【正文】 基于OPNET的高校網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化仿真研究畢業(yè)論文目錄1 緒論 1 論文研究的背景 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 1 論文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 22 校園網(wǎng)性能指標與相關(guān)技術(shù) 2 2 校園網(wǎng)的主要拓撲類型 3 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 6 校園網(wǎng)的主要技術(shù) 8 交換及VLAN技術(shù) 8 路由技術(shù) 9 遠程訪問技術(shù) 9 網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù) 103 OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù) 11 網(wǎng)絡(luò)模擬和仿真技術(shù) 11 OPNET仿真軟件概述 11 OPNET 12 OPNET的重要概念 15 OPNET仿真技術(shù) 16 OPNET仿真機制 16 OPNET通信機制 17 OPNET建模機制 19 OPNET仿真步驟 214 OPNET下的校園網(wǎng)建模與仿真分析 23 校園網(wǎng)的建模 23 需求分析 23 網(wǎng)絡(luò)建模 23 業(yè)務(wù)配置 25 數(shù)據(jù)收集與仿真分析 28 28 數(shù)據(jù)收集 30 軟件仿真 32 數(shù)據(jù)分析 34 增加節(jié)點及業(yè)務(wù)后的仿真分析 38 節(jié)點及業(yè)務(wù)配置 38 設(shè)定背景業(yè)務(wù)流 40 仿真結(jié)果及分析 41 本章總結(jié) 465 校園網(wǎng)升級方案設(shè)計與性能分析 47 方案選擇 47 校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改進 47 改進后校園網(wǎng)的仿真分析 49 49 劃分VLAN前后性能比較 54 校園網(wǎng)路由協(xié)議的分析 57 RIP路由模擬與性能測試 57 OSPF路由模擬與性能測試 62 本章總結(jié) 666 總結(jié)與展望 67謝辭 70參考文獻 71附錄 72基于OPNET的高校網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化仿真研究1 緒論 論文研究的背景近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，高校的校園網(wǎng)也變得越來越復雜，傳統(tǒng)的校園網(wǎng)已經(jīng)不能滿足師生們的上網(wǎng)需求。同時，隨著高校規(guī)模的不斷擴大，用戶也逐漸增多，這必然給原有的校園網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)，因此需要對校園網(wǎng)進行升級改造，以適應(yīng)不斷增長的網(wǎng)絡(luò)需求。然而，根據(jù)實際經(jīng)驗設(shè)計出來的網(wǎng)絡(luò)，并不能保證其可行性，如果盲目地進行校園網(wǎng)升級，不但不能解決現(xiàn)有的問題，反而增加了投資風險。而網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)正是一種可以有效提高校園網(wǎng)運行質(zhì)量的方法，通過建立校園網(wǎng)模型，配置業(yè)務(wù)需求，進行仿真分析，可以清楚地了解到升級前與升級后校園網(wǎng)的性能參數(shù)，這樣可以對校園網(wǎng)的建設(shè)做一些預(yù)見性的分析，降低了投資風險。 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析作為先進的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，OPNET應(yīng)用日益廣泛，很多設(shè)備開發(fā)商、網(wǎng)絡(luò)運營商基于OPNET仿真軟件進行了多項重大項目的研究。ITT Industries的Aerospace/Communication Division(ITT A/CD)成為使用OPNET為美國軍方進行數(shù)字化系統(tǒng)工程設(shè)計、開發(fā)、集成和測試的先驅(qū)。自20世紀90年代初，ITT A/CD就使用OPNET實現(xiàn)了軍用產(chǎn)品的詳細仿真，包括為美國軍方開發(fā)的SINCGARS VHF無線設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)軟件、因特網(wǎng)控制器(INC)和Near Term Digital Radio，為英國BOWMAN戰(zhàn)略通信系統(tǒng)開發(fā)的高級數(shù)字無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。