基于opnet的校園網(wǎng)仿真設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來，隨著計算機科學技術(shù)的發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，高校規(guī)模的擴大和人數(shù)的增多，高校對網(wǎng)絡(luò)的需求也越來越大，對上網(wǎng)速度的要求也越來越高，對業(yè)務(wù)的需求也迅速增長?，F(xiàn)代化教學手段的普遍運用也使多媒體業(yè)務(wù)需求迅速增長，需要入網(wǎng)的結(jié)點也迅速增加，因此校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加復雜，對設(shè)備性能的要求也更高，鏈路速度更快。許多早期建成的校

2、園網(wǎng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求，校園網(wǎng)需要重新規(guī)劃設(shè)計。而建設(shè)一個基于多業(yè)務(wù)、復雜的校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其投資規(guī)模是非常龐大的，需要一種有效的手段對校園網(wǎng)進行規(guī)劃、設(shè)計、并實現(xiàn)。通過數(shù)學建模的方法過于復雜，根據(jù)經(jīng)驗進行規(guī)劃設(shè)計的方法不可靠，不適應(yīng)日益增長的網(wǎng)絡(luò)需求，利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件來對網(wǎng)絡(luò)模型進行建模并仿真便成了必然的選擇。</p><p>　　本文的主要研究任務(wù)，是通過OPNET仿真軟件，對我國一般大學校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進

3、行建模，對關(guān)鍵參數(shù)進行收集，分析，并在原有模型上添加網(wǎng)絡(luò)結(jié)點及應(yīng)用，再進行仿真，分析，對比，找出可能影響校園網(wǎng)性能的主要因素。</p><p>　　本文的研究對校園網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)建模都具有一定的指導意義，可以提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的科學性，縮短網(wǎng)絡(luò)設(shè)計周期，降低校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的投資風險。具有一定的應(yīng)用價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)仿真 OPNET 校園網(wǎng)</p><

4、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, with the development of computer science and technology, especially the development of network technology, the expansion of the scale of colleges

5、 and the increasing of the number, the network demand becoming more and more big, the Internet needing higher speed,demands on the business also need grow rapidly.The modern teaching means universal use also make multime

6、dia business demand growth, and the node of the net is also rapidly increase, so the campus network structure becomes </p><p>　　The main task of this research is through OPNET simulation software , for China

7、's general university network, the network structure for modeling, simulation of network behavior, the key parameters of the collection, analysis, and add in the original model of the network nodes and applications,

8、and then simulation, analysis， comparison, Find out the main factors that may affect the campus network performance.</p><p>　　This study on the campus network planning, design, network modeling has certain

9、guiding significance for network design can improve the scientific nature of the network places a short design cycle, reduce the investment risks of Campus Network. Having certain application value.</p><p>

10、　　Key words：OPNET；network simulation；campus network</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1論文研究的背景及目的1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

11、2</p><p>　　1.3論文研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 仿真軟件OPNET4</p><p>　　2.1 OPNET仿真平臺簡介4</p><p>　　2.2 OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù)5</p><p>　　2.2.1 三層建模機制5</p><p>　　2.2.

12、2 離散事件仿真機制7</p><p>　　2.2.3 仿真調(diào)度機制7</p><p>　　2.3 OPNET仿真流程8</p><p>　　第三章 校園網(wǎng)性能評價指標9</p><p>　　3.1 校園網(wǎng)的性能評價指標9</p><p>　　3.1.1 響應(yīng)時間9</p><p>

13、　　3.1.2 網(wǎng)絡(luò)延遲9</p><p>　　3.1.3 延遲變化10</p><p>　　3.1.4 吞吐量10</p><p>　　3.1.5 鏈路使用率11</p><p>　　3.1.6 資源利用率11</p><p>　　3.1.7 丟包率11</p><p>　　3.1

14、.8 可靠性和可用性11</p><p>　　3.2影響性能的要因素12</p><p>　　第四章 校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計13</p><p>　　4.1 校園網(wǎng)的主要拓撲類型13</p><p>　　4.1.1 星型拓撲結(jié)構(gòu)13</p><p>　　4.1.2 樹型拓撲結(jié)構(gòu)13</p><

15、;p>　　4.1.3 總線拓撲結(jié)構(gòu)13</p><p>　　4.1.4 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)14</p><p>　　4.1.5 網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)14</p><p>　　4.2 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備及主要技術(shù)14</p><p>　　4.2.1關(guān)鍵設(shè)備14</p><p>　　4.2.2 主要技術(shù)17</p

16、><p>　　第五章 校園網(wǎng)建模及仿真分析19</p><p>　　5.1 校園網(wǎng)的建模19</p><p>　　5.1.1 需求分析19</p><p>　　5.1.2 網(wǎng)絡(luò)建模20</p><p>　　5.1.3 業(yè)務(wù)配置26</p><p>　　5.2 數(shù)據(jù)收集及仿真分析26&

17、lt;/p><p>　　5.2.1 數(shù)據(jù)收集26</p><p>　　5.2.2 仿真及分析27</p><p>　　5.3 增加節(jié)點及業(yè)務(wù)后仿真分析30</p><p><b>　　結(jié)束語33</b></p><p><b>　　參考文獻34</b></p&g

18、t;<p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1論文研究的背景及目的</p><p>　　隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)的需求也發(fā)生了變化，不再僅僅是傳輸文本信息還增加了更為豐富的語音、數(shù)據(jù)、圖像以及多媒體等業(yè)務(wù)需求，而且隨著網(wǎng)絡(luò)的

19、使用越來越廣泛，用戶的數(shù)量也隨之增加，這必然給網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備帶來沖擊，因此需要對原有設(shè)備加以改造以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)需求的發(fā)展[17]。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)仿真是進行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的一種基本手段。它以系統(tǒng)理論、形式化理論、隨機過程和統(tǒng)計學理論、優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，在設(shè)計階段,仿真方法提供一個虛擬模型來預測并比較各種方案的性能,通過對不同環(huán)境和工作負荷的分析和比較,來優(yōu)化系統(tǒng)的性能[19]。在在新技術(shù)的研究過程中，由于各種原因

20、，實際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實現(xiàn)往往是代價較高或是不現(xiàn)實的。在這種情況下，仿真就成了最佳可供選擇的測試、評估和驗證手段之一。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一種通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，鏈路和協(xié)議模型，模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸，從而獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的仿真技術(shù)。其特點是：網(wǎng)絡(luò)仿真能夠為網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計提供可靠的定量依據(jù)；網(wǎng)絡(luò)仿真能夠驗證實際方案或比較多個不同的設(shè)計方案；具有在高度復雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到高可信度結(jié)果的特點；網(wǎng)絡(luò)仿真的預測功能既可以用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和擴容

21、，也可以用于新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，而且特別適用于中大型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化；網(wǎng)絡(luò)仿真初期應(yīng)用成本不高，而且建好的網(wǎng)絡(luò)模型可以延續(xù)使用，后期投資還會不斷下降[15]。</p><p>　　校園網(wǎng)是現(xiàn)代化教學的基礎(chǔ)性設(shè)施，作為實施教育信息化有效載體，對保障學校教育教學和科研管理等工作的正常有序進行，實現(xiàn)校際交流和資源共享方面，起著至關(guān)重要的作用，并將直接影響到教育信息化建設(shè)的質(zhì)量。目前，世界上大部分發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家都建立

