一種基于OPNET的小型網(wǎng)絡仿真及分析

摘要：OPNET作為一種最流行的網(wǎng)絡仿真軟件之一，已經(jīng)被越來越多科研人員使用。文中介紹了OPNET的特點并通過OPNET仿真來分析一個小型星型網(wǎng)絡在增加一個外圍星型網(wǎng)絡的情況下網(wǎng)絡延遲和服務器負載的變化，同時通過仿真，為一個小公司選擇一個最佳的網(wǎng)絡拓撲結構。
關鍵詞：OPNET：星型網(wǎng)絡：仿真：網(wǎng)絡延遲

0 引言
    網(wǎng)絡仿真是一種利用數(shù)學建模和統(tǒng)計分析的方法模擬網(wǎng)絡行為，從而獲取特定的網(wǎng)絡特性參數(shù)的技術。在人們建立新的網(wǎng)絡協(xié)議或通信標準等的時候，要想知道它們對網(wǎng)絡性能如吞吐量、網(wǎng)絡延遲等的影響，都離不開網(wǎng)絡仿真。目前網(wǎng)絡仿真技術已經(jīng)逐漸成為網(wǎng)絡規(guī)劃、設計和開發(fā)中的主流技術。在當今的信息技術飛速發(fā)展的時代，人們對網(wǎng)絡通信的需求也不斷提高。隨著網(wǎng)絡的規(guī)模越來越多，網(wǎng)絡的復雜度不斷變大，網(wǎng)絡的性能也變得愈加難測，因而對仿真軟件的要求也越來越高。目前常用的網(wǎng)絡仿真軟件種類比較豐富，主要有Berkeley NS、OMNeT++、SSFNET、OPNET等。OPNET是——個強大的面向對象的通信網(wǎng)絡仿真環(huán)境，現(xiàn)在已經(jīng)受到越來越多研究人員的青睞。文中通過OPNET仿真來分析一個小型的星型網(wǎng)絡在通過一個路由器外加一個星型網(wǎng)絡的情況下，整個網(wǎng)絡的延遲和服務器負載的變化，同時由仿真結果分析對于一個有著固定主機數(shù)的小公司，應該使用那種拓撲結構。

1 星型網(wǎng)絡拓撲和OPNET仿真軟件
    星型網(wǎng)絡拓撲結構中各個計算機使用各自的線纜連接到網(wǎng)絡中，如果一個站點出現(xiàn)問題，不會影響整個網(wǎng)絡的運行。該結構易于維護，通過交換電纜和工作站的簡單方法可以很容易地確定網(wǎng)絡故障點。整個網(wǎng)絡不會因一個站點的故障而受影響，網(wǎng)絡節(jié)點增減方便，是現(xiàn)在最常用的網(wǎng)絡拓撲結構。
    OPNET是一種基于離散事件的網(wǎng)絡仿真軟件，它采用分層建模方式，它分為進程建模、節(jié)點建模和網(wǎng)絡建模三層。進程建模模擬單個對象的行為，使用有限狀態(tài)機進行建模；節(jié)點建模是通過使用不同的模塊來描述節(jié)點對象的不同行為，展示網(wǎng)絡設備和系統(tǒng)的體系結構；網(wǎng)絡建模是在節(jié)點建模階段完成后的行為，它負責把節(jié)點建模中建立起來的設備互聯(lián)成網(wǎng)絡，編輯網(wǎng)絡的拓撲結構。
    OPNET仿真軟件的主要特點包括：采用面向對象的技術；基于事件的有限狀態(tài)機建模；無線嵌套的網(wǎng)絡模型；提供詳細的基本模型庫；離散事件驅動的模擬機理；高效的仿真引擎；提供多種業(yè)務模型；完全開放的系統(tǒng)；集成的交互式調試工具；豐富的統(tǒng)計和集成分析功能。

2 網(wǎng)絡仿真及結果分析
    假設一個實驗室內有三十臺主機，該實驗室內擁有一個星型網(wǎng)絡拓撲結構，由于增加了一個實驗室(15臺主機)，在增加的實驗室中同樣是一個星星拓撲結構，通過路由器把兩個網(wǎng)絡連接起來，根據(jù)仿真結果分析在增加額外負載的情況下是否會嚴重影響網(wǎng)絡性能。兩種網(wǎng)絡拓撲結構如下圖所示：

    在圖1中，使用了一個交換機，外圍節(jié)點代表實驗室的三十臺主機，圖2中通過一個路由器把兩個實驗室的網(wǎng)絡連接在了一起。在這兩個網(wǎng)絡中選擇的交換器為3C—SSII一1100—3300—4s—ae52一e48一ge3，路由器為Cisco2514，鏈路選擇的是10BaseT無屏蔽雙絞線。
    選擇仿真統(tǒng)計量為服務器負載和網(wǎng)絡延遲，仿真時間為0．5h，種子數(shù)為128，仿真結果如下：

    圖中紅色曲線代表未擴展的網(wǎng)絡，藍色代表擴展后的網(wǎng)絡。由仿真結果可以看出，在增加外圍網(wǎng)絡的的情況下，網(wǎng)絡的負載的變化仍然比較平穩(wěn)，并未出現(xiàn)單調遞增的趨勢，所以擴展后的網(wǎng)絡仍然可以穩(wěn)定運行，再由圖4可以看出，盡管擴展后網(wǎng)絡的負載增加了，但是網(wǎng)絡延遲并沒有發(fā)生明顯的變化，最終都在0．004s左右。

    下面分析另一種情況，假設一個公司有有兩間辦公室，一間內有主機三十臺，一間內有主機十五臺，其中一種拓撲結構如圖2所示，下面還有一種拓撲結構，如圖5所示：

    和圖2相比，該拓撲結構中只用了一個交換機，沒有使用路由器，通過仿真比較這兩種拓撲的統(tǒng)計量結果如下圖所示：

    由顯示結果可以看出，兩種拓撲結構都能使網(wǎng)絡穩(wěn)定運行，它們的負載大致是相同的，網(wǎng)絡延遲也大致相同。從仿真結果可以看出，兩種拓撲結構對網(wǎng)絡的影響大致上是相同的，所以在給一個小公司配置網(wǎng)絡結構時，兩種結構似乎可以任意選擇。但是，在當今的世界上，我們做任何事情都講究簡單節(jié)省、經(jīng)濟實惠。所以從經(jīng)濟的角度上來說，我們應該選擇圖5的拓撲結構，因為在該結構下，不僅保證了網(wǎng)絡的性能沒有降低，而且節(jié)省了一個路由器、一個交換機以及若干雙絞線的費用開銷。

3 總結
    文中描述了0PNET仿真軟件的建模機制和仿真特點，并通過仿真分析了一個星型網(wǎng)絡在增加相應的網(wǎng)絡的情況下，網(wǎng)絡性能的變化，結果顯示，網(wǎng)絡仍然可以穩(wěn)定運行。同時通過網(wǎng)絡仿真為一個小型公司選擇了一個最佳的經(jīng)濟實惠的網(wǎng)絡拓撲結構。