【正文】 交換機(jī)可以連接不同的 局 域網(wǎng)和局域網(wǎng)網(wǎng)段，并劃分局域網(wǎng)的沖突域?yàn)槎鄠€(gè)，使每個(gè)端口連接的每個(gè)網(wǎng)段為一個(gè)沖突域，從而使每個(gè)網(wǎng)段之間獲得更大的帶寬，比傳統(tǒng)使用集線器的共享式 網(wǎng)絡(luò) 有更高的效率。隨著網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的發(fā)展，集線器正逐步為交換機(jī)所取代。集線器可分為獨(dú)立式、疊加式、智能模塊化，有 8 端口、 16 端口、 24 端口多種規(guī)格，集線器支持的數(shù)據(jù)傳輸率為 10Mbps 或 100Mbps。 7) 中繼器以它相連的網(wǎng)絡(luò)同樣的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。 5) 由中繼器連接的網(wǎng)段構(gòu)成一個(gè)更大的網(wǎng)段，并且有著相同的網(wǎng)絡(luò)地址，屬于一個(gè)沖突域。 3) 中繼器工作在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的最低層物理層。 中繼器的特點(diǎn)有： 1) 中繼器可以重發(fā)信號(hào)，這樣可以擴(kuò)展網(wǎng)段的距離。它是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。 現(xiàn)在的校園網(wǎng)多使用星型或樹(shù)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線局域網(wǎng)已基本被星型所代替。 網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)設(shè)備之間均有點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接，這種連接不經(jīng)濟(jì)，只有每個(gè)站點(diǎn)都要頻繁發(fā)送信息時(shí)才使用這種方法。 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 環(huán)型結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)中若干節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路首尾相連形成一個(gè)閉合的環(huán)，數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個(gè)方向在各個(gè)節(jié)點(diǎn)間傳輸。 總線型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，便于擴(kuò)充；信道利用率高；傳輸速率高。 總 線 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線結(jié)構(gòu)是指各工作站和服務(wù)器均掛在一條總線上，各工作站地位平等，無(wú)中心節(jié)點(diǎn)控制，公用總線上的信息多以基帶形式串行傳遞，其傳遞方向總是從發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向兩端擴(kuò)散，如同廣播電臺(tái)發(fā)射的信息一樣，因此又稱(chēng)廣播式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。缺點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)共享能力較差；通信線路利用率不高；中央結(jié)點(diǎn)負(fù)荷太重；網(wǎng)絡(luò)可靠性低。 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星型拓?fù)涫怯芍醒虢Y(jié)點(diǎn)為中心與各結(jié)點(diǎn)連接組成的，多結(jié)點(diǎn)與中央結(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接。 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路的幾何位置就是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ， 也就是指網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)單元的地理分布和互聯(lián)關(guān)系的幾何構(gòu)形 。最理想的情況是 MTBF 值大，而 MTTR值小，即可靠性高，一般不出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障能馬上修復(fù)。通常用平均修復(fù)時(shí)間（ MTTR）表示。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)中對(duì)關(guān)鍵部件往往設(shè)置冗余備份。一般用平均無(wú)故障時(shí)間（ MTBF，Mean Time Between Failures）表示。與前面所闡述的動(dòng)態(tài)指標(biāo)不同，它們是一種靜態(tài)指標(biāo)。