基于OPNET的EIGRP路由協(xié)議性能仿真分析*

李晉超

(山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與管理工程系，山西 長(zhǎng)治 046011)

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基于OPNET的EIGRP路由協(xié)議性能仿真分析*

李晉超

(山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與管理工程系，山西 長(zhǎng)治 046011)

文章基于當(dāng)前流行的OPNET仿真平臺(tái)對(duì)EIGRP路由協(xié)議進(jìn)行了建模仿真，也對(duì)不同的路由協(xié)議在相同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下對(duì)延遲、抖動(dòng)、收到的流量、發(fā)送的流量四個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比分析，同時(shí)也對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)收斂活動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響進(jìn)行了初步分析，為以后的研究提供了依據(jù)。

OPENT；EIGRP；路由協(xié)議；建模仿真；對(duì)比分析

0 引言

隨著仿真技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)仿真在網(wǎng)絡(luò)管理、協(xié)議設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)以及故障診斷等方面都發(fā)揮著日益顯著的作用。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一種通過模擬網(wǎng)絡(luò)傳輸流量，從而獲得相關(guān)網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，其結(jié)果具有高可靠性。OPNET(Optimized Performance Network Engineering Tool)作為當(dāng)前業(yè)界著名的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，在國(guó)內(nèi)外的教學(xué)和工程中應(yīng)用得越來越廣泛[1]。OPNET以其獨(dú)有的方法為網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供客觀、可靠的定量依據(jù)，縮短網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中決策的科學(xué)性[2],也為研究和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了可靠的仿真平臺(tái)。通過在OPNET仿真平臺(tái)中構(gòu)建模型模擬網(wǎng)絡(luò)行為，在相同或不同的場(chǎng)景下進(jìn)行比較分析，從而得出相應(yīng)的結(jié)論。

OPNET Modeler主要采用三層建模機(jī)制：最下層的進(jìn)程域，用有限狀態(tài)機(jī)、C或C++以及OPNET自帶的核心函數(shù)實(shí)現(xiàn)各種協(xié)議算法[3]。第二層是節(jié)點(diǎn)域，通過修改各種不同功能模塊的參數(shù)符合建模的要求。最上層使用模型中各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建符合實(shí)際需要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。OPNET Modeler還包含動(dòng)畫功能、無線模塊、網(wǎng)絡(luò)分析工具模塊，其實(shí)現(xiàn)的動(dòng)畫效果展示形象直觀，使用網(wǎng)絡(luò)分析模塊對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)性能決策提供高可信依據(jù)。

1 EIGRP路由協(xié)議介紹

EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol，增強(qiáng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議)是一種高級(jí)距離矢量、無類的路由選擇協(xié)議，是思科私有的協(xié)議，只能運(yùn)行在思科路由器上。EIGRP的協(xié)議號(hào)是88，使用RTP(Reliable Transport Protocol可靠傳輸協(xié)議)傳送和接受EIGRP的分組，表1為EIGRP包格式。EIGRP使用Hello分組來發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證和重新發(fā)現(xiàn)鄰居路由器，除小于或等于1.544Mb/s的多點(diǎn)幀中繼鏈路是60秒外，其他鏈路都是5秒。采用EIGRP協(xié)議之后路由器有3張表：鄰居表、路由表、拓?fù)浔?，可以?duì)網(wǎng)絡(luò)變化作出快速反應(yīng)。

表1 EIGRP包格式

EIGRP使用的是DUAL(Diffusing Update Algorithm，彌散修正算法)算法機(jī)制，DUAL算法包括以下重要方面：Successor(后繼)、FD(可行距離)、RD或AD(報(bào)告距離/通告距離)、FS(可行后繼)、FC(可行條件)。DUAL算法能夠快速收斂的原因是FS，它保存了備份路徑，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)可以及時(shí)找到替代路徑。EIGRP使用復(fù)合的度量值，可以是帶寬、延時(shí)、可靠性和負(fù)載的組合，公式為：Metric=[K1*Bandwidth+(K2*Bandwidth)/(256-load)+K3*Delay]*[K5/(reliability+K4)]。在默認(rèn)情況下，K1和K3等于1，K2、K4和K5等于0。公式簡(jiǎn)化為：Metric=Bandwidth+Delay，即Metric=(10000M/源和目標(biāo)之間的最低鏈路帶寬+源和目標(biāo)之間所有的鏈路延時(shí)總和/10)*256。

