基于OPNET的以太網(wǎng)性能仿真研究

湯 克

(西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，成都 610031)

以太網(wǎng)具有高帶寬、低成本、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣泛。在組建以太網(wǎng)之前對(duì)要組建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能仿真，可以預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)搭建性能，判斷網(wǎng)絡(luò)搭建的可行性，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文搭建了一個(gè)小型辦公網(wǎng)絡(luò)，并且對(duì)加入視頻業(yè)務(wù)后的以太網(wǎng)進(jìn)行仿真，研究網(wǎng)絡(luò)的可行性。

1 OPNET簡(jiǎn)介

OPNET Modeler是當(dāng)今業(yè)界領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)環(huán)境，是OPNET公司眾多開發(fā)環(huán)境中的一種。OPNET 1998年進(jìn)入中國(guó)，為開發(fā)人員提供了建模、仿真以及分析的集成環(huán)境，其主要特點(diǎn):

1)層次化的網(wǎng)絡(luò)模型。

2)簡(jiǎn)單明了的建模方法。Modeler的建模過程分為3個(gè)層次:進(jìn)程(Process)層次、節(jié)點(diǎn)(Node)層次、網(wǎng)絡(luò)(Network)層次。3層建模體制是Modeler最重要的機(jī)制。

3)有限狀態(tài)機(jī)(FSM)。在過程層次使用有限狀態(tài)機(jī)來對(duì)協(xié)議和其他過程進(jìn)行模擬。

4)基于離散事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制。事件是網(wǎng)絡(luò)模型狀態(tài)的變化或者某種決策，只有模型狀態(tài)變化，模擬機(jī)才進(jìn)行仿真。

5)基于包的仿真通信機(jī)制。數(shù)據(jù)包是OPNET為支持面向消息通信的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2 基于OPNET的辦公網(wǎng)絡(luò)建模

構(gòu)建辦公網(wǎng)絡(luò)采用常用的星形網(wǎng)絡(luò)，中央節(jié)點(diǎn)可以選擇傳統(tǒng)的共享式集線器，連接在上面的站點(diǎn)共享一個(gè)帶寬，遵循CSMA/CD進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而交換機(jī)可以同時(shí)連通多個(gè)端口，每個(gè)端口是一個(gè)沖突域，每個(gè)沖突域只有一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，進(jìn)入的數(shù)據(jù)包在分析后直接傳給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，可以獨(dú)占媒體進(jìn)行無沖突的傳輸，因此，本文選擇中心節(jié)點(diǎn)為32端口的全雙工以太網(wǎng)交換機(jī)。

其他仿真參數(shù)為:以太網(wǎng)鏈路選擇10BASET鏈路，以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為25個(gè)，節(jié)點(diǎn)距離中心20 m，實(shí)驗(yàn)仿真時(shí)間300 s。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。

網(wǎng)絡(luò)仿真軟件中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過Application工具配置。該仿真選擇了辦公網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用的4種業(yè)務(wù):Datebase Access(light)，Email(light)，F(xiàn)ile Print(light)，Web Browing(light)，滿足常用的收發(fā)郵件、文件打印、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。

圖1 辦公局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)構(gòu)建的辦公網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，將以太網(wǎng)時(shí)延和服務(wù)器負(fù)載作為收集量，仿真后以太網(wǎng)時(shí)延如圖2。

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，以太網(wǎng)最高時(shí)延不到0.55 ms，時(shí)延較小，滿足日常業(yè)務(wù)要求。接著在Application業(yè)務(wù)配置中添加較輕的視頻業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真，分析網(wǎng)絡(luò)是否能夠滿足要求。結(jié)果如圖3。

圖2 以太網(wǎng)時(shí)延圖

圖3 加入視頻業(yè)務(wù)后以太網(wǎng)時(shí)延圖

從仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，隨著仿真的進(jìn)行，以太網(wǎng)時(shí)延呈現(xiàn)快速上升的走勢(shì)，這說明當(dāng)局域網(wǎng)中增加了視頻業(yè)務(wù)后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能造成了很大影響，標(biāo)準(zhǔn)帶寬不足以增加視頻業(yè)務(wù)。將網(wǎng)絡(luò)中的鏈路改為100BASE-T，然后進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4。

可以發(fā)現(xiàn)，增加局域網(wǎng)帶寬后，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延保持在1.2 ms以下，滿足局域網(wǎng)一般的10 ms要求，因此增加帶寬可滿足視頻業(yè)務(wù)要求。從服務(wù)器負(fù)載(圖5)來看，服務(wù)器負(fù)載保持比較穩(wěn)定，可以滿足要求。

圖4 加入視頻業(yè)務(wù)后以太網(wǎng)時(shí)延圖

圖5 加入視頻業(yè)務(wù)后服務(wù)器負(fù)載圖

4 結(jié)論

通過對(duì)搭建的小型辦公局域網(wǎng)性能仿真發(fā)現(xiàn)，10BASE-T的標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)可以滿足日常的文件打印、網(wǎng)頁(yè)瀏覽和收發(fā)郵件的業(yè)務(wù)要求，但是網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和數(shù)據(jù)吞吐量較大的情況下，以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性達(dá)不到要求。增加了以太網(wǎng)帶寬以后，可以解決以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性的問題，滿足在辦公網(wǎng)絡(luò)中增加視頻業(yè)務(wù)的要求。

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