【正文】 端到端之間的流量，使用流量矩陣來描述。 定義輸入和輸出，設(shè)置仿真參數(shù)、設(shè)計仿真序列以及要收集的統(tǒng)計量，如延遲、誤比特率等。 以太網(wǎng)核心思想 以太網(wǎng)的核心思想是使用共享的公共傳輸信道。如果在一定的時限 (200 到 1500 毫微秒 )內(nèi)，在出境信道上未返回確認文電，則遠方站 （ 副站 ） 會認為兩個站在企圖同時傳輸，因而發(fā)生了 碰撞沖突，使傳輸數(shù)據(jù)受破壞，此刻兩個站都將再次選擇一個隨機時間，試圖重發(fā)它們的信息包，這時成功的把握就非常大 這種類別的網(wǎng)絡(luò)稱謂爭用型網(wǎng)絡(luò)，因為不同的站都在爭用相同的信道。 以太網(wǎng) 的標準化 在 70 年代末，數(shù)十種局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)涌現(xiàn)出來，而以太網(wǎng)正是其中的一員 。 Metaclfe 在訪問位于華盛頓 特區(qū)的美國標準化局（ NBS）時，遇見了英特爾公司的一位 正在 NBS 工作的工程師，此人正在為他的先進的 25MHz VLSI NMOS 集成電路加工技術(shù)尋找新的應(yīng)用，這種珠聯(lián)碧合的優(yōu)勢是顯而易見的： Xerox 提供技術(shù)， DEC 有雄厚的技術(shù)力量，而且是以太網(wǎng)硬件的強有力的供應(yīng)商，英特爾提供以太網(wǎng)芯片構(gòu)件。 1983 年該草稿最終以 IEEE10 BASE5 而面世。使用圖形用戶界面的、功能強大的 PC 機越來越多，造成了較高的基于圖形的網(wǎng)絡(luò)負載。通過這種網(wǎng)絡(luò)開關(guān)使延遲時間降低一 個數(shù)量級。 Kalpana 把這一特性加到它的集線器中，全雙工很可能成為未來交換式集線器和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口卡的標準。 CSMA/CD 總線的實現(xiàn)模型如圖 所示，對應(yīng)于 OSI 參考模型的最低兩層。 訪問單元 OSI 參考模型 訪問單元接口 訪問單元 電路 接口 AUI 圖 CSMA/CD 模型圖 CSMA/CD 工作原理 在 CSMA 中，由于信道傳播時延的存在，即使總線上兩個站點沒有監(jiān)聽到載波 信號而發(fā)送幀時，仍可能會發(fā)生沖突。當網(wǎng)絡(luò)處于空閑的某一瞬間，有兩個或兩個以上工作站要同時發(fā)送信息時，同步發(fā)送的信號就會引起沖突。 如圖 所示，現(xiàn)假定 A、 B 兩個站點位于總線兩端，兩站點之間的最大傳播時延為 tp。在這 兩種情況下，算法在所謂的退避周期進行，一個退避周期等于 aUnitBackoffPeriond 符號。對于非時隙系統(tǒng)，或 macBattLifeExt 設(shè)置為 FALE 的時隙系統(tǒng)，BE 應(yīng)被初始化為 macMinBE 的值 。對非時隙 CSMA/CD算法， MAC 子層應(yīng)初始化 NB 和 BE，接著直接處理步驟 (2)。如果 MAC 子層能繼續(xù)進行退避延遲，則它將請求物理層在當前的超幀中執(zhí)行 CCA。如果它不等于 0，則 CSMA/CD 算法將返回到步驟 (3)； 如果它等于 0，則 MAC 子層將在下一個退避周期的界線處開始傳輸幀。 IEEE 物理層兼容連接能夠被增加到這些網(wǎng)絡(luò)，在不違反 標準的情況下使用一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層兼容模式傳輸 IP 數(shù)據(jù)報。 下面具體介紹幾種典型的 10Mbps 以太網(wǎng)主要參數(shù)。 10BROAD36 10BROAD36 是 IEEE 中為一針對寬帶系統(tǒng)的規(guī)范。包括成幀（幀定界和幀同步）、編址（源地址及目的地址的處理）和差錯檢測等。首先，它發(fā)送一個稱為阻塞（ Jam）的位序列來強制沖突，這就保證了有足夠的沖突持續(xù)時間，以使其他與沖 突有關(guān)的發(fā)送站都得到通知，24 在阻塞信號結(jié)束時，發(fā)送媒體訪問管理就停止發(fā)送。同時，監(jiān)視媒體和產(chǎn)生沖突檢測信號。 10BASEF 10BASEF 是 IEEE 中關(guān)于以光纖作為媒體的系統(tǒng)的規(guī)范。 10BASET 10BASET 定義了一個物理上的星型拓撲網(wǎng)，其中央節(jié)點是一個集線器，每個節(jié)點通過一對雙絞線與集線器相連。 