22、了本國的校園網(wǎng)體系噶1。美國在1999年就已有95％的中小學上網(wǎng)；瑞典也有90％以上的公立高中和絕大部分的九年制義務(wù)教育學校聯(lián)網(wǎng)。教育信息化已成為世界發(fā)展的大趨勢[1]。</p><p>　　但受當時資金和技術(shù)條件的限制，我國早期建成的很多校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)、規(guī)模和應(yīng)用都不是很完整，在校園網(wǎng)選型和設(shè)備配置方面都欠佳。校園網(wǎng)普遍存在節(jié)點少、帶寬低、業(yè)務(wù)簡單、利用率不高、可靠性和安全性差都問題。隨著各學校規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)

23、應(yīng)用需求的不斷增加，原有網(wǎng)絡(luò)負載日益繁重；與此同時，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也飛速發(fā)展、日新月異，猶其是圖像、語音、視頻這些帶寬要求高、實時性強的業(yè)務(wù)應(yīng)用越來越多，漸漸超出了原有網(wǎng)絡(luò)的承載能力，許多校園網(wǎng)面臨升級改造問題[18]。當網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多或網(wǎng)絡(luò)上增設(shè)新的業(yè)務(wù)后對網(wǎng)絡(luò)性能有什么影響?原有網(wǎng)絡(luò)還有多少擴充能力?如果擬采用新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進行升級，網(wǎng)絡(luò)的性能又會有多大程度的改善?計劃升級的方案是否切實可行，投入是否值得?這一系列的問題都需要一種合理的

24、手段，對網(wǎng)絡(luò)性能進行科學的預測評估[17]。</p><p>　　為此利用OPNTE網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對校園網(wǎng)進行仿真，以傳統(tǒng)大學校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)為依托，針對網(wǎng)絡(luò)中主交換機的性能情況作為研究校園網(wǎng)的切入點，通過對仿真結(jié)果的分析，根據(jù)分析結(jié)果提出對網(wǎng)絡(luò)改造方案，再次應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件測試改造后交換機的數(shù)據(jù)，判斷改造后的網(wǎng)絡(luò)性能是否優(yōu)于原有網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p>

25、;<p>　　在國外，網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)有十多年的歷史。以前主要用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開發(fā)和研究，使用者大都是大學和研究所的研究人員和開發(fā)人員，近年來網(wǎng)絡(luò)仿真軟件生產(chǎn)商紛紛把應(yīng)用和開發(fā)重點轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計方面，將用戶由原來的研究開發(fā)人員轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計人員。另一方面網(wǎng)絡(luò)仿真規(guī)劃設(shè)計軟件的使用和操作相當復雜，還遠遠沒有達到一般網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計人員經(jīng)過短時間的培訓就能熟練使用的目標，因此國外網(wǎng)絡(luò)仿真軟件廠家正致力于

26、簡化軟件操作界面和操作流程，強化軟件的項目應(yīng)用能力，特別是加強了與網(wǎng)絡(luò)管理軟件廠商的合作，開發(fā)與網(wǎng)管軟件的接口，使得網(wǎng)絡(luò)模型的建立逐步自動化，加快網(wǎng)絡(luò)建模的速度[2]。</p><p>　　我國的網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的研究從1999年起步，這主要有兩個原因，一個是我國數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展較晚，對網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的需求相對不是十分迫切;另一個原因是主流的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件基本上產(chǎn)自美國，而其高端產(chǎn)品在1998年以前一直是對包括中國在內(nèi)的社

27、會主義國家禁運。自1998年以來，由于我國數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的拉動和美國解除高端網(wǎng)絡(luò)仿真軟件出口限制的刺激，我國的網(wǎng)絡(luò)仿真研究和應(yīng)用逐步起步。1997年，CERNET網(wǎng)絡(luò)中心開始開發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件;1998年，北京郵電大學、廣東省郵電科學技術(shù)研究院、原電子部電科院、郵電部規(guī)劃設(shè)計院等單位先后引進了先進的OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用等方面的研究工作[8]。</p><p>　　1.3

28、論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文以O(shè)PNET仿真軟件為平臺，介紹校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)，涉及硬件、拓撲結(jié)構(gòu)、主要性能指標、業(yè)務(wù)需求等，對現(xiàn)有校園網(wǎng)從增加節(jié)點和增設(shè)業(yè)務(wù)等方面進行了網(wǎng)絡(luò)性能仿真分析，利用OPNET對校園網(wǎng)進行了建模并運行仿真，分析仿真結(jié)果，增加應(yīng)用業(yè)務(wù)及結(jié)點，再進行仿真、分析。</p><p>　　全文分為五章，章節(jié)安排如下：</p><p>

29、　　第一章是緒論，概述了本論文研究的背景及其意義，介紹了國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與水平以及教育信息化和校園網(wǎng)的建設(shè)的使用情況。 </p><p>　　第二章是仿真軟件OPNET，探討了仿真技術(shù)理論，對OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行了研究，主要介紹了OPNET軟件的三層建模機制以及OPNET仿真工作流程。</p><p>　　第三章是校園網(wǎng)性能評價指標，主要介紹了常用的網(wǎng)絡(luò)性能評價指標，以及這些

30、指標的分析方法以及可能影響這些指標的因素。</p><p>　　第四章是校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，主要介紹了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的主要拓撲類型，用到的關(guān)鍵設(shè)備以及主要技術(shù)。</p><p>　　第五章是校園網(wǎng)建模及仿真分析，通過需求分析，網(wǎng)絡(luò)建模，業(yè)務(wù)配置完成校園網(wǎng)的建模，運行仿真并分析數(shù)據(jù)。對原有網(wǎng)絡(luò)進行增加節(jié)點后，在運行仿真并分析數(shù)據(jù)，通過兩次對比，找出影響校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的因素。</p>

31、<p>　　第二章 仿真軟件OPNET</p><p>　　2.1 OPNET仿真平臺簡介</p><p>　　OPNET最早是在1986年由麻省理工大學的兩個博士創(chuàng)建的，并發(fā)現(xiàn)其對于網(wǎng)絡(luò)模擬非常的有用，因此于1987年建立了商業(yè)化的OPNET。目前共有大概5000個OPNET用戶，包括企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)運營商，儀器配備廠商以及軍事，教育，銀行，保險等領(lǐng)域。成千上萬的組織使用OPNET

32、軟件來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、最大限度地提高通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的可用性。至今OPNET已經(jīng)升級到了11.5以上版本。它的產(chǎn)品線除了Modeler外，還包括IT Guru、SP Guru、OPNET Development Kit 和WDM Guru等[10]。</p><p>　　在OPNET的各種產(chǎn)品中，Modeler幾乎包含了其他所有產(chǎn)品的功能，針對不同的領(lǐng)域它表現(xiàn)出不同的用途：（1）對于企業(yè)網(wǎng)的模擬。Modeler調(diào)用已

