалы компании.

Исследуемые маршрутизаторы имеют сходные черты в плане программной и аппаратной архитектуры: операционная система – Cisco IOS, «мозг» устройств – SoC MPC 8272 в 871 и SoC MPC 8300 в 881.

Для каждого маршрутизатора проверялись следующие режимы работы:

• 
  Маршрутизация с использованием технологии Cisco Express Forwarding (CEF).
  
• 
  Маршрутизация без использования оптимизирующих технологий (Process Switching).
  
• 
  Маршрутизация (CEF) и применённый список доступа (ACL) на одном из интерфейсов.
  
• 
  Маршрутизация (CEF) и ACL на одном из интерфейсов с опцией log.
  
• 
  Маршрутизация (CEF) и включённая служба трансляции адресов (NAT*).
  
• 
  Маршрутизация (CEF) и включенные сервисы межсетевого экранирования (CBAC для 871 и ZPF для 881).
  
• 
  Маршрутизация (CEF), МСЭ и NAT.
  

* При тестировании настраивался как статический, так и динамический NAT. Оба варианта показали примерно одинаковое влияния на производительность устройства.

Тестирование затрагивало маршрутизацию трафика (L3-коммутацию) на базе CEF и Process Switching. Оба режима работы на исследуемых устройствах являются программной обработкой пакетов. Разница в том, как именно маршрутизатор принимает решение куда отправить пакет. В случае Process Switching маршрутизатор для каждого пакета определяет, куда его передать и формирует/модифицирует необходимые заголовки в рамках отдельного процесса на основании таблицы маршрутизации и L2-таблиц. Происходит так называемая процессорная обработка. В случае CEF маршрутизатор использует заранее подготовленные специальным образом таблицы FIB (таблица префиксов) и Adjacency (таблица данных по соседям), которые позволяют существенно снизить нагрузку на ЦПУ и повысить скорость обработки пакета внутри устройства.

Для более наглядного сравнения данные по разным устройствам нанесены на один график (рисунок 1).




Отметим основные моменты:

1. 
   Так как интерфейсы на устройствах имеют тип FastEthernet, максимальная пропускная способность точка-точка, полученная через iPerf3, не превышала 95 Мбит/с. При этом загрузка ЦПУ для некоторых режимов тесетирования не достигала своих пиковых значений, а значит цифра 95 Мбит/с для этих маршрутизаторов не предел.
   
2. 
   Маршрутизатор 881 выглядит лучше, так как имеет более продвинутую аппаратную начинку (в первую очередь процессор общего назначения, далее ЦПУ).
   
3. 
   Как и следовало ожидать, мы видим заметную деградацию производительности при включении сервисов.
   
4. 
   При отключении CEF мы имеем существенное уменьшение производительности, так как маршрутизатор начинает обрабатывать каждый пакет не самым оптимальным образом.
   
5. 
   Включение опции log в ACL приводит к повышению нагрузки на устройство (загрузка ЦПУ в этом случае составляет 99%), что негативно сказывается на производительности. Обусловлено это тем фактом, что опция log заставляет маршрутизатор обрабатывать каждый пакет, попадающий в отмеченную строчку ACL, в режиме Process Switching, что существенно увеличивает нагрузку на процессор.
   

Предлагаю рассмотреть подробнее загрузку ЦПУ в случае маршрутизации в режиме CEF и Process Switching. Маршрутизация в режиме CEF:

Router881#sh processes cpu sorted

CPU utilization for five seconds: 47%/42%; one minute: 40%; five minutes: 35%
PID Runtime(ms) Invoked uSecs 5Sec 1Min 5Min TTY Process
89 143724 8597 16717 1.51% 1.42% 1.43% 0 COLLECT STAT COU
5 25792 638 40426 1.43% 0.29% 0.20% 0 Check heaps
97 45204 180099 250 0.63% 0.57% 0.47% 0 Ethernet Msec Ti
…

Общая загрузку ЦПУ составляет 47%. Из них 42% уходит на обработку прерываний, вызванных передачей пакетов. Прерывания при передаче пакетов бывают двух типов: прерывание получения и прерывание передачи пакета. Прерывание получения пакета инициируется интерфейсным процессором, когда пакет получен через интерфейс маршрутизатора и он готов к обработке. Получив такое прерывание ЦПУ прекращает обработку текущих процессов, и начинает выполнять обработку пакета. Так как включен режим CEF, ЦПУ принимает решение, куда передать пакет на основании таблиц CEF (FIB и Adjacency) во время прерывания. Т.е. ему не требуется отправлять пакет на процессорную обработку, а значит существенно экономятся процессорные мощности. В связи с этим на процессы в маршрутизаторе тратится лишь 5% загрузки ЦПУ. Прерывание отправки пакета передаётся на ЦПУ, когда пакет был отправлен интерфейсным процессором дальше по каналам связи. ЦПУ реагирует на это прерывание обновлением счётчиков и освобождением памяти, выделенной для хранения пакета. В плане вклада в общую загрузку устройства данное прерывание менее интересно.

Маршрутизация в режиме Process Switching:

Router881#sh processes cpu sorted

CPU utilization for five seconds: 99%/27%; one minute: 82%; five minutes: 48%
PID Runtime(ms) Invoked uSecs 5Sec 1Min 5Min TTY Process
129 98988 6013 16462 69.91% 55.95% 19.35% 0 IP Input
89 145568 9248 15740 1.11% 1.11% 1.33% 0 COLLECT STAT COU
97 45480 193804 234 0.23% 0.23% 0.35% 0 Ethernet Msec Ti
…

Теперь общая загрузка ЦПУ составляет 99%. Причём только 27% уходит на прерывания. Остальные 72% тратятся на выполнение процессов. Процесс IP Input забирает практически 70% процессорного времени. Именно этот процесс отвечает за процессорную обработку пакетов, т.е. тех пакетов, которые не могут быть обработаны во время прерывания (например, отключен CEF или в его таблицах нет нужной информации для передачи, пакеты адресованы непосредственно маршрутизатору или являются широковещательным трафиком и пр.). А так как в нашем примере отключены CEF и Fast Switching (об этом методе я не упоминал в силу его неактуальности), после того как к ЦПУ пришло прерывание получения пакета, ЦПУ отправляет пакет на процессорную обработку. Прерывание завершается и ЦПУ обрабатывает пакет непосредственно в рамках одного из своих процессов. Поэтому мы и видим такую утилизацию ЦПУ процессом IP Input.

Ещё интересно будет посмотреть на загрузку ЦПУ в случае ACL с опцией log.

Router881#sh processes cpu sorted

CPU utilization for five seconds: 99%/37%; one minute: 80%; five minutes: 52%
PID Runtime(ms) Invoked uSecs 5Sec 1Min 5Min TTY Process
129 297672 15360 19379 60.83% 48.79% 29.67% 0 IP Input
89 150496 10973 13715 0.72% 0.93% 1.22% 0 COLLECT STAT COU
97 46036 232697 197 0.16% 0.17% 0.21% 0 Ethernet Msec Ti
…

Опция log в ACL заставляет маршрутизатор каждый пакеты отправлять на процессорную обработку, признаком чего, как и в предыдущем примере, является высокая утилизация ЦПУ процессом IP Input.