Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

isrm:laboratoare:11 [2014/12/15 07:24]
dragos.niculescu
isrm:laboratoare:11 [2019/05/17 16:25] (current)
mbarbulescu
Line 1: Line 1:
-==== Laboratorul ​11a ==== +==== Laboratorul ​11 ====
-=== Rate multiple (MCS) ===+
  
 +Acest laborator este o introducere în crearea unui setup practic AP (access point) - STA (stație) folosind calculatoarele din PR706. Acestea au montate pe PCI placa Wifi Intel AC7260 care suportă dual band 2.4GHz/5GHz și 802.11a/​b/​g/​n/​ac (Legacy/​HT/​VHT). Calculatoarele fiind dotate cu Linux ne vom folosi de utilitarele userspace pentru a ne crea infrastructura. ​
  
-Se dă scriptul {{isrm:​laboratoare:​src:​multirate.tcl}} care definește  +În acest laborator vom lucra în echipe de minim studențimaxim 3
-nodurile WiFi 0,1,2,3,4 astfel:  +
-<​code>​ +
-        3+
  
-    4   ​0 ​  2 + 
-         +=== Pregătirea access pointului (AP) === 
-        1+ 
 +Pentru a putea porni cu succes daemon-ul de AP trebuie rulate următoarele comenzi (ca ''​root''​). Puteți rula un ''​sudo su''​ înainte.  
 + 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ nmcli radio wifi off 
 +root@pr706-pc:​~#​ rfkill unblock wifi 
 +root@pr706-pc:​~#​ rfkill unblock all 
 +root@pr706-pc:​~#​ killall wpa_supplicant
 </​code>​ </​code>​
-Nodul 0 funcționează ca AP și emite la 11Mbps, iar celelalte noduri sunt clienți, cu legături uplink de 1Mbps. Sunt definite patru fluxuri UDP 1->3, 2->4, 4->0, 0->4, toate cu pachete de 1460 de octeți. ​ 
-Distanțele de la clienți la AP sunt de 20m, RTS este dezactivat, RxThresh=250m,​ iar acești parametri nu vor fi modificați. ​ 
-Scriptul **necesită** următorii 
-parametri pe linia de comandă: 
-  * rate0 <​rate>​ indică rata oferită pentru fluxul 1->​3  ​ 
-  * rate1 <​rate>​ indică rata oferită pentru fluxul 2->​4 ​ 
-  * rate2 <​rate>​ indică rata oferită pentru fluxul 4->​0 ​ 
-  * rate3 <​rate>​ indică rata oferită pentru fluxul 0->​4 ​ 
  