33、經(jīng)建好的標準模擬組網(wǎng)，在某些業(yè)務(wù)達不到服務(wù)質(zhì)量的時候，Modeler捕捉重要的流量進行分析，從業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器三方面找出瓶頸。（2）對于運營商（ISP）網(wǎng)的模擬。Modeler焦點放在整個業(yè)務(wù)層流量的模擬，使運營商有效的查處業(yè)務(wù)配置中產(chǎn)生的錯誤。（3）針對研發(fā)的需求，Modeler提供了一個開放的環(huán)境，使用戶能夠建立新的協(xié)議和配置，并且能夠?qū)⒓毠?jié)定義并模擬出來[7]。</p><p>　　OPNET支持面向?qū)ο?/p>

34、的建模方式，并提供圖形化的編輯界面，更便于用戶使用；采用離散事件驅(qū)動的模擬機理，使計算效率得到了很大提高；將基于包的分析方法和基于統(tǒng)計的數(shù)學建模方法結(jié)合起來，大大加快了仿真效率，而且可以得到非常細節(jié)化的模擬結(jié)果；在物件拼盤中，包含了詳盡的模型庫，包括：路由器、交換機、服務(wù)器、客戶機、ATM設(shè)備、DSL設(shè)備等，還有其它廠商提供的配備，隨著OPNET版本的提高模型庫也不斷增加。此外，功能完善的結(jié)果分析器為網(wǎng)絡(luò)性能的分析提供了有效而又直觀的工

35、具；提供了多種業(yè)務(wù)模擬方式；具有豐富的收集分析統(tǒng)計量，查看動畫和調(diào)試等功能；它可以直接收集常用的各個網(wǎng)絡(luò)層次的性能統(tǒng)計參數(shù)，能夠方便地編制和輸出仿真報告。</p><p>　　2.2 OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　2.2.1 三層建模機制</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)是復雜的系統(tǒng)，OPNET Modeler建模采用層次化和模塊化的方式，將復雜的體系分解為不

36、同的層次結(jié)構(gòu)，每層完成一定的功能，一層內(nèi)又由多個模塊組成，每個模塊完成更小的任務(wù)。從網(wǎng)絡(luò)物件層次關(guān)系看，提供三層建模機制，底層為進程模型，以有限狀態(tài)機(FSM)來描述各個狀態(tài)和狀態(tài)間轉(zhuǎn)移關(guān)系;其次為節(jié)點模型，其用來定義結(jié)點的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由發(fā)信機模塊，接收機模塊，處理機模塊，隊列模塊及包流，統(tǒng)計線等連接組成，反映服務(wù)特性;最上層為網(wǎng)絡(luò)模型，與實際網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)，反映網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性。三層模型與實際的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)三層完全對應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)

37、特性[6]。另外，還增加了外部系統(tǒng)模型，OPNET提供了與外部程序或系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的機制，提供協(xié)同仿真功能。</p><p>　　圖2-1 層次化的建模</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)模型、結(jié)點模型和進程模型分別在相應(yīng)的項目編輯器、結(jié)點編輯器和進程編輯器中完成。</p><p><b>　　圖2-2 進程模型</b></p><

38、p><b>　　圖2-3 網(wǎng)絡(luò)模型</b></p><p><b>　　圖2-4 節(jié)點模型</b></p><p>　　2.2.2 離散事件仿真機制</p><p>　　OPNET采用離散時間驅(qū)動的模擬機理，其中“事件”是指網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，也就是說，只有在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時模擬機才工作，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不發(fā)生變化的時間段不執(zhí)

39、行任何模擬計算，即被跳過，因而仿真時間是離散的。每個仿真時間點上可以同時出現(xiàn)多個事件，事件的發(fā)生可以有疏密的區(qū)別。與時間驅(qū)動相比，離散時間驅(qū)動的模擬機效率得到很大的提高[16]。</p><p>　　仿真中的各個模塊之間通過事件中斷方式傳遞事件信息。每當出現(xiàn)一個事件中斷時都會觸發(fā)一個描述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為或者系統(tǒng)處理的進程模型的運行，通過離散事件驅(qū)動的仿真機制實現(xiàn)了在進程級描述通信的并發(fā)性和順序性，再加上事件發(fā)生時刻的

40、任意性，決定了可以仿真計算機和通信網(wǎng)絡(luò)中的任何情況下的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和行為。</p><p>　　2.2.3 仿真調(diào)度機制</p><p>　　在OPNET中使用基于事件列表的調(diào)度機制，合理安排調(diào)度事件，以便執(zhí)行合理的進程來仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為。調(diào)度的完成通過仿真軟件的仿真核和仿真工具模塊以及模型模塊來實現(xiàn)，事件列表的調(diào)度機制具體描述如下[1]：</p><p>　　1、每

41、個OPNET仿真都維持一個單獨的全局時間表，其中的每個項目和執(zhí)行都受到全局仿真時鐘的控制，仿真中以時間順序調(diào)度事件列表中的事件，需要先執(zhí)行的事件位于表的頭部。當一個事件執(zhí)行后將從事件列表中刪除該事件。</p><p>　　2、仿真核作為仿真的核心管理機構(gòu)，采用高效的辦法管理維護事件列表，按順序通過中斷將在隊列頭的事件交給指定模塊，同時接收各個模塊送來的中斷，并把相應(yīng)事件插入事件列表中間。仿真控制權(quán)伴隨中斷不斷地在

42、仿真核與模塊之間轉(zhuǎn)移。</p><p>　　3、當事件同時發(fā)生時，仿真核按照下面兩種辦法來安排事件在事件列表中的位置：</p><p>　?。?）按照事件到達仿真核的時間先后順序，先到達先處理（first come first serve）。</p><p>　　（2）按照事件的重要程度，為事件設(shè)置不同的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先權(quán)高的先處理。</p><p&

43、gt;　　2.3 OPNET仿真流程</p><p>　　利用OPNET仿真，一般遵循以下工作流程：</p><p>　　1、定義目標問題：明確和規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)仿真所要研究的問題和目標，提出明確的網(wǎng)絡(luò)仿真描述性能參數(shù)。如網(wǎng)絡(luò)通信吞吐量、鏈路利用率、設(shè)備利用率、端到端延遲等。</p><p>　　2、建立網(wǎng)絡(luò)仿真模型：根據(jù)研究的問題和目標，建立所需要的網(wǎng)絡(luò)模型、進程模型或

44、節(jié)點模型，并配置相關(guān)業(yè)務(wù)。</p><p>　　3、收集統(tǒng)計量：根據(jù)要研究的問題和目標，收集要用于仿真模型實現(xiàn)和驗證的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。如網(wǎng)絡(luò)流量、端到端延遲等。</p><p>　　4、保存項目運行仿真：利用仿真工具進行仿真實驗，以得到所需要的數(shù)據(jù)。</p><p>　　5、查看并分析結(jié)果：查看結(jié)果并利用相關(guān)分析工具和數(shù)學知識對仿真結(jié)果進行統(tǒng)計分析。</p>

45、;<p>　　6、調(diào)試再仿真：分析仿真數(shù)據(jù)，找出瓶頸，然后通過修改拓撲結(jié)構(gòu)、更新設(shè)備、修改協(xié)議等方法得到新的仿真場景，再次運行仿真。</p><p>　　7、生成仿真報告：生成網(wǎng)絡(luò)仿真的研究報告。 </p><p>　　第三章 校園網(wǎng)性能評價指標</p><p>　　校園網(wǎng)性能穩(wěn)定與否關(guān)系到學校教育、教學、科研和管理等工作能否正常有序進行。及時了解校園

