一種基于OPNET的小型網(wǎng)絡(luò)仿真及分析

摘要：OPNET作為一種最流行的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件之一，已經(jīng)被越來越多科研人員使用。文中介紹了OPNET的特點(diǎn)并通過OPNET仿真來分析一個小型星型網(wǎng)絡(luò)在增加一個外圍星型網(wǎng)絡(luò)的情況下網(wǎng)絡(luò)延遲和服務(wù)器負(fù)載的變化，同時通過仿真，為一個小公司選擇一個最佳的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：OPNET：星型網(wǎng)絡(luò)：仿真：網(wǎng)絡(luò)延遲

0 引言
    網(wǎng)絡(luò)仿真是一種利用數(shù)學(xué)建模和統(tǒng)計(jì)分析的方法模擬網(wǎng)絡(luò)行為，從而獲取特定的網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)的技術(shù)。在人們建立新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或通信標(biāo)準(zhǔn)等的時候，要想知道它們對網(wǎng)絡(luò)性能如吞吐量、網(wǎng)絡(luò)延遲等的影響，都離不開網(wǎng)絡(luò)仿真。目前網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和開發(fā)中的主流技術(shù)。在當(dāng)今的信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，人們對網(wǎng)絡(luò)通信的需求也不斷提高。隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來越多，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度不斷變大，網(wǎng)絡(luò)的性能也變得愈加難測，因而對仿真軟件的要求也越來越高。目前常用的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件種類比較豐富，主要有Berkeley NS、OMNeT++、SSFNET、OPNET等。OPNET是——個強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境，現(xiàn)在已經(jīng)受到越來越多研究人員的青睞。文中通過OPNET仿真來分析一個小型的星型網(wǎng)絡(luò)在通過一個路由器外加一個星型網(wǎng)絡(luò)的情況下，整個網(wǎng)絡(luò)的延遲和服務(wù)器負(fù)載的變化，同時由仿真結(jié)果分析對于一個有著固定主機(jī)數(shù)的小公司，應(yīng)該使用那種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蚈PNET仿真軟件
    星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各個計(jì)算機(jī)使用各自的線纜連接到網(wǎng)絡(luò)中，如果一個站點(diǎn)出現(xiàn)問題，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。該結(jié)構(gòu)易于維護(hù)，通過交換電纜和工作站的簡單方法可以很容易地確定網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)。整個網(wǎng)絡(luò)不會因一個站點(diǎn)的故障而受影響，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增減方便，是現(xiàn)在最常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
    OPNET是一種基于離散事件的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，它采用分層建模方式，它分為進(jìn)程建模、節(jié)點(diǎn)建模和網(wǎng)絡(luò)建模三層。進(jìn)程建模模擬單個對象的行為，使用有限狀態(tài)機(jī)進(jìn)行建模；節(jié)點(diǎn)建模是通過使用不同的模塊來描述節(jié)點(diǎn)對象的不同行為，展示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)建模是在節(jié)點(diǎn)建模階段完成后的行為，它負(fù)責(zé)把節(jié)點(diǎn)建模中建立起來的設(shè)備互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，編輯網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
    OPNET仿真軟件的主要特點(diǎn)包括：采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)；基于事件的有限狀態(tài)機(jī)建模；無線嵌套的網(wǎng)絡(luò)模型；提供詳細(xì)的基本模型庫；離散事件驅(qū)動的模擬機(jī)理；高效的仿真引擎；提供多種業(yè)務(wù)模型；完全開放的系統(tǒng)；集成的交互式調(diào)試工具；豐富的統(tǒng)計(jì)和集成分析功能。

2 網(wǎng)絡(luò)仿真及結(jié)果分析
    假設(shè)一個實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有三十臺主機(jī)，該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)擁有一個星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于增加了一個實(shí)驗(yàn)室(15臺主機(jī))，在增加的實(shí)驗(yàn)室中同樣是一個星星拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過路由器把兩個網(wǎng)絡(luò)連接起來，根據(jù)仿真結(jié)果分析在增加額外負(fù)載的情況下是否會嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：

    在圖1中，使用了一個交換機(jī)，外圍節(jié)點(diǎn)代表實(shí)驗(yàn)室的三十臺主機(jī)，圖2中通過一個路由器把兩個實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)連接在了一起。在這兩個網(wǎng)絡(luò)中選擇的交換器為3C—SSII一1100—3300—4s—ae52一e48一ge3，路由器為Cisco2514，鏈路選擇的是10BaseT無屏蔽雙絞線。
    選擇仿真統(tǒng)計(jì)量為服務(wù)器負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)延遲，仿真時間為0．5h，種子數(shù)為128，仿真結(jié)果如下：

    圖中紅色曲線代表未擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)色代表擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)。由仿真結(jié)果可以看出，在增加外圍網(wǎng)絡(luò)的的情況下，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載的變化仍然比較平穩(wěn)，并未出現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢，所以擴(kuò)展后的網(wǎng)絡(luò)仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行，再由圖4可以看出，盡管擴(kuò)展后網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載增加了，但是網(wǎng)絡(luò)延遲并沒有發(fā)生明顯的變化，最終都在0．004s左右。

    下面分析另一種情況，假設(shè)一個公司有有兩間辦公室，一間內(nèi)有主機(jī)三十臺，一間內(nèi)有主機(jī)十五臺，其中一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，下面還有一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖5所示：

    和圖2相比，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中只用了一個交換機(jī)，沒有使用路由器，通過仿真比較這兩種拓?fù)涞慕y(tǒng)計(jì)量結(jié)果如下圖所示：

    由顯示結(jié)果可以看出，兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都能使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行，它們的負(fù)載大致是相同的，網(wǎng)絡(luò)延遲也大致相同。從仿真結(jié)果可以看出，兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)的影響大致上是相同的，所以在給一個小公司配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，兩種結(jié)構(gòu)似乎可以任意選擇。但是，在當(dāng)今的世界上，我們做任何事情都講究簡單節(jié)省、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。所以從經(jīng)濟(jì)的角度上來說，我們應(yīng)該選擇圖5的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谠摻Y(jié)構(gòu)下，不僅保證了網(wǎng)絡(luò)的性能沒有降低，而且節(jié)省了一個路由器、一個交換機(jī)以及若干雙絞線的費(fèi)用開銷。

3 總結(jié)
    文中描述了0PNET仿真軟件的建模機(jī)制和仿真特點(diǎn)，并通過仿真分析了一個星型網(wǎng)絡(luò)在增加相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)的情況下，網(wǎng)絡(luò)性能的變化，結(jié)果顯示，網(wǎng)絡(luò)仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行。同時通過網(wǎng)絡(luò)仿真為一個小型公司選擇了一個最佳的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。