基于OPNET的交換式局域網(wǎng)仿真建模與分析*

李愛平

(西藏民族大學(xué)　咸陽(yáng)　712082)

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基于OPNET的交換式局域網(wǎng)仿真建模與分析*

李愛平

(西藏民族大學(xué)咸陽(yáng)712082)

摘要OPNET是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件之一,可構(gòu)建和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)完全一致的圖形網(wǎng)絡(luò)模型,并通過運(yùn)行仿真,可提取任意統(tǒng)計(jì)量,結(jié)果非常直觀。論文通過OPNET仿真軟件,搭建相應(yīng)的交換式局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型,并收集相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量,主要用來(lái)測(cè)試交換機(jī)和集線器在局域網(wǎng)中怎樣連接,才能達(dá)到更好的性能。

關(guān)鍵詞OPNET; 交換式局域網(wǎng); 集線器; 交換機(jī)

Class NumberTP393

1引言

在普通的商用網(wǎng)絡(luò)中由于交換機(jī)性能高,擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),逐漸成為了以太網(wǎng)互聯(lián)的主流技術(shù),而集線器技術(shù)已經(jīng)基本不再使用,逐漸淡出市場(chǎng)。但集線器還有傳輸延時(shí)小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),對(duì)于要求實(shí)時(shí)性能的系統(tǒng)而言也是一種優(yōu)勢(shì)[1]。本文通過OPNET仿真軟件,搭建相應(yīng)的交換式局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型,并收集相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量,主要用來(lái)測(cè)試交換機(jī)和集線器在局域網(wǎng)中怎樣連接,才能達(dá)到更好的性能。

2交換式局域網(wǎng)的建模

將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射到OPNET中,建立如圖1中所示的模型,此場(chǎng)景名稱為:4hubandswitch。在此局域網(wǎng)中共由32臺(tái)主機(jī),4臺(tái)集線器,1臺(tái)交換機(jī)組成。32臺(tái)主機(jī)被劃分為4個(gè)子網(wǎng),每個(gè)子網(wǎng)由8臺(tái)主機(jī)組成,并通過10M雙絞線連接到相應(yīng)的集線器,4個(gè)集線器也通過10M雙絞線連接到交換機(jī)。為了比較交換機(jī)和集線器在局域網(wǎng)中怎樣連接,才能達(dá)到更好的性能,把圖1中所有的集線器全部換成交換機(jī),從而搭建圖2中所示的網(wǎng)絡(luò)模型,此場(chǎng)景名稱為:4switchandswitch1。

圖1　用集線器組成的交換式局域網(wǎng)

圖2　用交換機(jī)組成的交換式局域網(wǎng)

3設(shè)置輸入?yún)?shù)

在建立好的網(wǎng)絡(luò)模型中,要對(duì)節(jié)點(diǎn)0～31進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。開始時(shí)間為5s,On的平均持續(xù)時(shí)間為100s,Off的平均持續(xù)時(shí)間為0.1s,包產(chǎn)生間隔時(shí)間為0.02s,包分組大小為1500bytes,仿真參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

圖3　仿真輸入?yún)?shù)設(shè)置

4設(shè)置輸出參數(shù)

本次仿真選擇了“global statistics”全局狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延delay,“node statistics”下的網(wǎng)絡(luò)沖突次數(shù)collision count作為輸出統(tǒng)計(jì)量,這些統(tǒng)計(jì)量聯(lián)合起來(lái),可以大致反映交換式局域網(wǎng)的性能[2]。

5仿真結(jié)果發(fā)布與分析

設(shè)定仿真時(shí)間為2min,隨機(jī)種子為128,運(yùn)行仿真后,在網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景空白處單擊右鍵,選擇“view results”查看仿真結(jié)果[3],其中收集的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的統(tǒng)計(jì)量如圖4所示。從圖4中觀察網(wǎng)絡(luò)延時(shí),可以看到用交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較小,時(shí)間低于0.5ms;而用集線器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí),網(wǎng)絡(luò)延時(shí)相對(duì)較大,時(shí)間在3ms～10ms之間。