Cisco 3200系列移動接入路由設(shè)備具有移動IP和移動網(wǎng)絡(luò)的功能，為網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)、音頻和視頻通信。OPNET的移動IP模塊預(yù)測了Cisco移動IP業(yè)務(wù)部署在旅、營、師等規(guī)模下實現(xiàn)的性能。1998年OPNET進入中國，且發(fā)展非常迅速，許多高校也在研究OPNET，并應(yīng)用它進行校園網(wǎng)的建模仿真。其中包括北京大學、北京郵電大學、北京航空航天大學、北京理工大學、電子科技大學、上海大學、武漢大學等。另外，研究院所也應(yīng)用OPNET進行協(xié)議性能的分析以及軟件系統(tǒng)的開發(fā)，研究院所包括信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所、信息產(chǎn)業(yè)部電信規(guī)劃研究院、中國電信集團服務(wù)有限公司北京研究院、中國電信集團廣州研究與開發(fā)中心和中國移動通信有限公司研究開發(fā)中心等。 論文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排本文以O(shè)PNET仿真軟件為平臺，對高校校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求進行了分析，網(wǎng)絡(luò)需求主要包括HTTP、FTP、Email、Database、Telnet、Print、Video等。介紹了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)，利用OPNET對校園網(wǎng)進行建模，分析仿真結(jié)果，并增加業(yè)務(wù)應(yīng)用及結(jié)點，再進行仿真分析，通過對比分析得出結(jié)論，并提出校園網(wǎng)的升級設(shè)計方案。全文共分為六章，章節(jié)安排如下：第一章是緒論部分，介紹了研究題目的背景，闡述了高校校園網(wǎng)的建設(shè)情況及發(fā)展趨勢，國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的使用現(xiàn)狀，以及利用OPNET進行網(wǎng)絡(luò)仿真的意義及目的。第二章介紹了校園網(wǎng)設(shè)計的主要技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，同時也介紹了網(wǎng)絡(luò)性能評價指標，對高校校園網(wǎng)涉及的相關(guān)技術(shù)作了詳細的闡述。第三章介紹了OPNET仿真技術(shù)，包括OPNET的安裝及破解過程，以及OPNET的仿真機制、通信機制、建模機制、仿真步驟等。第四章介紹了利用OPNET對校園網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)建模，對其進行仿真，分析仿真數(shù)據(jù)，并在原有模型的基礎(chǔ)上增加結(jié)點及業(yè)務(wù)應(yīng)用，再進行仿真分析，得出現(xiàn)有校園網(wǎng)在擴容方面存在的問題，并指出校園網(wǎng)升級的必要性。第五章介紹了校園網(wǎng)的升級設(shè)計方案，包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，VLAN技術(shù)的應(yīng)用，路由協(xié)議的分析等，并再次進行網(wǎng)絡(luò)建模、仿真分析，驗證了升級設(shè)計方案的可行性。 第六章對全文進行了總結(jié)，為高校校園網(wǎng)建設(shè)提出指導性建議，并提出其中的不足及下一步的研究方向。2 校園網(wǎng)性能指標與相關(guān)技術(shù)對校園網(wǎng)性能進行分析評價，必須要有一定的衡量標準，即需要確定一組網(wǎng)絡(luò)性能評價指標。本文將介紹幾個常用的描述網(wǎng)絡(luò)性能的指標，它同樣適用于校園網(wǎng)。1) 吞吐量吞吐量是指單位時間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給節(jié)點的平均比特數(shù)，單位為bit/s。2) 包延遲包延遲是指數(shù)據(jù)分組的最后一位從源工作站通過網(wǎng)絡(luò)傳送至目的工作站所用的時間。3) 丟包率丟包率是指在網(wǎng)絡(luò)中沒有被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包占應(yīng)該被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的百分比。丟包率的大小，反映出網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及可靠性程度。4) 背對背背對背是用于表示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緩沖數(shù)據(jù)包能力的一個指標。5) 時延時延是指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時間。