-La sfârșitul simulării de 100 secunde ​se afișează throughputul în bps +S-ar putea ca ''​NetworkManager''​ din Ubuntu încă se ne încurce așa că recomandăm oprirea lui. Dacă pierdeți accesul la internet rulați dhclient pe ''​eno1'':​ 
-pentru ​fiecare flux, și numărul total de pachete transferat pe durata + 
-întregii simulăriScriptul cere ca parametrii rate să fie diferiți de +<code bash> 
-zero, dar pentru a dezactiva ​un flux, trebuie furnizată o rată +root@pr706-pc:​~#​ systemctl stop NetworkManager 
-neglijabilăde exemplu 0.01bpsUnitatea ​de măsură nu se separă cu +root@pr706-pc:​~#​ dhclient eno1    #doar daca nu mai avem conectivitate la Internet 
-spațiu11Mbps360Kbpsetc.+</​code>​ 
 + 
 +Acum trebuie să pornim daemonul ''​hostapd'' ​pentru ​a activa AP-ul nostru. E nevoie de doi pași simpli: 
 +  - Copiați fișierul [[https://​github.com/​isrm-lab/​isrm-lab-sol/​blob/​master/​lab-11/​hostapd.conf|hostapd.conf ​de aici]], salvați-l în ''/​etc/​hostapd/​hostapd.conf''​ 
 +  - Rulați comanda de mai jos, output-ul trebuie să vă spună ''​AP-ENABLED'':​ 
 + 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ hostapd /​etc/​hostapd/​hostapd.conf 
 +Configuration file: /​etc/​hostapd/​hostapd.conf 
 +Using interface wlp2s0 with hwaddr ac:​fd:​ce:​22:​77:​9d and ssid "​ISRMLABORATOR"​ 
 +wlp2s0: interface state UNINITIALIZED->​ENABLED 
 +wlp2s0: AP-ENABLED  
 +</​code>​ 
 + 
 +<note warning>​ 
 +Recomandăm tuturor echipelor de studenți ​să schimbe ''​ssid=ISRMLABORATOR''​ din ''​hostapd.conf''​ pentru a evita conectarea accidentală la AP-ul altora. Puneți orice SSID doriți. ​ 
 +</​note>​ 
 + 
 +== Modul monitor ==  
 + 
 +<note warning>​Pe Intel AC7260 care sunt in laborator merge modul monitor doar pe AP. Recomandarea însă ​pentru a prinde toate pachetele din aer e să fie făcut pe un calculator separat</​note>​ 
 + 
 +<code bash>  
 +root@pr706-pc:​~#​ iw phy phy0 interface add mon0 type monitor flags control otherbss 
 +root@pr706-pc:​~#​ ifconfig mon0 up 
 +root@pr706-pc:​~#​ tcpdump -s0 -ni mon0  
 +</​code>​ 
 +  - ''​-s0''​ capturează toată lungimea pachetelor  
 +  - ''​-n''​ nu rezolvă DNS  
 +  - ''​-i''​ indică interfața  
 + 
 +<code bash>  
 +root@pr706-pc:​~#​ tcpdump -s0 -ni mon0 -w ./m.pcap  
 +root@pr706-pc:​~#​ wireshark ./m.pcap  
 +</​code>​ 
 + 
 +Examinați pachetele capturate și recunoașteți pachetele/​protocoalele/​câmpurile discutate la curs și în articole. 
 + 
 +<note tip> 
 +Comenzile de Linux pentru modul monitor le aveți și la [[https://​sandilands.info/​sgordon/​capturing-wifi-in-monitor-mode-with-iw 
 +|acest link]] 
 +</​note>​ 
 + 
 + 
 +=== Pregătirea stației (STA) === 
 + 
 +Și aici trebuie oprite ''​NetworkManager''​ și ''​wpa_supplicant''​. Vom folosi întâi utilitarul ''​iw''​ apoi ''​wpa_supplicant''​ cu propriul fișier de configurare pentru a ne conecta la AP: 
 + 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ systemctl stop NetworkManager 
 +root@pr706-pc:​~#​ killall wpa_supplicant 
 +</​code>​ 
 + 
 +Pentru a face scanare activă (asigurați-vă că folosiți modul monitor și capturați pachetul - ce tip de pachet va trimite stația?) rulați comanda: 
 + 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ iw dev wlp2s0 scan | grep -i <​yourSSID>​ -A 50 -B 20 
 +</​code>​ 
 + 
 +Pentru a vă asocia la AP-ul pornit anterior folosiți:​ 
 + 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ iw dev wlp2s0 connect <​yourSSID>​  
 +root@pr706-pc:​~#​ iwconfig ​        #to check/​validate association 
 +</​code>​ 
 + 
 +=== Exerciții extra === 
 +  - Rulați o sesiune ''​iperf''​ TCP între cele două stații pentru a determina bandwidth-ul maxim la care TCP se simte bine. Serverul este receptor ​de date, Clientul e transmițătorRulați server pe AP și client pe STACe valoare are aceasta? Suntem în ''​802.11b'',​ care e throughput maxim la acesta și la ce MCS (data rate)? 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ iperf -s -i1 
 +root@pr706-pc:​~#​ iperf -c <​ip_AP>​ 
 +</​code>​ 
 +  - Rulați o sesiune ''​iperf''​ UDP între cele două stații cu cel mai mare packet length (1472 Bytes). Serverul este receptor ​de date, Clientul e transmițător. Rulați server pe AP și client pe STA. e valoare are aceasta? Suntem în ''​802.11b'',​ care e throughput maxim la acesta și la ce MCS (data rate)? 
 +<code bash> 
 +root@pr706-pc:​~#​ iperf -s -i1 -u 
 +root@pr706-pc:​~#​ iperf -c <​ip_AP>​ -b54M -u -i1 -l1472 
 +</​code>​ 
 +  - Pentru exercițiile anterioare urmăriți în PCAP câmpul ''​Data rate''​ din 802.11 radio tap header. Ce observați? Ce se întâmplă cu acesta dacă vom mișca antena? 
 +<note tip> 
 +Dacă nu mișcăm antenele observăm creșterea monotonă data rate (a MCS-ului) grație algoritmului de rate adaption. Intel folosește [[https://​github.com/​torvalds/​linux/​blob/​master/​drivers/​net/​wireless/​intel/​iwlwifi/​dvm/​rs.c|iwl-agn-rs]]. În Linux upstream se folosește algoritmul [[https://​wireless.wiki.kernel.org/​en/​developers/​documentation/​mac80211/​ratecontrol/​minstrel|Minstrel]] pentru vendorii care nu au dezvoltat propriul algoritm în driver/​firmware. 
 + 
 +Dacă mișcăm antenele pe lângă evoluție ne-monotonă a data rate throughputul iperf e afectat.  
 +</​note>​ 
 +  - Pe AP configurați ''​802.11n''​ (ca extra feature). Re-rulați iperf și urmăriți PCAP-urile. Ce apare în plus la MCS? Dar la frame format: apare formatul HT. Mai jos aveți ce trebuie pus în ''​hostapd.conf'':​ 
 +<code bash> 
 +# 802.11n 
 +wmm_enabled=1 
 +ieee80211n=1 
 +ht_capab=[HT40-][SHORT-GI-20][SHORT-GI-40][DSSS_CCK-40][DSSS_CCK-40][DSSS_CCK-40] 
 +</​code>​ 
 + 
 + 
 +<​hidden>​ 
 +=== Multihopautointerferență === 
 + 
 +Se folosește un singur canal pentru toate hopurile din rețea. O topologie simplă este string: un șir de noduri care poate transporta trafic de la un capăt la altul. În general o rețea adhoc poate avea forma unui grafdar două noduri care comunică vor folosi un șir de alte noduri pentru a transporta traficul. O particularitate a acestei topologii este aceea că pachetele aceluiași flux concurează pentru accesul la mediu. De fapt, un șir este o colecție de terminale expuse și ascunse.
  