圖4　網(wǎng)絡(luò)延時(shí)

其原因在于集線器和交換機(jī)的工作原理不一樣。集線器所形成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)共享介質(zhì)的局域網(wǎng),所以當(dāng)上下行一同傳輸數(shù)據(jù)時(shí)信號(hào)容易出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象,形成網(wǎng)絡(luò)阻塞[4～5],圖5為收集到的節(jié)點(diǎn)沖突次數(shù)統(tǒng)計(jì)量。從圖中可以看出,用集線器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí),節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的沖突次數(shù)較多,所以它不具備單獨(dú)應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)中的能力。

圖5　節(jié)點(diǎn)沖突次數(shù)

交換機(jī)采用的工作方式是獨(dú)享帶寬,它根據(jù)MAC地址尋址,通過站表中的地址選擇路由,完成信號(hào)由設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā),所以傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生阻塞。但因在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中需查找路由,所以會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)[6～8]。

6改進(jìn)后的交換式局域網(wǎng)建模與仿真分析

由前述分析可知,集線器的規(guī)模一般不能太大。改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示,此場(chǎng)景名稱為:8hubandswitch1,在此局域網(wǎng)中,32臺(tái)主機(jī)被劃分為8個(gè)子網(wǎng),每個(gè)子網(wǎng)由4臺(tái)主機(jī)組成,并通過10M雙絞線連接到相應(yīng)的集線器,8個(gè)集線器也通過10M雙絞線連接到交換機(jī)。對(duì)比場(chǎng)景4switchandswitch1和場(chǎng)景8hubandswitch1,收集的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)統(tǒng)計(jì)量結(jié)果如圖7所示。由圖7結(jié)果分析可知,集線器的規(guī)模變小以后,網(wǎng)絡(luò)延時(shí)減小,其性能比用交換機(jī)組網(wǎng)時(shí)要好。圖8為收集到的節(jié)點(diǎn)沖突次數(shù)統(tǒng)計(jì)量,對(duì)比圖5可知,集線器規(guī)模變小以后,網(wǎng)絡(luò)沖突次數(shù)也減小很多[9]。

圖6　用集線器組成的交換式局域網(wǎng)

圖7　改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)

圖8　改進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)沖突次數(shù)

7結(jié)語(yǔ)

將OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)引入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,不需要耗費(fèi)大量的設(shè)備資金投入、從而可以減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成本[10]。本文借助于OPNET仿真軟件,對(duì)不同的交換式局域網(wǎng)進(jìn)行了仿真,最后收集到相關(guān)的統(tǒng)計(jì)量,分別從網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、沖突次數(shù)方面對(duì)比了各種不同組網(wǎng)情況下的網(wǎng)絡(luò)性能。由結(jié)果分析可知,集線器具有傳輸延時(shí)小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn),因此對(duì)于要求實(shí)時(shí)性能的系統(tǒng)而言是一種優(yōu)勢(shì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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Simulation Modeling and Analysis of Switching LAN Based on OPNET

LI Aiping

(Xizang Minzu University, Xianyang712082)

AbstractOPNET is a simulated software of computer network. Network model can be constructed as the same as actual network. After running, any statistics can be collected, and the result is very intuitive. In this paper, several switched local area networks models are constructed and relevant statistics is collected by using OPNET simulated software in order to examine the best capability of different implementations of local area networks connected by switches and hubs.

Key WordsOPNET, switched local area networks, hub, switch

* 收稿日期:2015年11月13日,修回日期:2015年12月18日

基金項(xiàng)目:西藏民族大學(xué)通信工程專業(yè)重點(diǎn)課程建設(shè)資助。

作者簡(jiǎn)介:李愛平,女,講師,研究方向:無(wú)線通信、通信網(wǎng)絡(luò)仿真。

中圖分類號(hào)TP393

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.05.034