時延是一個非常重要的性能指標，也可以稱為延遲或者遲延。網(wǎng)絡(luò)中的時延由以下幾部分組成：發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延6) 時延帶寬積把傳播時延和帶寬相乘，就等到另外一個度量：傳播時延帶寬積，即時延帶寬積=傳播時延帶寬7) 速率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的速率是指計算機網(wǎng)絡(luò)中的主機在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，也稱為數(shù)據(jù)率（data rate）或者比特率（bit rate）。8) 帶寬在計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)的某一點到另一點所能通過的最大數(shù)據(jù)量。9) 往返時間在計算機網(wǎng)絡(luò)中，往返時間（RTT）也是一個重要的性能指標，表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認，總共經(jīng)歷的時間。 10) 利用率利用率有信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率，信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的，網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。 校園網(wǎng)的主要拓撲類型計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲是指通信子網(wǎng)節(jié)點之間連接結(jié)構(gòu)的拓撲構(gòu)型，通過結(jié)點與線路間的幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡(luò)中各實體的結(jié)構(gòu)關(guān)系。按拓撲結(jié)構(gòu)，計算機網(wǎng)絡(luò)可分為星型、總線型、樹型、網(wǎng)狀型、環(huán)型五類。1)星型拓撲結(jié)構(gòu) 在星型拓撲結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點通過點到點的方式連接到一個中央節(jié)點上，由該中央節(jié)點向目的節(jié)點傳送信息。中央節(jié)點執(zhí)行集中式通信控制策略，因此中央節(jié)點相當復雜，負擔比各節(jié)點重得多。星型拓撲的優(yōu)點：(1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理，便于大型網(wǎng)絡(luò)的維護和調(diào)試。　　(2) 網(wǎng)絡(luò)延遲時間較短，誤碼率較低?！　?3) 每個連接只接一個設(shè)備，單個連接的故障只影響一個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)?！　?4) 每個站點直接連到中央節(jié)點，故障容易檢測和隔離，可很方便地將有故障的站點從系統(tǒng)中刪除。　　(5) 任何一個連接只涉及到中央節(jié)點和一個站點，控制介質(zhì)訪問的方法簡單，使訪問協(xié)議也十分簡單。星型拓撲的缺點：　　(1)一條通信線路只被該線路上的中央節(jié)點和一個站點使用，因此線路利用率不高?！　?2) 中央節(jié)點負荷太重，而且當中央節(jié)點產(chǎn)生故障時，全網(wǎng)不能工作，所以對中央節(jié)點的可靠性和冗余度要求很高。2)總線拓撲結(jié)構(gòu)總線拓撲結(jié)構(gòu)采用一條單根線纜做為傳輸介質(zhì)，所有的站點都通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到傳輸介質(zhì)上，或稱總線上。任何一個節(jié)點信息都可以沿著總線向兩個方向傳播擴散，并且能被總線中任何一個節(jié)點所接收，所有的節(jié)點共享一條數(shù)據(jù)通道，一個節(jié)點發(fā)出的信息可以被網(wǎng)絡(luò)上的多個節(jié)點接收。總線型拓撲的優(yōu)點：　　(1) 結(jié)構(gòu)簡單靈活，非常便于擴充，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快?！　?2) 某個站點失效不會影響到其他站點。　　(3) 共享資源能力強，極便于廣播式工作，一個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀所有節(jié)點都可接收。　　(4) 易于擴充，在任何點都可將欲增加的新站點接入或者通過中繼器加上一個附加段來增加長度。　　(5) 多個節(jié)點共用一條傳輸信道，信道利用率高?？偩€型拓撲的缺點：　　(1) 總線拓撲的網(wǎng)不是集中控制，故障檢測需在網(wǎng)上各個站點進行，使故障診斷困難?！　?2) 在總線的干線基礎(chǔ)上擴充，可采用中繼器，但此時需重新配置，包括電纜長度的剪裁，終端器的調(diào)整等?！　