-  - Să se calculeze capacitatea maximă a aerului în pps si bps pentru fiecare emițător luat în izolare. Cât durează transmiterea unui cadru de la stații? Dar de la AP? +=== Experiment 1 === 
-  - Dacă doar fluxul 0 (1->3) este activce throughput se obține end to end?  +Se dă topologia A B - Cnodurile fiind plasate la interval de 20m. CSThresh=550m,​ RXThresh=250m. Scriptul {{isrm:​laboratoare:​src:​string_bidir.tcl}} primește parametrii ​-sendingRate0 [R0] -sendingRate1 [R1] care descriu ratele în bps oferite fluxurilor UDP0 A->B->și UDP1 C->​B->​A ​(-sendingRate0 nu poate fi 0dar se pot folosi valori foarte mici 0.01Kbps). Scriptul afișează debitul ​obținut, șproduce fișierul trace "​.tr"​ în formatul cunoscut.
-  ​Care este rata coliziunilor (cps)? Cât durează o coliziune?  +
-  ​Cum se justifică valoarea obținută? Care este compoziția cadrelor din aer?  +
-  ​Dacă doar fluxurile 0 (1->3) și (2->4) sunt activece throughput ​se obține end to end?  +
-  - Cum se justifică valoarea ​obținută?  +
-  - Cum putețobține o valoare mai mare? +
  
 +    - să se determine capacitatea mediului în bps, și în pps.
 +    - atunci când fluxurile au cereri egale, să se examineze performanța obținută de fiecare flux în funcție de debitul oferit. Care sunt regiunile importante ale graficului?
 +    - Cum se justifică logic/​numeric valoarea maximă și valoarea de saturație?
 +    - Ce se schimbă la 2. și 3. când avem o topologie de 4 noduri spațiate la 20m: A - B - C - D? -sendingRate0 se transmite de la A, iar -sendingRate1 se transmite de la D, -nn 4 rulează cu 4 noduri. ​
 +    - Ce valoare obține TCP în cele două situații? ​
 +      * de ce este mai mică decât ..., și mai mare decât...? ​  
  