比如一些實(shí)時(shí)應(yīng)用或流媒體業(yè)務(wù)，如 VoIP，就可以忍受少量的丟包，并且也不需重發(fā)丟失的包；另外，TCP 協(xié)議正是靠檢測(cè)丟包發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的，這時(shí)它會(huì)以便低的速率重發(fā)丟失的包。超過(guò) 15%的丟包率可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不可用。數(shù)據(jù)包丟失一般是由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起的。另外，資源利用率也是預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能變化的最有效途徑，從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看， CPU 利用率最好在 30%40%，超過(guò)這個(gè)界限，網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)急劇下降，而網(wǎng)絡(luò)利用率大約為 30%70%時(shí)，可保證有突發(fā)業(yè)務(wù)時(shí)仍有足夠的帶寬可用。資源利 用率包括各種網(wǎng)絡(luò)部件的利用率：如信道利用率、 內(nèi)存利用率、 CPU 利用率、網(wǎng)絡(luò)利用率等。 資源利用率 資源利用率是指網(wǎng)絡(luò)資源的有效工作時(shí)間占整個(gè)時(shí)間的百分比。 吞吐量 網(wǎng)絡(luò)的吞吐量（ Throughput）是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要參數(shù)，指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臒o(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)量，通常以 bps(位 /秒 )、 Bps(字節(jié) /秒 )或 pps(包 /秒 )表示。 造成抖動(dòng)的原因 主 要有 3 個(gè)： 1. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斐傻膫鞑パ舆t變化； 2. 數(shù)據(jù)包處理要求不同 帶來(lái)的交換延遲變化； 3. 因隊(duì)列的空和隊(duì)列的滿而引起的調(diào)度處理延遲變化 。 延遲變化 延遲變化是指網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的時(shí)間變化，即抖動(dòng)。 20 在服務(wù)器端，如果服務(wù)器閑，則響應(yīng)快，忙則響應(yīng)慢：在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，如果網(wǎng)絡(luò)路徑無(wú)擁塞，則在路由器上排隊(duì)時(shí)間短 ，否則時(shí)間延長(zhǎng)；在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，由鏈路故障引起的路由變化也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包往返路徑不一致，從而影響傳輸時(shí)間。比如 IP 語(yǔ)音系統(tǒng)（ VoIP）和視頻點(diǎn)播系統(tǒng)（ VOD），為達(dá)到用戶期望的語(yǔ)音和視頻質(zhì)量，要求盡可能小的端到端延遲時(shí)間。 網(wǎng)絡(luò)延遲 網(wǎng)絡(luò)延遲是指將數(shù)據(jù)從一端發(fā)送到另一端的時(shí)間，是 一個(gè)廣泛使用的性能指標(biāo)。如在 Email 和 FTP 應(yīng)用中，要求數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高，但對(duì)響應(yīng)時(shí)間則要求很低 。 在主 /從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中響應(yīng)時(shí)間是由輪詢延遲、鏈路延遲、設(shè)備延遲和CPU 延遲四部分所需時(shí)間的總和。如：從用戶點(diǎn)擊一個(gè) URL，到接收到相應(yīng)的頁(yè)面所經(jīng)歷的時(shí)間，就是WEB 服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間 。本文將介紹幾個(gè)常用的描述網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，它同樣適用于校園網(wǎng)。而要對(duì)校園網(wǎng)性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，必須要有一定的衡量標(biāo)準(zhǔn) ，即需要確定一組網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。 18 圖 OPNET 仿真流程 定義目標(biāo) 創(chuàng)建或?qū)胪負(fù)? 運(yùn)行仿真 輸出 報(bào)告 收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 結(jié)果正確？ 