?3) 所有的工作站通信均通過一條共用的總線，導致實時性很差。3)樹型拓撲結(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)是總線型結(jié)構(gòu)的擴展，它是在總線網(wǎng)上加上分支形成的，其傳輸介質(zhì)可有多條分支，但不形成閉合回路，也可以把它看成是星型結(jié)構(gòu)的疊加，又稱為分級的集中式結(jié)構(gòu)，著名的因特網(wǎng)(Internet)也是大多采用樹型結(jié)構(gòu)。樹型拓撲的優(yōu)點：　　(1) 結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低。　　(2) 網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間不產(chǎn)生回路，每個鏈路都支持雙向傳輸?！　?3) 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點擴充方便靈活，尋找鏈路路徑比較方便。樹型拓撲的缺點：　　(1) 除葉節(jié)點及其相連的鏈路外，任何一個工作站或鏈路產(chǎn)生故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運行?！　?2) 對根的依賴性太大，如果根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。因此這種結(jié)構(gòu)的可靠性問題和星型結(jié)構(gòu)相似。4)環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)中各節(jié)點通過環(huán)路接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)型通信線路中，環(huán)路中各節(jié)點地位相同，環(huán)路上任何節(jié)點均可請求發(fā)送信息，請求一旦被批準，便可以向環(huán)路發(fā)送信息。環(huán)型拓撲的優(yōu)點：　　(1) 信息在網(wǎng)中沿固定方向流動，兩個節(jié)點間僅有唯一的通路，簡化了路徑選擇的控制?！　?2) 某個節(jié)點發(fā)生故障時，可以自動旁路(由“中繼器”完成)，可靠性較高?！　?3) 所需電纜長度比星型拓撲要短得多，同時不需像星型拓撲結(jié)構(gòu)那樣配制接線盒。環(huán)型拓撲的缺點：　　(1) 擴充環(huán)的配置比較困難，同樣要關(guān)掉一部分已接入網(wǎng)的站點也不容易?！　?2) 由于信息是串行穿過多個節(jié)點環(huán)路接口，當節(jié)點過多時，影響傳輸效率，使網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間變長。但當網(wǎng)絡(luò)確定時，其延時固定，實時性強。5)網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)將多個子網(wǎng)或多個網(wǎng)絡(luò)連接起來構(gòu)成網(wǎng)際拓撲結(jié)構(gòu)。在一個子網(wǎng)中,集線器、中繼器將多個設(shè)備連接起來，而橋接器、路由器及網(wǎng)關(guān)則將子網(wǎng)連接起來。網(wǎng)狀拓撲的優(yōu)點：　　(1) 網(wǎng)絡(luò)可靠性高，一般通信子網(wǎng)中任意兩個節(jié)點交換機之間，存在著兩條或兩條以上的通信路徑，這樣，當一條路徑發(fā)生故障時，還可以通過另一條路徑把信息送至節(jié)點交換機?！　?2) 網(wǎng)絡(luò)可組建成各種形狀，采用多種通信信道，多種傳輸速率?！　?3) 網(wǎng)內(nèi)節(jié)點共享資源容易?！　?4) 可改善線路的信息流量分配。　　(5) 可選擇最佳路徑，傳輸延遲小。網(wǎng)狀拓撲的缺點：　　(1) 控制復雜，軟件復雜?！　?2) 線路費用高，不易擴充。 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備1)交換機交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的物理地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機可以學習MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。2)路由器路由器（Router）是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。選擇最佳路徑的策略即路由算法是路由器的關(guān)鍵所在，為了完成這項工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)路由表（RoutingTable），供路由選擇時使用。路徑表中保存著子網(wǎng)的標志信息、網(wǎng)上路由器的個數(shù)和下一個路由器的名字等內(nèi)容。路徑表可以是由系統(tǒng)管理員固定設(shè)置好的，也可以由系統(tǒng)動態(tài)修改，可以由路由器自動調(diào)整，也可以由主機控制。3)防火墻防火墻一方面可以阻止來自因特網(wǎng)的、對受保護