-=== Rezolvare ​=== +=== Experiment 2 === 
-  Se dezactivează toate fluxurile în afară de unul pentru a studia un transmițător în izolare: <​code> ​     +Folosindu-se același script, se evaluează capacitatea ​pentru un șir de 20 noduri spațiate fie la 20mfie la 200m (variabila hopDistance în script).
-    ns ./​multirate.tcl -rate0 0.01bps -rate1 0.01bps ​ -rate2 0.01bps -rate3 11Mbps ​ </​code>​ Se obțin 511pps, sau 5.97Mbps pentru AP. Un cadru durează \( \frac{1000}{511} = 1.95ms \) <​code> ​     +
-    ns ./​multirate.tcl -rate0 0.01bps -rate1 0.01bps ​ -rate2 11Mbps -rate3 0.01bps ​ </​code> ​ Se obțin 77pps, sau 902Kbps pentru statii. Un cadru durează \( \frac{1000}{77} = 12.98ms \) +
-  - Se activează doar fluxul 0 (1->​3): ​ <​code> ​     +
-    ns ./​multirate.tcl -rate0 902Kbps -rate1 0.01bps ​ -rate2 0.1bps -rate3 0.1bps ​ </​code>​ Se obțin 755Kbps, sau 64pps. În aer se află cadre scurte, la 11Mbps, ​și cadre lungiemise la 1Mbps, cel puțin câte 64 din fiecare, deoarece 64pps sunt livrate la destinație. Este posibil să mai fie și cadre în coliziune. +
-  - <​code>​ cat ./​multirate.tr ​ | grep cbr | grep COL | wc -l </​code> ​ Rezultă 4cps coliziuni pe secundă. Deoarece toate dispozitive sunt în CS, nu avem terminale ascunse, și coliziunile sunt datorate ferestrei de contenție. Avem 2 transmițători:​ AP și stația 1, ce emit cadre de lungimi diferite. O coliziune durează până la sfârșitul cadrului cel mai lung (802.11 nu are CSMA/CD), adică 12.98ms. 4*12.98ms = 52ms = 5.2% din timp.  +
-  - Trebuie să aflăm câte cadre din fiecare tip se află în aer  într-o secundă. Fiecare emițător câștigă mediul în mod egal pe termen lung, x cadre pe secundă, dar fiecare îl ține ocupat în funcție de MCS folosit: (1Mbps, 11Mbps) \( R_1 = 77pps, R_2 = 511pps\). În plus mai avem și C coliziuni pe secundă. $$ \frac{x}{R_1} + \frac{x}{R_2} + \frac{C}{R_1} = 1 $$ $$ x = (1-\frac{C}{R_1})\frac{R_1R_2}{R_1+R_2} = 63pps$$ adică 63*1480*8 = 751Kbps, consistent cu ce am obținut în simulare.<​code>​  +
-    * Stația 1 ocupă 64*12.98 = 823ms = 82% din timp.  +
-    * AP ocupă 64*1.95=123ms = 12% din timp +
-    * coliziuni, restul de 5% din timp </​code>​ Coada de pachete este probabil mereu goală în AP, și în creștere la stație, deoarece se generează mai mult decât se poate emite.<>​ +
-  - Activăm fluxurile 0 și 1, oferind maximul precedent: <​code> ​     +
-    ns ./​multirate.tcl -rate0 755Kbps -rate1 755Kbps ​ -rate2 0.1bps -rate3 0.1bps +
-    cat ./​multirate.tr ​ | grep cbr | grep COL | wc -l  +
-  </​code>​ Se obțin câte 199Kbps ​pentru ​fiecare flux, adică 17pps. Coliziuni 8.2cps.  +
-  - Dacă se transmite ​un maximum de la fiecare sursă (1 și 2), AP-ul va avea de retransmis pentru ambele, dar nu câștigă mediul decât în 1/3 din arbitrări, deși cadrele lui sunt mai scurte. $$  \frac{x}{R_1} + \frac{x}{R_1} + \frac{x}{R_2} + \frac{C}{R_1} = 1 $$ Ce este diferit față de cazul precedent este că toți cei trei   ​emițători sunt saturați, AP-ul însă nu dirijează decât \( \frac{x}{2} \) pentru ​  ​fiecare flux, iar restul este pierdut. $$ x = (1 - \frac{C}{R_1})\frac{R_1 R_2}{R_1+2 R_2} = 32pps$$ Dar debitul obținut pentru fiecare flux este doar \(x/2\) = 16pps, adică 190Kbps.<​code>​ +
-    * Stația 1 ocupă 32*12.98ms = 42% din timp  +
-    * Stația 2 ocupă 32*12.98ms = 42% din timp  +
-    * AP ocupă 32*1.95ms = 6% din timp  +
-    * Coliziuni 8.2*12.98ms = 10% din timp </​code>​ Adică 42% din timp este irosit pentru a transmite prin aer cadre care vor fi aruncate la AP! +
-  - Ar trebui ca fiecare cadru emis de o sursă să fie dirijat de către AP, si nu aruncat, deci împărțirea prin contenție nu se dorește echitabilă,​ ci AP-ul ar trebui să obțină dublu față de fiecare stație. \(x\) este acum debitul per flux: $$  \frac{x}{R_1} + \frac{x}{R_1} + \frac{2x}{R_2} + \frac{C}{R_1} = 1 $$ Din păcte C și x sunt interdependente,​ și o proporție de coliziuni este inevitabilă chiar dacă AP-ul este nesaturat. Cu 0 coliziuni am obține ​ $$ x = \frac{0.5 R_1 R_2}{R_1 + 2 R_2} = 18pps = 396Kbps $$ Dacă rulăm, obținem 214Kbps și 7.9cps, ceea ce este departe de formulă, dar totuși crește debitul și scad coliziunile,​ deci este clar că trebuie trimis mai puțin de la surse. Un alt indiciu este că nu se pot emite mai mult de 755Kbps pentru un fluxdeci 755Kbps/2 = 377Kbps de la fiecare stație 0 și 1, deoarece mediul este comun. <​code> ​ ns ./​multirate.tcl -rate0 377Kbps -rate1 377Kbps ​ -rate2 0.1bps -rate3 0.1bps +
-  </​code>​ Se obțin câte 337Kbps pentru fiecare flux, adică 29pps. Coliziuni C = 5.9cps. Folosind acest ultim C, obținem: $$ x = (1 - \frac{C}{R_1})\frac{0.5 R_1 R_2}{R_1+2 R_2} = 31pps = 365Kbps $$  Dacă oferim doar 365K, se obțin 362K, si doar 4cps (similar cu 2., 3.), probabil ​ optimul pentru această configurație.+
  
