OPNET在網(wǎng)絡仿真中的實驗綜述

張瑜　張欣　郭廣楠

摘 要 計算機網(wǎng)絡技術(shù)教學中，由于網(wǎng)絡原理抽象、網(wǎng)絡規(guī)模龐大、網(wǎng)絡業(yè)務復雜等因素，使得很多實驗無法在真實網(wǎng)絡環(huán)境中實施。提出在計算機網(wǎng)絡教學中利用OPNET設計仿真實例，通過建模仿真、分析結(jié)果、網(wǎng)絡評估、測試優(yōu)化等過程使理論教學更好地與實踐相結(jié)合，從而提高網(wǎng)絡教學效果。

關鍵詞 OPNET 網(wǎng)絡仿真 協(xié)議 流量

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

當今業(yè)界使用的計算機網(wǎng)絡仿真軟件主要有OPNET和NS2，NS2由于是源代碼開放，很受科研人員的歡迎，但由于其運行環(huán)境是LINUX，且其圖形界面也過于簡單因此不太適合于在教學環(huán)境中使用。而OPNET則支持在Windows環(huán)境下運行，且其圖形界面非常豐富，可以為網(wǎng)絡規(guī)劃和設計提供客觀、可靠的定量依據(jù)，可以構(gòu)建接近真實的網(wǎng)絡環(huán)境和業(yè)務，測試網(wǎng)絡產(chǎn)品性能指標。而且OPNET具有：網(wǎng)絡模型、節(jié)點模型、進程模型三層建模機制；豐富的模型庫；綜合統(tǒng)計量收集和分析工具等特點可以很好地完成網(wǎng)絡實踐中各種難以實現(xiàn)的實驗項目。使用OPNET可以使各種抽象的問題變得更加直觀，易于接受。使網(wǎng)絡知識的理解和掌握變得更加容易，從而激發(fā)學生的學習積極性和學習興趣。通過OPNET建模并搭建各種不同參數(shù)的網(wǎng)絡仿真平臺，可以全面理解各種網(wǎng)絡協(xié)議的性能。利用OPNET節(jié)點編輯器、進程編輯器不僅可以學習各種網(wǎng)絡協(xié)議的工作原理及其工作過程，還可以自行研究和設計網(wǎng)絡協(xié)議，從而加深相關知識的理解。利用OPNET提供的仿真結(jié)果及分析報告功能，可以為網(wǎng)絡優(yōu)化提供依據(jù)。仿真報告直觀地顯示網(wǎng)絡性能參數(shù)可以通過這些參數(shù)提出設計和優(yōu)化方案，再結(jié)合OPNET支持的VC聯(lián)合調(diào)試功能快速地驗證仿真實驗結(jié)果和仿真中存在的問題，從而拓寬實驗項目；設計和優(yōu)化各種新的網(wǎng)絡協(xié)議并比較不同設計方案的性能，從而激發(fā)學生的學習主動性和創(chuàng)造能力。下面就介紹幾種OPNET在網(wǎng)絡技術(shù)仿真實驗中的運用。

局域網(wǎng)的仿真分析：構(gòu)建局域網(wǎng)關鍵的因素是其流量和延遲時間的分析，這一點非常難于掌握，這個問題可通過OPNET加以解決。首先利用OPNET提供的圖形界面構(gòu)建相應的局域網(wǎng)，然后運行仿真并提取統(tǒng)計量，最后通過圖形界面顯示其流量和延遲時間，對局域網(wǎng)的流量和延遲時間有一個直觀的認識?？蛇M一步通過圖形方式增加路由器和其它的局域網(wǎng)，再次運行仿真，提取相應的流量和延遲時間，并通過圖形方式和原局域網(wǎng)的流量和延遲時間相比較，掌握局域網(wǎng)的規(guī)模對流量和延遲時間的影響，可起到事半功倍的效果。