2 建模仿真

由于EIGRP路由協(xié)議、IGRP路由協(xié)議、RIP路由協(xié)議、OSPF路由協(xié)議都屬于開放系統(tǒng)互連參考模型 (Open System Interconnect)中的網(wǎng)絡(luò)層，可以通過建模驗(yàn)證EIGRP路由協(xié)議的應(yīng)用效果及在相同情況下與IGRP路由協(xié)議、RIP路由協(xié)議、OSPF路由協(xié)議應(yīng)用效果進(jìn)行對(duì)比分析。

新建一個(gè)名為project_moni的工程，分別建立四個(gè)場(chǎng)景：scenario_eigrp、scenario_igrp、scenario_rip、scenario_ospf，建立模型，見圖1。這四個(gè)場(chǎng)景整體路由協(xié)議分別設(shè)置為EIGRP、IGRP(Interior Gateway Routing Protocol，內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議)、RIP(Routing Information Protocol，路由信息協(xié)議)、OSPF(Open Shortest Path First，開放最短路徑優(yōu)先)。

圖1 EIGRP路由協(xié)議通信模型Fig.1 EIGRP routing protocol communication model

設(shè)置scenario_eigrp場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)分配IPv4地址，路由器之間和ip32_cloud采用PPP_DS3相連，PC、SERVER和路由器之間采用10BaseT連接，整體路由協(xié)議為EIGRP。設(shè)置故障恢復(fù)服務(wù)，當(dāng)?shù)?00秒時(shí)node9-node16之間線路發(fā)生故障。采用數(shù)據(jù)流服務(wù)，前景流量占1%。在DES下選擇相關(guān)EIGRP分析選項(xiàng)，運(yùn)行仿真1000秒，設(shè)置Eigrp sim efficiency為Disabled。其他場(chǎng)景設(shè)置的具體設(shè)置過程省略。

3 仿真結(jié)果對(duì)比分析

仿真運(yùn)行結(jié)束后，打開局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)node0-node3觀察相關(guān)數(shù)據(jù)。由圖2可以看到時(shí)間到第200秒時(shí)，由于node9-node16之間發(fā)生故障，node0-node3之間路由發(fā)生了新的變化，由于EIGRP使用的是DUAL算法機(jī)制，所以網(wǎng)絡(luò)快速重新選擇路由，收斂時(shí)間十分短暫，網(wǎng)絡(luò)傳輸沒有受到影響。而采用IGRP協(xié)議和RIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸恢復(fù)正常時(shí)間分別是344秒和16秒左右。值得注意的是在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，采用OSPF協(xié)議情況下也實(shí)現(xiàn)了路由的快速重新選擇，網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)中斷傳輸。選擇在局域網(wǎng)node0-node3節(jié)點(diǎn)上從延時(shí)、抖動(dòng)、收到的流量、發(fā)送的流量4個(gè)方面觀察分析協(xié)議之間的差別，見圖3、圖4、圖5、圖6。由圖3可知，IGRP協(xié)議是延時(shí)最多的，其次為RIP協(xié)議，而EIGRP協(xié)議和OSPF協(xié)議不明顯。圖4顯示采用EIGRP協(xié)議抖動(dòng)比較平穩(wěn)，而其他協(xié)議出現(xiàn)了比較明顯的抖動(dòng)。圖5、圖6顯示各協(xié)議在接收的流量上和發(fā)送的流量基本保持一致。綜合以上比對(duì)結(jié)果，顯示適合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的最佳路由協(xié)議為EIGRP。

圖2 故障發(fā)生時(shí)數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)圖Fig.2 Data transmission status at fault