 +    * trasați un grafic care arată capacitatea unui șir de noduri în funcție de lungimea lui (1-19 hopuri)
 +    * ce cantitate de trafic injectați în rețea pentru a obține graficul?
 +    * repetați graficul pentru UDP bidirecțional.
 +       * rulați manual pentru diverse valori de trafic injectat  ​
 +    * repetați graficul pentru TCP. Opțiunea -run_tcp 1 generează trafic TCP unidirecțional.
 +    * Explicați asemănările și diferențele pentru cele 2 tipuri de transfer (UDP/TCP)
 +    * repetați graficul pentru TCP bidirecțional.
 +    * comparați
 +      * TCP vs UDP 
 +      * 20m vs 200m
 +      * unidirecțional vs. bidirecțional ​
 +    ​
 +=== Experiment 3 ===
 +TCP, 10 noduri, distanța 20m: 
 +     * Cum se comportă fereastra de congestie TCP? (cwnd_ în fișierul trace), RTT(srtt_ și rttvar_) ​
 +     * care este valoarea BDP (bandwidth-delay product) pentru legătura obținută? ​
 +     * unde se aruncă pachete din cozile ruterelor și unde se pierd în coliziuni? ​
 +     * Ce dimensiune are coada unei interfețe wireless? ​
 +     * Se poate obține throughput mai bun mărind coada? ​
  
 +</​hidden>​
isrm/laboratoare/11.txt · Last modified: 2019/05/17 16:25 by mbarbulescu
CC Attribution-Share Alike 3.0 Unported
www.chimeric.de Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0