46、網(wǎng)的性能，對于提高網(wǎng)絡(luò)速度、克服網(wǎng)絡(luò)瓶頸、保障教育教學工作的正常進行具有十分重要的意義。而要對校園網(wǎng)性能進行分析評價，必須要有一定的衡量標準，即需要確定一組網(wǎng)絡(luò)性能評價指標[17]。</p><p>　　不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)或應(yīng)用，其涉及的性能指標不盡相同，同一種性能指標對于不同的業(yè)務(wù)類型，其影響也有很大區(qū)別，因此對于具體的業(yè)務(wù)類型或應(yīng)用，還需具體分析。本文將介紹幾個常用的描述網(wǎng)絡(luò)性能的指標，它同樣適用于校園網(wǎng)。<

47、;/p><p>　　3.1 校園網(wǎng)的性能評價指標</p><p>　　3.1.1 響應(yīng)時間</p><p>　　響應(yīng)時間是反映網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標之一，它是指客戶機從對服務(wù)器提出請求開始到收到響應(yīng)所需要的時間，常用于評價交互式終端從一個主機請求信息的情況，這是一個應(yīng)用層的指標。如：從用戶點擊一個URL，到接收到相應(yīng)的頁面所經(jīng)歷的時間，就是WEB服務(wù)的響應(yīng)時間。在C/S結(jié)構(gòu)

48、中，響應(yīng)時間由網(wǎng)卡延遲、物理介質(zhì)延遲、服務(wù)器延遲三種構(gòu)成。在主/從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中響應(yīng)時間是由輪詢延遲、鏈路延遲、設(shè)備延遲和CPU延遲四部分所需時間的總和。</p><p>　　不同的應(yīng)用對響應(yīng)時間的要求不盡相同。如在Email和FTP應(yīng)用中，要求數(shù)據(jù)的準確性高，但對響應(yīng)時間則要求很低;而在HTTP應(yīng)用下載一個網(wǎng)頁只要不超過5秒也還是可以忍受的，一般情況下響應(yīng)時間閾值設(shè)為100毫秒，最大不超過400毫秒，當響應(yīng)時間超

49、過閾值時，用戶就可能變得不耐煩。</p><p>　　3.1.2 網(wǎng)絡(luò)延遲</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)延遲是指將數(shù)據(jù)從一端發(fā)送到另一端的時間，是一個廣泛使用的性能指標。延遲時間的大小影響應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上的運行效率的高低，對于那些對時間敏感的應(yīng)用程序而言其影響更大。比如IP語音系統(tǒng)（VOIP）和視頻點播系統(tǒng)（VOD），為達到用戶期望的語音和視頻質(zhì)量，要求盡可能小的端到端延遲時間。</p&

50、gt;<p>　　網(wǎng)絡(luò)延遲的確定常測量往返時間（RTT，round-trip- time），即一個數(shù)據(jù)包自客戶機到服務(wù)器間往返所需的時間間隔，它不是固定不變的，而是隨著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化而變化。在服務(wù)器端，如果服務(wù)器閑，則響應(yīng)快，忙則響應(yīng)慢：在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，如果網(wǎng)絡(luò)路徑無擁塞，則在路由器上排隊時間短，否則時間延長；在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，由鏈路故障引起的路由變化也可能導致數(shù)據(jù)包往返路徑不一致，從而影響傳輸時間?？梢酝ㄟ^對某一段時期的網(wǎng)絡(luò)延遲

51、進行監(jiān)測，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延遲的突升或突降，通常表明網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或受到安全攻擊等。</p><p>　　3.1.3 延遲變化</p><p>　　延遲變化是指網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的時間變化，即抖動。延遲變化一般可以理解為同向傳輸?shù)南噜彅?shù)據(jù)包之間的時間差。</p><p>　　造成抖動的原因主要有3個：</p><p>　　1、網(wǎng)絡(luò)拓撲變化造成的傳播延遲變

52、化；</p><p>　　2、數(shù)據(jù)包處理要求不同帶來的交換延遲變化；</p><p>　　3、因隊列的空和隊列的滿而引起的調(diào)度處理延遲變化。</p><p>　　對于語音和視頻業(yè)務(wù)來說，不允許出現(xiàn)較大的延遲變化，否則將嚴重影響傳輸質(zhì)量。</p><p><b>　　3.1.4 吞吐量</b></p><

53、;p>　　網(wǎng)絡(luò)的吞吐量（Throughput）是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要參數(shù)，指單位時間內(nèi)傳輸?shù)臒o差錯的數(shù)據(jù)量，通常以bps(位/秒)、Bps(字節(jié)/秒)或pps(包/秒)表示。</p><p>　　3.1.5 鏈路使用率</p><p>　　鏈路使用率（Link Utilization）是指待定時間間隔吞吐量占鏈路接入率速率的百分比。</p><p>　　3.

54、1.6 資源利用率</p><p>　　資源利用率是指網(wǎng)絡(luò)資源的有效工作時間占整個時間的百分比。它是網(wǎng)絡(luò)資源使用頻度的動態(tài)度量，也是衡量網(wǎng)絡(luò)性能價格比的關(guān)鍵參數(shù)。資源利用率包括各種網(wǎng)絡(luò)部件的利用率：如信道利用率、內(nèi)存利用率、CPU利用率、網(wǎng)絡(luò)利用率等。分析各個部分的利用率就可以知道網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸在哪里。另外，資源利用率也是預測網(wǎng)絡(luò)性能變化的最有效途徑，從經(jīng)驗來看，CPU利用率最好在30%-40%，超過這個界限，網(wǎng)絡(luò)

55、性能會急劇下降，而網(wǎng)絡(luò)利用率大約為30%-70%時，可保證有突發(fā)業(yè)務(wù)時仍有足夠的帶寬可用。</p><p><b>　　3.1.7 丟包率</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)丟包率是指在一個待定時間間隔內(nèi)，從客戶機到服務(wù)器間往返過程中丟失的數(shù)據(jù)包占所發(fā)送數(shù)據(jù)包的百分比。數(shù)據(jù)包丟失一般是由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起的。丟包率一般在0%-15%間變化。超過15%的丟包率可能導致網(wǎng)絡(luò)不可用

56、。需要注意的是少量的丟包率并不一定表示網(wǎng)絡(luò)故障，很多業(yè)務(wù)在少量丟包的情況下也能繼續(xù)進行。比如一些實時應(yīng)用或流媒體業(yè)務(wù)，如VOIP，就可以忍受少量的丟包，并且也不需重發(fā)丟失的包；另外，TCP協(xié)議正是靠檢測丟包發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的，這時它會以便低的速率重發(fā)丟失的包。</p><p>　　3.1.8 可靠性和可用性</p><p>　　可靠性和可用性是判斷系統(tǒng)是否有效的指標。與前面所闡述的動態(tài)指標不同

57、，它們是一種靜態(tài)指標。</p><p>　　可靠性是指在一定時間內(nèi)系統(tǒng)能正常工作的概率。一般用平均無故障時間（MTBF，Mean Time Between Failures）表示。顯然MTBF值越大，可靠性越高。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)中對關(guān)鍵部件往往設(shè)置冗余備份。</p><p>　　可用性是指在某特定時間段內(nèi)，系統(tǒng)能正常工作的時間占總時間的百分比。通常用平均修復時間（MTTR）表示。