圖3 延遲仿真結(jié)果Fig.3 Delay simulation effect

圖4 抖動(dòng)仿真結(jié)果Fig.4 Jitter simulation effect

圖5 接收的流量仿真結(jié)果Fig.5 Received traffic simulation results

圖6 發(fā)送的流量仿真結(jié)果Fig.6 Flow simulation effect

4 網(wǎng)絡(luò)收斂活動(dòng)對(duì)比分析

選擇在全局節(jié)點(diǎn)上觀察各協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)收斂活動(dòng)，見圖7。發(fā)現(xiàn)盡管在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)下EIGRP和OSPF協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)都能夠?qū)崿F(xiàn)快速收斂，但是EIGRP協(xié)議收斂時(shí)間比OSPF協(xié)議短，這意味著有可能在隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大或者通信節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加EIGRP協(xié)議的路由收斂效果更佳。圖8為各協(xié)議發(fā)送的流量仿真結(jié)果，可以直觀看到IGRP和RIP路由協(xié)議周期性對(duì)外發(fā)包進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)收斂活動(dòng)，這有可能增大網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，占用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。而EIGRP協(xié)議和OSPF協(xié)議在快速實(shí)現(xiàn)路由收斂后，流量發(fā)送很少，幾乎對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬沒有造成什么影響，后期趨于穩(wěn)定，但初期OSPF協(xié)議收斂時(shí)相對(duì)于EIGRP協(xié)議收斂時(shí)有較明顯大的數(shù)據(jù)流量，這可能會(huì)對(duì)初期的網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生一定的影響。

圖7 網(wǎng)絡(luò)收斂活動(dòng)仿真結(jié)果Fig.7 Simulation results of network convergence activity

圖8 發(fā)送的流量仿真結(jié)果Fig.8 Flow simulation results for transmission

5 結(jié)語

近年來網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的興起對(duì)于研究網(wǎng)絡(luò)開辟了一條新的道路，鑒于它的仿真結(jié)果的可靠性，對(duì)于真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃、性能提升等各方面都起

到了重要的參考作用。它也能為網(wǎng)絡(luò)提供接近真實(shí)環(huán)境下的模擬試驗(yàn)環(huán)境和輔助測(cè)試手段, 驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的基本使用效能、網(wǎng)絡(luò)可靠性以及提供各種新技術(shù)體制的試驗(yàn)環(huán)境[4]?；贠PNET仿真軟件對(duì)EIGRP協(xié)議以及相關(guān)協(xié)議性能進(jìn)行了分析對(duì)比，做出了初步的研究，但對(duì)于EIGRP協(xié)議深層次研究,以及隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大或者通信節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響還需要做進(jìn)一步的研究。使用OPNET仿真軟件不僅對(duì)研究和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了可靠的仿真平臺(tái)，還能夠以可視化的角度幫助理論教學(xué)，具有非常廣泛的推廣價(jià)值。

[1]王文博,張金文.OPENTMolder與網(wǎng)絡(luò)仿真[M].北京:人民郵電出版社, 2003.

[2]陳敏.OPENT網(wǎng)絡(luò)仿真[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2004.

[3]龍華.OPNET Modeler與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[4]李波,蘇錦海,張傳富.基于OPNET的Email流量建模研究及仿真[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2010(7)：63-64.

Simulation analysis on OPNET and EIGRP performance

LI Jin-chao

(Shanxi Institute of Mechanical & Electrical Engineering information & Management department,Changzhi Shanxi 046011，China)

The essay implements the modeling and simulation for EIGRP on the basis of OPNET simulation platform, analyzes flow data of different routing protocols under the situation of delay,jitter, receive and send. In addition, effect on the network performance by convergence of related network protocols has been closely examined in the article to provide a basis for future research.

OPENT；EIGRP；Routing protocol;Modeling and Simulation；Comparative Analysis

2015-12-01

李晉超(1983-)，男，山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與管理工程系講師、碩士。主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

TP393.01

A

1673-6125(2016)01-0036-04