IEEE 物理層對應(yīng)于 OSI 參考模型的物理層。 數(shù)據(jù)鏈路層標準詳細說明了 ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層中邏輯鏈路控制子層。如果 NB 的 值小于或等于 macMaxCsMABackoffs， .則 CSMA/CD 算法將返回到步驟 (2)。在時隙 CSMA/CD 系統(tǒng)中，電池壽命延長子域的值為訓寸， MAC 子層應(yīng)確保在隨機退避之后，余下的 CSMA/CD 運算能繼續(xù)進行，并且整個事件能在 CAP 時期結(jié)束之前得到傳輸。則在算法的第一次迭代時間，沖突避免將失效。 NB 記錄在當前幀傳輸時已經(jīng)回退的次數(shù)，在每個新的傳輸開始之前，這個值被初始化為 0，每回退一次加 1。 19 A 站 B 站 t=Δt t=t0Δt A 開始發(fā)送數(shù)據(jù) t=t0 A 檢測到?jīng)_突 t=2t0 A 檢測到?jīng)_突 tp 為最壞情況下的通道時延 圖 CSMA/CD 沖突檢測原理圖 CSMA/CD 算法 CSMA/CD 算法是用于節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸時的信道爭用機制。因為有可能兩個或多個站點都同時檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑然后幾乎在同一時刻開始傳輸數(shù)據(jù)。一旦檢測到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，用以通知總線上其他各有關(guān)站點。 MDI 是一個同軸電纜接口，所有站點都必須遵循 IEEE 定義的物理媒體信號的技術(shù)規(guī)范，與這個物理媒體接口完全兼容。每幀傳輸完畢之后，各工 作站必須公平爭取下一幀的傳輸機會。 1993 年， Kalpana 創(chuàng)造了另一項突破 —— 全雙工以太網(wǎng)。到 80 年代末一種新型網(wǎng)橋 —— 智能型多端口網(wǎng)橋開始出現(xiàn)。 1984 年美國聯(lián)邦政府以 FIPS PUB107 的名字采納 標準。如前所述，最初的實驗型以太網(wǎng)工作在 ，而 DIX 開始規(guī)定是在 20Mbps 下運行，最后降為 10Mbps。 Bell 想討論 DEC 和 Xerox共同建造以太網(wǎng) LAN 的設(shè)想，Metcalfe 認為和不同 廠商一起發(fā)展以太網(wǎng)的主意不錯，但 Metcalfe 此時有點身不由己，因為 Xerox 一心想保護它的專利、限制 Metcalfe 為 DEC 工作。現(xiàn)在這個模型 已以經(jīng)典的 ALOHA 模型而聞名于世，當時它評估出 ALOHA 系統(tǒng)的理論容量達到17%的論效率。 該系統(tǒng)的初始速度為 4800 bps，最后升級到 9600 bps。 統(tǒng)計結(jié)果，得出結(jié)論并提交仿真報告，既可使用數(shù)據(jù)分析的形式，也可使用圖像處理的方法。對于后兩者，可以使用 Angilent NetMetrix， CiscNet Flow 等多種流量監(jiān)控分析工具導(dǎo)入或者手動導(dǎo)入設(shè)計。使用鏈路、節(jié)點模型為它的底層模型。 OPNET Modeler 建模過程 OPNET Modeler 的仿真建模方法 OPNET 的建模主要有 以 下幾種方法： 建立進程模型主要使 用 Process Editor。 核心函數(shù) 具有校準的命名結(jié)構(gòu) ，增強了代碼的可讀性，也可為用戶提供查找的方便。此外，建立在 OPNET 上的仿真平臺當前無法脫離 OPNET10 環(huán)境，也是 OPNET 的一個局限性。 OPNET 的缺點： 價錢昂貴 OPNET 的單使用者授權(quán)費超過 2 萬 5 千美金。標準模型庫分成下述幾類： （ 1） 數(shù)據(jù)鏈路層 （ 2） 網(wǎng)絡(luò)層 （ 3） 路由協(xié)議 （ 4） 傳輸層協(xié)議 （ 5） 物理層 （ 6） 實用程序 （ 7） 綜合仿真目標 （ 8） 應(yīng)用層 （ 9） 無線模型 （ 10） 廠商設(shè)備模型 特殊模型庫： 特殊模型庫是針對客戶的特殊需求或新的技術(shù)或某個廠商專有技術(shù)而提供的模型庫。 8 OPNET 的仿真模型庫 OPNET 仿真模型庫為客戶提供了一系列的仿真模型。 