58、故障次數(shù)少但故障后修復時間長，或故障次數(shù)多每次故障修復時間短，這兩種情況都是用戶無法接受的。最理想的情況是MTBF值大，而MTTR值小，即可靠性高，一般不出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障能馬上修復[5]。</p><p>　　3.2影響性能的要因素</p><p>　　1、拓樸結(jié)構(gòu)。不同拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，其可靠性和延遲等性能會有所不同。如星形網(wǎng)，延遲小，但中心結(jié)點如果出故障，整個網(wǎng)絡(luò)都會癱瘓，網(wǎng)絡(luò)可靠

59、性差；而網(wǎng)狀網(wǎng)則可靠性非常高。</p><p>　　2、網(wǎng)絡(luò)的帶寬。它反映了單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的能力，同等條件下，帶寬越高，吞吐量越大，網(wǎng)絡(luò)性能越高。</p><p>　　3、網(wǎng)絡(luò)的輸入負載。網(wǎng)絡(luò)所有工作站所要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量之和稱為輸入負載。輸入負載的增加引起信道擁擠，時延增加，嚴重的還會因為碰撞加劇或緩沖溢出引起重發(fā)而阻塞信道。</p><p>　　4、網(wǎng)絡(luò)節(jié)

60、點數(shù)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多時，傳輸業(yè)務(wù)時延加大，網(wǎng)絡(luò)時延增加，網(wǎng)絡(luò)負載加重，從而使網(wǎng)絡(luò)性能下降。</p><p>　　第四章 校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計</p><p>　　4.1 校園網(wǎng)的主要拓撲類型</p><p>　　在計算機網(wǎng)絡(luò)中，從拓撲學的角度看，把網(wǎng)絡(luò)單元定義為節(jié)點，兩點間的連線稱為鏈路。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和鏈路的幾何位置就是網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，也就是指網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)單元的地理分布和互

61、聯(lián)關(guān)系的幾何構(gòu)形[11]。按拓撲結(jié)構(gòu)，計算機網(wǎng)絡(luò)可分為星型、樹型、網(wǎng)狀型、總線型、環(huán)型五類。</p><p>　　4.1.1 星型拓撲結(jié)構(gòu)</p><p>　　星型拓撲是由中央結(jié)點為中心與各結(jié)點連接組成的，多結(jié)點與中央結(jié)點通過點到點的方式連接。它的優(yōu)點是：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理；控制簡單，建網(wǎng)容易；網(wǎng)絡(luò)延遲時間較短，誤碼率較低。缺點是：網(wǎng)絡(luò)共享能力較差；通信線路利用率不高；中央結(jié)點負荷太重

62、；網(wǎng)絡(luò)可靠性低。</p><p>　　4.1.2 樹型拓撲結(jié)構(gòu)</p><p>　　樹型網(wǎng)絡(luò)是將多級星形網(wǎng)絡(luò)按層次方式排列得到的網(wǎng)絡(luò)，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低；每個鏈路都支持雙向傳輸；結(jié)點擴充方便靈活；除葉結(jié)點及其相連的鏈路外，任何一個結(jié)點或鏈路產(chǎn)生的故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　4.1.3 總線拓撲結(jié)構(gòu)</p><p>　　

63、環(huán)型結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)中若干節(jié)點通過點到總線結(jié)構(gòu)是指各工作站和服務(wù)器均掛在一條總線上，各工作站地位平等，無中心節(jié)點控制，公用總線上的信息多以基帶形式串行傳遞，其傳遞方向總是從發(fā)送信息的節(jié)點開始向兩端擴散，如同廣播電臺發(fā)射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點在接受信息時都進行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相符，相符則接收網(wǎng)上的信息。</p><p>　　總線型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單靈活，便于擴充；信道利用率

64、高；傳輸速率高。缺點是：可靠性不高；會產(chǎn)生沖突問題；維護難，出現(xiàn)故障時較難查找。</p><p>　　4.1.4 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)</p><p>　　點鏈路首尾相連形成一個閉合的環(huán)，數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點間傳輸。</p><p>　　環(huán)型結(jié)構(gòu)具有如下特點：信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動的，兩個節(jié)點僅有一條道路，故簡化了路徑選擇的控制；環(huán)路中各節(jié)點都是自舉控

65、制，故控制軟件簡單；由于信息在環(huán)路中是依次穿過各個節(jié)點，當環(huán)中節(jié)點過多時，勢必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間延長；環(huán)路是封閉的，不便于擴充；可靠性低，一個節(jié)點故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓；維護難，對分支節(jié)點故障定位較難。</p><p>　　4.1.5 網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)</p><p>　　在網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)的每臺設(shè)備之間均有點到點的鏈路連接，這種連接不經(jīng)濟，只有每個站點都要頻繁發(fā)送信息

66、時才使用這種方法。它的安裝也復雜，但系統(tǒng)可靠性高，可擴充性好，容錯能力強，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，網(wǎng)絡(luò)可建成各種開關(guān)，采用多種通信信道，多種傳輸速率。</p><p>　　現(xiàn)在的校園網(wǎng)多使用星型或樹型的拓撲結(jié)構(gòu)，總線局域網(wǎng)已基本被星型所代替。</p><p>　　4.2 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備及主要技術(shù)</p><p><b>　　4.2.1關(guān)鍵設(shè)備</b>&

67、lt;/p><p><b>　?。?）中繼器</b></p><p>　　中繼器用于同種局域網(wǎng)絡(luò)的互連，是在物理層次上實現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，用于擴展網(wǎng)段的距離。它是最簡單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。以太網(wǎng)常常利用中繼器擴展總線的電纜長度，標準細纜以太網(wǎng)的每段長度最大185米，最多可有5段，而增加中繼器后，最大網(wǎng)絡(luò)電纜長度則可提高到925米[12]。</p><p

68、><b>　　中繼器的特點有：</b></p><p>　　中繼器可以重發(fā)信號，這樣可以擴展網(wǎng)段的距離。</p><p>　　中繼器主要用在同種LAN互連中，如IEEE802.3 LAN和Ethernet網(wǎng)。</p><p>　　中繼器工作在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的最低層物理層。</p><p>　　由中繼器連接起來的各

69、網(wǎng)段必須采用同樣的信道協(xié)議，例如CSMA/CD協(xié)議。</p><p>　　由中繼器連接的網(wǎng)段構(gòu)成一個更大的網(wǎng)段，并且有著相同的網(wǎng)絡(luò)地址，屬于一個沖突域。</p><p>　　網(wǎng)段上的每一個節(jié)點都有自己的地址。</p><p>　　中繼器以它相連的網(wǎng)絡(luò)同樣的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）集線器</b>&

70、lt;/p><p>　　集線器（HUB）又稱為HUB，實質(zhì)上為多端口的中繼器，在使用時，可以把集線器連接的網(wǎng)絡(luò)看成一個共享式總線，在集線器的內(nèi)部，各端口之間相互連在一起的。集線器可分為獨立式、疊加式、智能模塊化，有8端口、16端口、24端口多種規(guī)格，集線器支持的數(shù)據(jù)傳輸率為10Mbps或100Mbps。</p><p>　　集線器把一個端口接收的所有信號向所有端口進行廣播，因而容易形成廣播風暴