傳輸層的滑動窗口算法的仿真分析：滑動窗口算法在計算機網(wǎng)絡中，不僅用在鏈路層的流量控制，而且也用在傳輸層的流量控制，因此非常重要。但由于其內(nèi)容過于抽象學生很難確切地掌握該算法，這個問題可通過OPNET加以解決。首先利用OPNET提供的圖形界面構(gòu)建兩個連接在互聯(lián)網(wǎng)的局域網(wǎng)，然后設置相應的應用和業(yè)務，運行仿真并提取統(tǒng)計量，最后通過圖形界面顯示滑動窗口大小的變化，對傳輸層協(xié)議如何利用滑動窗口來控制流量有一個直觀的認識。

路由信息協(xié)議和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議的仿真分析：計算機網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡層的概念非常重要，它負責把數(shù)據(jù)包從源節(jié)點依據(jù)某個路由算法傳送到目的節(jié)點。實現(xiàn)網(wǎng)絡層的路由選擇算法非常多，這里只選擇路由信息協(xié)議算法和開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議算法加以說明，這可直觀地了解在互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)包傳遞到目的地的方式。首先利用OPNET提供的圖形界面構(gòu)建多種路徑相互連接的多個路由器，然后通過選擇路由信息協(xié)議為路由算法，并運行仿真，得到相應的路由表，使學生掌握路由表的概念。然后選擇開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議為路由算法，運行仿真，得到直觀的路由路徑圖。并可選擇自治區(qū)域范圍，運行仿真并得到路由路徑圖，讓學生直觀地了解在采用自治區(qū)域后，開放式最短路徑優(yōu)先算法的路由選擇變化。并可在選擇路由算法的流量平衡選項后，運行仿真得到路由路徑圖，使學生直觀地掌握選擇流量平衡后，開放式最短路徑優(yōu)先算法的路由選擇結(jié)果。

介質(zhì)訪問控制協(xié)議的仿真分析：由于大部分局域網(wǎng)都采用多路復用信道作為相互通信的基礎，所以介質(zhì)訪問子層在局域網(wǎng)通信中特別重要，而介質(zhì)訪問控制協(xié)議正是為了避免發(fā)送站點相互沖突并能有效地利用信道而提出的控制協(xié)議。從理論上講，介質(zhì)訪問控制協(xié)議可分為純ALOHA協(xié)議、分隙ALOHA協(xié)議、持續(xù)和非持續(xù)CSMA協(xié)議、帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD協(xié)議，而CSMA/CD正式被現(xiàn)在廣泛應用的以太網(wǎng)采用。這些協(xié)議都可以從理論上計算它們的吞吐率，但很難理解這些復雜的數(shù)學推理，因為這里牽涉到復雜的概率模型的建立和計算。而利用OPNET就可解決這些問題，只是OPNET在處理這些協(xié)議時，需要進入底層模型，即要設計有限狀態(tài)機模型以及它們之間相互轉(zhuǎn)換的條件，以及必要的C或C++模塊，難度超出了本科生所能夠接受的范圍，留待研究生去學習和掌握，并研究和設計新的介質(zhì)訪問控制協(xié)議?？傊?，這一方面的內(nèi)容，只需要直觀地給同學們展示仿真的結(jié)果，對幾個不同協(xié)議的吞吐率進行效率比較，留下一定的印象。

應用OPNET可以模擬計算機網(wǎng)絡技術(shù)類課程中的網(wǎng)絡協(xié)議分析、網(wǎng)絡工程規(guī)劃設計等網(wǎng)絡實驗，具有面向?qū)ο蟆⑿蜗笾庇^等特點，彌補真實環(huán)境中無法進行的網(wǎng)絡實驗缺陷，提高教學質(zhì)量。同時，網(wǎng)絡仿真技術(shù)可為優(yōu)化和擴容現(xiàn)有網(wǎng)絡提供定量的分析數(shù)據(jù)，為新網(wǎng)絡的設計進行網(wǎng)絡性能預測，定量評估網(wǎng)絡設計方案，是一種新興有效的網(wǎng)絡規(guī)劃和設計技術(shù)。