第三方提供的庫模塊有：地形仿真庫、大氣仿真庫、 SUN 網(wǎng)管接口、 HP網(wǎng)管接口等。 OPNET Modeler 的 體系結(jié)構(gòu) OPNET 能夠準確的分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性能和行為，在網(wǎng)絡(luò)模型中的任意位置都可以插入標準的或用戶指定的探頭，以采集數(shù)據(jù) 和進行統(tǒng)計。 仿真方法，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件建立所研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬模型，在計算機上運行這個模型，并分析運行的輸出結(jié)果。論文的第 一 章介紹了 仿真技術(shù) 的發(fā)展情況，強調(diào)了本課題的意義和5 目標。節(jié)點可以任意移動，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化。利用 OPNET 可以很方便的針對各種擁塞控制算法進行不同的配置。 擁塞窗口只增加 1/Cwnd。 擁塞控制的仿真 為了更好地在運輸層進行擁塞控制， 1999 年公布的因特網(wǎng)建議標準 [RFC 25811 定義了擁塞控制的四個階段，即慢啟動 (slow start)、擁塞避免 (congestion avoidance)、快速重傳 (fast retransmit)和快速恢復(fù) (fast recovery)。 傳輸介質(zhì)也從粗纜到雙絞線到光纖發(fā)展。萬兆以太網(wǎng)技術(shù)與千兆以太網(wǎng)類似，仍然保留了以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范由 委員會制定。以太網(wǎng)取得成功的主要因素包括良好的標準化、互通性、經(jīng)濟性和易用性。 網(wǎng)絡(luò)仿真能夠為網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計提供可靠的定量依據(jù)，并能夠方便地修改建立起來的網(wǎng)絡(luò)模型，這使得網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)非 常適用于預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的性能。設(shè)計過程采用自頂向下逐漸細分的方法，首先介紹了整個系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并將其基本功能分為數(shù)據(jù)幀接收、數(shù)據(jù)幀發(fā)送、流量控制這三大部分，給出了它們之間的關(guān)系，再分別針對每個模塊進行進一 步的細分，最后對各個模塊進行仿真來檢查設(shè)計結(jié)果。I 摘 要 網(wǎng)絡(luò)仿真是一種新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和優(yōu)化技術(shù)，他能夠為網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計提供可靠的定量依據(jù)，也能夠驗證實際方案或者比較多個不同的設(shè)計方案 。 基于 OPNET 的 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)性能的研究是針對 協(xié)議進行的原理分析和理論分析， 實現(xiàn) 了對此協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)仿真模型的建立，并通過分析信道吞吐量和利用率參數(shù)，得出了相關(guān)重要的結(jié)果和評估。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)通過沒你現(xiàn)實中的網(wǎng)絡(luò)行為，從而可以提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計的可靠性和準確性，明顯 降低網(wǎng)絡(luò)成本和投資風險，減少不必要的浪費。