71、。隨著網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的發(fā)展，集線器正逐步為交換機所取代[12]。</p><p><b>　?。?）交換機</b></p><p>　　交換機是基于硬件的設(shè)備，它工作在數(shù)據(jù)鏈路層，交換機每個端口都有橋接功能，它能夠在任意一對端口間轉(zhuǎn)發(fā)幀，每一個端口屬于一個沖突域，按照CSMA/CD協(xié)議工作，交換機中的電路可以把任意端口的網(wǎng)段與別的端口的網(wǎng)段在數(shù)據(jù)鏈路層上連接起來。交換機

72、可以連接不同的局域網(wǎng)和局域網(wǎng)網(wǎng)段，并劃分局域網(wǎng)的沖突域為多個，使每個端口連接的每個網(wǎng)段為一個沖突域，從而使每個網(wǎng)段之間獲得更大的帶寬，比傳統(tǒng)使用集線器的共享式網(wǎng)絡(luò)有更高的效率[12]。</p><p>　　以太網(wǎng)交換機的優(yōu)點如下：</p><p>　　1）不需要改變網(wǎng)絡(luò)的其他硬件，包括電纜和網(wǎng)絡(luò)客戶機的網(wǎng)卡；</p><p>　　2）可在低/高速網(wǎng)絡(luò)間切換；<

73、/p><p>　　3）同時有多個通信通道：每個端口的成本比路由器低，延遲小，端口密度高，所有端口都以線速率通信，即獨占整個信道。</p><p><b>　?。?）路由器</b></p><p>　　路由器是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間連接的主要設(shè)備，工作在OSI的第三層。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則影響網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。因此，在局域網(wǎng)乃至整個互

74、聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位。路由器是用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，對用戶提供最佳的通信路徑。路由器使用最少時間算法或最優(yōu)路徑算法來調(diào)整信息傳遞的路徑，如果某一網(wǎng)絡(luò)路徑發(fā)生故障或堵塞，路由器可選擇另一條路徑，以保證信息的正常傳輸。路由器可進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，成為不同協(xié)議之間網(wǎng)絡(luò)互連的必要設(shè)備。路由器是網(wǎng)絡(luò)中進行網(wǎng)間連接的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p>　　路由器的優(yōu)點就是其適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)連接，可以采

75、用復雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，負載共享和最優(yōu)路徑，能更好的處理多媒體，安全性高；節(jié)省局域網(wǎng)的頻寬，隔離不需要的通信量，減少主機負擔，但是其也是有缺點的，那就是不支持非路由協(xié)議，安裝復雜已經(jīng)價格比較高等[12]。</p><p><b>　?。?）網(wǎng)關(guān)</b></p><p>　　網(wǎng)關(guān)（Gateway），又叫協(xié)議轉(zhuǎn)換器，可以支持不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互連，主

76、要用于不同體系的網(wǎng)絡(luò)或者局域網(wǎng)與主機系統(tǒng)的連接。在互連設(shè)備中，它最為復雜，一般只能進行一對一的轉(zhuǎn)換，或是少數(shù)幾種特定應(yīng)用協(xié)議的轉(zhuǎn)換[1]。網(wǎng)關(guān)一般是一種軟件產(chǎn)品。目前，網(wǎng)關(guān)已成為網(wǎng)絡(luò)上每個用戶都能訪問大型主機的通用工具。</p><p>　　物理層中繼系統(tǒng)、即轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater）。</p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)橋或橋接器（bridge）。</p><

77、;p>　　網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即路由器（router）。</p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)關(guān)（gateway）。</p><p>　　當中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器時，僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。一般討論網(wǎng)絡(luò)互連時都是指用交換機和路由器進行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　（6）防火墻</b></p>

78、<p>　　防火墻（Fire Wall）是一種隔離控制技術(shù)，在某個機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)和不安全的網(wǎng)絡(luò)（如Internet）之間設(shè)置屏障，阻止對信息資源的非法仿問。仿火墻有硬件防火墻和軟件防火墻之分。如果不是非常必需，一般的校園網(wǎng)采用軟件防火墻也就夠了[12]。</p><p>　　4.2.2 主要技術(shù)</p><p><b>　?。?）VLAN</b></p&

79、gt;<p>　　VLAN即是廣播域。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增加，網(wǎng)絡(luò)管理日益成為一種挑戰(zhàn)。而且使用未劃分VLAN的交換機，作為主要的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備時，雖然每個端口分別屬于各自的沖突域，但是網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備卻屬于一個廣播域，存在許多不安全的因素。VLAN可以減輕網(wǎng)絡(luò)工程師的工作負擔，還可以允許網(wǎng)絡(luò)管理員取消過去的物理限制，并對用戶的第3層網(wǎng)絡(luò)地址進行控制，而不管它處在網(wǎng)絡(luò)中的哪個位置。交換機可以定義多個VLAN，交換機的端口便成為V

80、LAN中的成員。將端口分配給VLAN的方式有兩種，分別是靜態(tài)的和動態(tài)的。形成靜態(tài)VLAN過程是將端口強制性地分配給VLAN的過程，只能對將端口映射到合適的VLAN所必須的命令進行手工輸入。不過，這是將端口映射到VLAN的一種最通用的方法。動態(tài)的VLAN形成很簡單，由端口自己決定它屬于哪個VLAN時，就形成了動態(tài)的VLAN，這個映射取決于在交換機服務(wù)器上創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫。分配給動態(tài)VLAN的端口被激活后，交換機就緩存初始幀的源MAC地址，隨后

81、，交換機便向一個稱為VMPS（VLAN管理策略服務(wù)器）的外部服務(wù)器發(fā)出請求，VMPS中包含一個文本文件，文件中存有進行VLAN映射的MAC地址，交換機對</p><p>　　使用VLAN的交換機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點：VLAN允許一組不限物理地域的用戶共享一個獨立的廣播域，通過有效劃分用戶群和控制廣播范圍等方式，從根本上提高網(wǎng)絡(luò)效率與安全性；通過劃分VLAN，可以使廣播域數(shù)量更多，但每個廣播域的規(guī)模小，使得用戶的影響減小，同

82、時也提高了網(wǎng)絡(luò)中用戶的安全性。</p><p><b>　?。?）組播</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)從一個源站發(fā)送到一個組播組的所有成員的行為稱為組播。組播在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)上將數(shù)據(jù)包從一個發(fā)送者傳送到一組接收者而不是一個接收者，并且依靠網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包只傳送給需要接收它的網(wǎng)絡(luò)。組播協(xié)議IGMP（Internet Group Management Protocol）利

83、用局域網(wǎng)的廣播特性提供了一個種高效率的在組播主機和路由器之間交換信息的ICMP報文格式[1]。</p><p>　　指向一個或多個網(wǎng)絡(luò)中的一組主機的地址稱為組播地址，組播地址的范圍：</p><p>　　224.0.0.0 到 224.0.0.255 地址范圍被IANA 預留，地址 224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由協(xié)議及拓撲查找和維護協(xié)議使用。</p><

84、p>　　224.0.1.0 到 238.255.255.255地址范圍作為用戶組播地址，在全網(wǎng)范圍有效。</p><p>　　239.0.0.0 到 239.255.255.255 地址范圍為本地管理組播地址，僅在特定的本地范圍內(nèi)有效。</p><p><b>　　IGMP 的操作：</b></p><p>　　當主機欲入某個組時要發(fā)送一