如今，人們試圖將以太網(wǎng)擴展到城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)，采用與 IP 一致的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接，而且中間不需要任何格 式轉(zhuǎn)換，形成從局域網(wǎng)、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)一致的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 規(guī)范規(guī)定了以太網(wǎng)物理層和 MAC 層的眾多標準。通過不同的編碼方式或波分復(fù)用提供 10Gbit/s傳輸速度。光纖接入網(wǎng)是采用光纖傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，在本地交換局和用戶之間全部或部分采用光纖傳輸，有別于光纖傳輸系統(tǒng)。 慢啟動階段：擁塞窗 口 (Cwnd)是指在沒有收到確認 ACK 的情況下最多能發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。 快速重傳和快速恢復(fù)階段：當數(shù)據(jù)包超時時，擁塞窗口被設(shè)置為 1。在以上模型建立后，4 只 需配置客戶端和服務(wù)器的參數(shù)， 用仿真器仿真這幾種算法，將結(jié)果顯示在同一張圖上 。在路由網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點兼?zhèn)渲鳈C和路由器兩種角色。第二章對 OPNET 軟件 作為 網(wǎng)絡(luò)仿真軟件 的優(yōu)勢、 OPNET 軟件 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理作了介紹，使讀者對本論文的研究重點有一個總體的了解。 然而，前兩種方法都存在很大的局限性。通過探頭得到的仿真輸出可以以圖形化顯示、數(shù)字方式觀察、或者輸出到第三方的軟件包去。 OPNET 允許用戶使用 FSM（有限狀態(tài)機）開發(fā)自己的協(xié)議，并提供了豐富的 C 語言庫函數(shù)。在這些仿真模型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的仿真。特殊模型庫必須額外收費。價格的因素使得盜版猖獗。 OPNET對路由協(xié)議的仿 真比較適合，但是對鏈路的仿真好想就只能通過 Pipeline stage 來做。它按照不同的操作對象可以劃分為若干函數(shù)集，核心函數(shù)的命名與其所在的函數(shù)集聯(lián)系密切，他的命名系統(tǒng)建模與參數(shù)設(shè)置 參數(shù)重設(shè) 置 數(shù)據(jù)采集和仿真 結(jié)果分析 11 規(guī)則如下： 核心函數(shù)的名稱均以“ op_”為前綴，表示這個函數(shù)是由 OPNET 仿真核心所提供的。在完全自己開發(fā)新技術(shù)時，在使用庫中節(jié)點模型但是需要進行底層進程修改時，需要進行這一步來建立進程模型。如果針對已有的實際網(wǎng)絡(luò)進行研究還可以使用 HP NMM（ HP 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理器）自動導(dǎo)入。 OPNET Modeler 建模流程 基于 OPNET 的網(wǎng)絡(luò)仿真流程如圖 所示，具體如下： 理解仿真的目的，確定需要處理的問題和對象，并對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備、所用協(xié)議標準、網(wǎng)絡(luò)鏈路等作一定了解。 圖 OPNET 仿真流程圖 開始 確定問題及相關(guān)文檔 初步建立網(wǎng)絡(luò)模型 修改、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)模型 完善網(wǎng)絡(luò)模型 運行仿真 分析、提交仿真報告 結(jié)束 13 3 協(xié)議分析 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史 20 世紀 70 年代中期， Xerox 公司制定了以太網(wǎng)協(xié)議并進行實驗，速率為 ； 1980 年， Xerox、 Intel 和 DEC 三公司聯(lián)合發(fā)表 DIX80，即以太網(wǎng)的標準； 1981 年 6 月， IEEE802 LAN 標準委員會成立； 1985 年， IEEE802 LAN 標準委員會正式通過了局域網(wǎng)標準。該系統(tǒng)的獨特之處在于 用“入境”( inbound)和“出境” （ outbound）