85、個IGMP報文，其中組地址字段即該組的組播地址。所有該組播組的當前成員都會收到此報文并得知這個新成員。該局域相連的每個路由器會監(jiān)聽所有IP組播地址，以便獲取所有報告。</p><p>　　組播路由器會定期發(fā)送IGMP詢問報文，以維護一份活動組地址的列表，主機收到后必須為每個需要聲明成員身份的組回應(yīng)一個報告報文。</p><p>　　第五章 校園網(wǎng)建模及仿真分析</p><

86、;p>　　5.1 校園網(wǎng)的建模</p><p>　　許多校園網(wǎng)都建的比較早，受當時的資金，技術(shù)等條件的限制，一般用于網(wǎng)頁瀏覽，郵件發(fā)送，文件下載等簡單的業(yè)務(wù)，而且聯(lián)網(wǎng)的計算機數(shù)目也不多，所以校園網(wǎng)并沒有出現(xiàn)什么突出的問題。但是隨著學校的規(guī)模不斷地擴大以及學生人數(shù)的增多，多媒體教學的廣泛應(yīng)用，學校校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求也發(fā)生了打的增長，特別是語音視頻業(yè)務(wù)的出現(xiàn)更是加重了網(wǎng)絡(luò)負載。本節(jié)就利用OPNET建模仿真對現(xiàn)有

87、的校園網(wǎng)進行仿真，并對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)后的網(wǎng)絡(luò)性能進行仿真。</p><p>　　5.1.1 需求分析</p><p>　　以一般大學校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)為例，其中每一種功能的大樓抽象為一個局域網(wǎng)，一個服務(wù)器組為一個局域網(wǎng)，所有局域網(wǎng)連接著一臺核心交換機，所有鏈路都用100BaseT以太網(wǎng)雙絞線。OPNET提供了近似于真實的網(wǎng)絡(luò)連接的仿真環(huán)境，利用豐富的模型庫，可以快速建立所

88、需要的網(wǎng)絡(luò)模型，該學校有圖書館、網(wǎng)絡(luò)樓、辦公樓、綜合樓、教學樓、學生宿舍、教工宿舍以及各個學院樓?，F(xiàn)將該校園的校園網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)映射到OPNET中，建立起如下圖5-1所示的網(wǎng)絡(luò)模型。</p><p>　　圖5-1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖</p><p>　　5.1.2 網(wǎng)絡(luò)建模</p><p>　　OPNET提供了近似于真實網(wǎng)絡(luò)連接的仿真環(huán)境，利用豐富的模型庫，可以快速建立所有

89、所需要的網(wǎng)絡(luò)模型。</p><p>　　建立一個新的項目，選擇菜單File/New/project，單擊OK。項目名稱為1_xy；場景名稱為scenario l_xy，單擊OK。如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 建立新項目</p><p>　?。?）依照設(shè)置向?qū)е械奶崾荆?lt;/p><p>　　在Initial Topology（

90、初始拓撲結(jié)構(gòu)）對話框中，點擊Create Empty Scenario（建立空場景），如圖5-3所示。在點擊next，彈出Startup Wizard：Choose Network Scale對話框，如圖5_4所示。 </p><p>　　圖5-3 設(shè)置Initial Topology對話框</p><p>　　圖5-4 設(shè)置Choose Network Scale對話框</p&g

91、t;<p>　　（3） 在Choose Network Scale對話框中，點擊Campus，在點擊next,彈出specify size對話框，如圖5-5所示，用于指定網(wǎng)絡(luò)大小。</p><p>　　圖5-5 設(shè)置specify size對話框</p><p>　　（4）彈出Startup Wizard：Select Technologies對話框，如圖5-6所示。選擇SM

92、_Int_Model_List、internet _toolbox，將它們值改為YES。這樣就可用在新建的場景的創(chuàng)建中使用。單擊Next，點擊OK，就完成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新建工作。如圖5-7所示。 </p><p>　　圖5-6 設(shè)置Select Technologies對話框</p><p>　　圖 5-7 完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新建圖</p><p>　?。?）完成新建后，點

93、擊OK，就進入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計界面。如圖5-8為拓撲配置圖。圖 5-9為對象面板圖此時，用鼠標左鍵單擊圖 5-9的對象面板圖中所需要的節(jié)點在圖5-8的拓撲配置圖中進行放置，鼠標右鍵單擊界面，結(jié)束拖放節(jié)點的操作。</p><p>　　圖5-8 完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新建圖</p><p>　　圖 5-9 對象面板圖</p><p>　?。?）以核心交換機為中心，用100BaseT

94、鏈路連接各個局域網(wǎng)及服務(wù)器，各個局域網(wǎng)圖標分別命名為圖書館、網(wǎng)絡(luò)樓、辦公樓、綜合樓、教學樓、學生宿舍、教工宿舍以及學院樓。從對象面板中拖入一個業(yè)務(wù)配置器，命名為applications，拖入一個主詢配置器，命名為profiles，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖5-10所示：</p><p>　　圖 5-10 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖</p><p>　　其中學院樓里還包括了計算機與電子信息學院，商學院，外國語學院

95、等十六個局域網(wǎng)規(guī)模較大的學院。各個學院自己組成一個局域網(wǎng)，用一臺交換機連接各個學院的局域網(wǎng)，再使此交換機與核心交換機相連。其中學院樓的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下圖5-11所示：</p><p>　　圖 5-11 學院樓內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓撲圖</p><p>　　以教職工宿舍的網(wǎng)絡(luò)拓撲為例，其它局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)一樣，如圖5-12所示：</p><p>　　圖 5-12 教職工宿舍網(wǎng)絡(luò)拓

96、撲圖</p><p>　　5.1.3 業(yè)務(wù)配置</p><p>　　校園網(wǎng)主要以教學科研為目的，故所涉及到的主要業(yè)務(wù)有HTTP網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)，F(xiàn)TP文件下載業(yè)務(wù)，以及E-mail電子郵件業(yè)務(wù)等。用OPNET進行網(wǎng)絡(luò)建模仿真，如果想獲得比較準確的仿真結(jié)果，那么用于仿真的業(yè)務(wù)源必須能夠正確的反應(yīng)實際業(yè)務(wù)的統(tǒng)計業(yè)務(wù)，如果不加載業(yè)務(wù)，得出的結(jié)果將不那么精確。</p><p>

97、　　配置業(yè)務(wù)一般分為四個步驟，即定義應(yīng)用、設(shè)定業(yè)務(wù)主詢、配置服務(wù)器應(yīng)用以及設(shè)定客戶端業(yè)務(wù)主詢四個步驟。打開應(yīng)用配置（Application Configuration）編輯見面，將其設(shè)為“默認（Default）”。打開主詢配置（Profile Configuration）編輯界面，設(shè)定業(yè)務(wù)主詢開始時間以及運行模式。打開服務(wù)器配置界面，在“支持的服務(wù)（Supported Services）”里輸入提供的服務(wù)，校園網(wǎng)服務(wù)器主要提供HTTP服

98、務(wù)，F(xiàn)TP服務(wù)，文件傳輸，文件打印，以及E-mail服務(wù)等[6]。與服務(wù)器配置應(yīng)用相對應(yīng)，客戶端需要設(shè)定業(yè)務(wù)主詢，其業(yè)務(wù)主詢的種類應(yīng)與在業(yè)務(wù)主詢配置器中的設(shè)定吻合。</p><p>　　5.2 數(shù)據(jù)收集及仿真分析</p><p>　　5.2.1 數(shù)據(jù)收集</p><p>　　對校園網(wǎng)絡(luò)進行建模及業(yè)務(wù)配置完之后，就要對仿真過程中所需要的參數(shù)進行提取，以對仿真結(jié)果進行

99、分析。本次仿真我們收集的統(tǒng)計量為：</p><p>　　服務(wù)器負載Load（Bit/s）：根據(jù)這個指標觀察增加節(jié)點擴容時，服務(wù)器是否能承受額外的負載。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)延時Delay：選擇全局統(tǒng)計量Delay以觀察整個網(wǎng)絡(luò)延時性能。</p><p>　　（3）HTTP的頁面響應(yīng)時間Page Response Time：選擇統(tǒng)計HTTP頁面響應(yīng)時間，看增加節(jié)點

100、后頁面響應(yīng)時間的變化。</p><p>　?。?）Email的下載響應(yīng)時間Download Response Time：選擇統(tǒng)計Email下載響應(yīng)時間，看增加節(jié)點后下載響應(yīng)時間的變化。</p><p>　?。?）學生宿舍到服務(wù)器組的鏈路利用率：觀察鏈路使用情況。</p><p>　　對服務(wù)器負載和網(wǎng)絡(luò)延時的收集如下圖5-13所示：</p><p&

101、gt;　　圖 5-13 收集仿真參數(shù)</p><p>　　5.2.2 仿真及分析</p><p>　　對仿真參數(shù)參數(shù)進行了收集后，設(shè)置仿真時間為1小時，在Simulation菜單中選擇Configure Simulation...或者直接在工具欄按按鈕運行仿真。</p><p>　　查看其中的網(wǎng)絡(luò)延遲結(jié)果，如圖5-14：</p><p>　

102、　其中橫坐標為仿真時間，單位為分鐘（m），共仿真了30分鐘，縱坐標為網(wǎng)絡(luò)延遲時間，單位為秒（s）。網(wǎng)絡(luò)的整體延遲是隨機的，不同的仿真時間點的網(wǎng)絡(luò)延遲時間是不同的，圖5-14中給出的是網(wǎng)絡(luò)延時平均值。</p><p>　　圖 5-14 網(wǎng)絡(luò)延遲時間平均結(jié)果</p><p>　　從圖中可以看出，一開始網(wǎng)絡(luò)延遲是逐漸變化，這是由于所有工作站點開始工作時還未穩(wěn)定造成的，經(jīng)過100多秒的不穩(wěn)定后，

103、，網(wǎng)絡(luò)延遲變化逐漸趨于穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)延遲保持在0.00015秒左右，即小于1毫秒，處于毫秒級。</p><p>　　查看其中的網(wǎng)絡(luò)負載結(jié)果，如圖5-15：</p><p>　　圖 5-15 網(wǎng)絡(luò)負載結(jié)果</p><p>　　與上面網(wǎng)絡(luò)延遲參數(shù)突變的時間段相應(yīng)，經(jīng)過100多秒的業(yè)務(wù)初始化不穩(wěn)定后，這里的網(wǎng)絡(luò)負載在剛開始也出現(xiàn)一個尖峰，這是因為所有的業(yè)務(wù)已經(jīng)開始運行，有5

104、-15圖可以看出，網(wǎng)絡(luò)負載達最高到了50000bits/sec。</p><p>　　查看HTTP頁面響應(yīng)時間和Email下載響應(yīng)時間，如下圖5-16：</p><p>　　5-16 HTTP與Email頁面響應(yīng)時間</p><p>　　Email下載響應(yīng)時間在剛剛進行完業(yè)務(wù)初始化后波動較大，經(jīng)過一段時間后?；揪S持在0.0025s，處在可以接受的范圍。同樣，HTT

105、P頁面響應(yīng)時間在剛剛進行完業(yè)務(wù)初始化后波動較大，在后面的時間基本維持在0.0032s，也處在可以接受的范圍。</p><p>　　查看學生宿舍到服務(wù)器組的鏈路利用率如下圖5-17所示： </p><p>　　5-17 學生宿舍到服務(wù)器組的鏈路利用率</p><p>　　有圖5-17可以看出，學生宿舍到服務(wù)器組的鏈路利用率在業(yè)務(wù)量最大時達到最高在百分之四左右。<

106、/p><p>　　5.3 增加節(jié)點及業(yè)務(wù)后仿真分析</p><p>　　由于大學辦學規(guī)模的擴大，學生人數(shù)增加，上網(wǎng)人數(shù)也有所增加。學校對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求也發(fā)生了變化，由原來簡單的業(yè)務(wù)增加了視頻業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器增加視頻業(yè)務(wù)，配置后，再次運行仿真，這時的網(wǎng)絡(luò)延遲為如圖5-18：</p><p>　　圖 5-18 增加節(jié)點后網(wǎng)絡(luò)延遲結(jié)果</p><p&

107、gt;　　從圖中可以看出，一開始網(wǎng)絡(luò)延遲是逐漸變化，這是由于所有工作站點開始工作時還未穩(wěn)定造成的，經(jīng)過100多秒的不穩(wěn)定后，，網(wǎng)絡(luò)延遲變化逐漸趨于穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)延遲保持在0.00015秒左右，即小于1毫秒，處于毫秒級。與圖5-14相比，延時性能基本沒有變化，延時曲線有稍微的不同，但是最終延時都是在0.00015s處趨于穩(wěn)定?？梢娦@網(wǎng)延時性能并沒有因為服務(wù)器負載的增加而受到影響。</p><p>　　查看其中的網(wǎng)絡(luò)負

108、載結(jié)果，如圖5-19：</p><p>　　圖 5-19 增加節(jié)點后網(wǎng)絡(luò)負載結(jié)果</p><p>　　與為增加節(jié)點時一樣，本次的設(shè)計中只設(shè)置了在仿真開始有一次業(yè)務(wù)發(fā)生，因為所有的業(yè)務(wù)已經(jīng)開始運行，這里的網(wǎng)絡(luò)負載在剛開始也出現(xiàn)一個尖峰，同樣經(jīng)過了100s左右的業(yè)務(wù)初始化后，業(yè)務(wù)開始發(fā)生，最高達到了140000bits/sec。與圖5-14對比可看出，增加了節(jié)點后網(wǎng)絡(luò)延遲時間有所增加。<

109、/p><p>　　查看HTTP頁面響應(yīng)時間和Email下載響應(yīng)時間如下圖5-20：</p><p>　　5-20 增加節(jié)點后HTTP與Email頁面響應(yīng)時間</p><p>　　Email下載響應(yīng)時間在剛剛進行完業(yè)務(wù)初始化后波動較大，經(jīng)過一段時間后。基本維持在0.004s，處在可以接受的范圍。同樣，HTTP頁面響應(yīng)時間在剛剛進行完業(yè)務(wù)初始化后波動較大，在后面的時間基本維