創(chuàng)建或?qū)霕I(yè)務(wù) 調(diào)試 Y N 19 第四章 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù) 校園網(wǎng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 校園網(wǎng)性能穩(wěn)定與否關(guān)系到學(xué)校教育 、教 學(xué) 、 科研和管理等工作能否正常有序進(jìn)行。 調(diào)試再仿真：分析仿真數(shù)據(jù)，找出網(wǎng)絡(luò)的性能瓶頸，然后通過(guò)修改拓?fù)?、更新設(shè)備、調(diào)整業(yè)務(wù)量、修改協(xié)議等方法得到新的仿真場(chǎng)景，再次運(yùn)行仿真。 運(yùn)行仿真：利用仿真工具進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，以得到所需要的數(shù)據(jù)。 收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：收集要用于仿真模型實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。如網(wǎng)絡(luò)通信吞吐量、鏈路利用率、設(shè)備利用率、端到端延遲、丟包率、隊(duì)列長(zhǎng)度等。另外，統(tǒng)計(jì)線可以作為信號(hào)量，用于實(shí)現(xiàn)不同模塊進(jìn)程的底層信令機(jī)制。統(tǒng)計(jì)線最普遍的應(yīng)用之一是使得用戶所定義的進(jìn)程能夠獲知同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)其他模塊的狀態(tài)。因?yàn)閿?shù)據(jù)包流要經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的創(chuàng)建、傳輸、處理、銷(xiāo)毀等過(guò)程。例如：點(diǎn)到點(diǎn)鏈路要經(jīng)歷 4 個(gè)管道階段；總線鏈路共有 6 個(gè)管道階段；無(wú)線鏈路共有 13 個(gè)管道階段。 點(diǎn)到點(diǎn)鏈路能夠在一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)包；總線鏈路可以將一 個(gè)數(shù)據(jù)包自動(dòng)地傳送到多個(gè)目的地，通常用來(lái)代表局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)總線或其他基于廣播的網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線鏈路則用來(lái)模擬無(wú)線信道的頻率、功率、干擾等特性，其特性是廣播、時(shí)變以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性。 5. 鏈路形式 對(duì)于有線鏈路，它們都需要設(shè)定所支持的封包格式，并且要和收發(fā)信機(jī)支持的封包格式一致。 ICI 是仿真中進(jìn)程動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的對(duì)象。在任意時(shí)刻每個(gè)進(jìn)程一次最多只能綁定一個(gè) ICI，（ op_ici_install()綁定 ICI，最后一個(gè)起作用的） 。當(dāng)包被銷(xiāo)毀時(shí)，所有包域數(shù)據(jù)所占內(nèi)存會(huì)被自動(dòng)清空， ICI 這點(diǎn)與之不同， ICI 被銷(xiāo)毀時(shí)，其封裝的數(shù)據(jù)所占內(nèi)存需要手動(dòng)清空。在使用 op_ici_create()創(chuàng)建 ICI 之前必須先編輯其格式。 基于 ICI 的通信適用于任何事件，而且常和流事件一起使用，雖然流事件源于包的傳輸，但是如果需要傳輸額外的信息又想避免使用包本身，這時(shí)可以用 ICI。為將 ICI 與一事件關(guān)聯(lián)，仿真核心采用一種稱(chēng)為綁定的機(jī)制，一個(gè)進(jìn)程在一個(gè)時(shí)刻只能綁定一個(gè) ICI。 ICI 的應(yīng)用場(chǎng)合主要 16 是 ： ICI 是與事件關(guān)聯(lián)的用戶自定義的數(shù)據(jù)列表， ICI 與事件綁定，以事件為載體，可以用在各種有關(guān)事件調(diào)度的場(chǎng)合，因此比包的應(yīng)用范圍更廣。由于ICI 是以事件為載體，所以它可以用在各種有關(guān)事件調(diào)度的場(chǎng)合，比包的應(yīng)用范圍更廣，如同一節(jié)點(diǎn)模型的不同模塊之間、不同節(jié)點(diǎn)模型之間以及同一節(jié)點(diǎn)模型的相同模塊內(nèi)。 4. 用接口控制信息進(jìn)行通信（ ICI） 類(lèi)似于基于包的通信機(jī)制。 選擇 scheduled 對(duì)應(yīng)采用 op_pk_send()和 op_pk_send_delayed()傳輸包，這時(shí)可以設(shè)置包流的“ delay”屬性；選擇 forced 對(duì)應(yīng)采用 op_pk_send_forced()傳輸包；選擇 quiet 對(duì)應(yīng)采用 op_pk_send_quiet()。如果目的模塊希望隔一定的時(shí)間間隔主動(dòng)地去從隊(duì)列中取出一個(gè)包，應(yīng)當(dāng)采用 op_pk_send_quiet()函數(shù)，采取一種靜默的方式發(fā)送包。 (三 ) op_pk_send_forced()產(chǎn)生的事件不需在仿真核心的事件列表中排隊(duì)，而是插隊(duì)到事件列表的隊(duì)首立刻執(zhí)行，并且包不需要經(jīng)歷從源模塊輸出流到目的模塊輸入流的延時(shí)，直接到達(dá)目的模塊。時(shí)延由包流的“ delay”屬性指定，所以包到達(dá)的時(shí)刻為包發(fā)送的時(shí)刻加上包流 “delay”屬性的值。 15 如果包流的源模塊是進(jìn)程模塊，則可以通過(guò) op_pk_send()及其演變的 3 種方式將包發(fā)送至目的模塊輸入流。其優(yōu)點(diǎn)是因 begin simulation intenupt發(fā)生在所有中斷之前，進(jìn)程以標(biāo)準(zhǔn)的方式處理所有主流中斷，并且進(jìn)程在執(zhí) 行第一次主流中斷之前能夠完成所有初始化的活動(dòng)，這是非常重要的。 初始中斷可以由仿真核心 beginsimulationintenupt 引發(fā)，也可以由主流中斷引發(fā)。主流中斷需要完成初始化，與第一主流中斷相關(guān)的進(jìn)程要內(nèi)含在輸入初始化狀態(tài)中。初始化的退出執(zhí)行代碼用于處理主流中斷，也可以將主流中斷交由 下一個(gè)狀態(tài)的進(jìn)入代碼或轉(zhuǎn)移代碼完成。此時(shí)初始化通常是放在進(jìn)入執(zhí)行部分，在仿真時(shí)間為零時(shí)完成初始化。除完成初始化工作外還要處理該中斷。 1) 初始狀態(tài)為強(qiáng)制狀態(tài)， beginsimulationintemipt 沒(méi)有被啟用。因?yàn)槭菑?qiáng)制狀態(tài)，仿真開(kāi)始就進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。隊(duì)列采用先進(jìn)先出（ FIFO）模式管理包，位于隊(duì)首的包才能被目的模塊通過(guò) op_pk_get(stream index)獲取并移除。包隊(duì)列是隸屬于模塊，而不隸屬于某個(gè)包流，因此連接模塊的包流可以有多個(gè)，而包隊(duì)列只有一個(gè)。雖然連接到模塊的包流（輸入流和輸出流）的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，但是 OPNET 不允許群收（ Fanin）和群發(fā)（ Fanout）模式，具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)輸入流只能是一個(gè)包的唯一接收者，相對(duì)應(yīng)地，每個(gè)輸出流只能是每個(gè)包的唯一發(fā)送者。 b) 包流是支持包在同一節(jié)點(diǎn)模型的不同模塊間傳輸包的物理連接，具體來(lái)說(shuō)，它是源模塊的輸出端口和目的模塊輸入端口間的物理連接。一個(gè)有格式包中每個(gè)域以名字標(biāo)識(shí)，作為訪問(wèn)（設(shè)置 或者讀?。┌虻囊罁?jù)，而無(wú)格式包只為每個(gè)域指定索引號(hào)。每個(gè)包含有一些存儲(chǔ)信息的區(qū)域。包是 OPNET 為支持基于信息源（ Messageoriented）通信而定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 （ 2） 按照事件的重要程度，為事件設(shè)置不同的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先權(quán)高的先處理。仿真控制權(quán)伴隨中斷不斷地在仿真核與模塊之間轉(zhuǎn)移。當(dāng)一個(gè)事件執(zhí)行后將從事件列表中刪除該事件。 仿真調(diào)度機(jī)制 在 OPNET 中使用基于 事件列表的調(diào)度機(jī)制，合理安排調(diào)度事件，以便執(zhí)行合理的進(jìn)程來(lái)仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為。 仿真中的各個(gè)模塊之間通過(guò)事件中斷方式傳遞事件信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，模擬機(jī)進(jìn)行仿真，狀態(tài)不發(fā)生變化的時(shí)間段，不進(jìn)行仿真，即被跳過(guò)，因而仿真時(shí)間是離散的。 離散事件仿真機(jī)制 OPNET 采用基于離散事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制。例如路由協(xié)議要做的事有獲取周邊節(jié)點(diǎn)地址，建立拓?fù)湫畔ⅲ舐酚杀矸€(wěn)定下來(lái)，在收到封包將其轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這些事件中斷將引起相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。例 如在仿真路由協(xié)議時(shí)，如果要 了解封包是否到達(dá)，不必要每隔很短時(shí)間 周期性地查看一次，而是收到封包，事件到達(dá)才去看。 基于事件出發(fā)的有限狀態(tài)機(jī)建模（ Finite State Machine Modeling），避免以時(shí)間出發(fā)，變成以事件出發(fā)的建模。 OPNET 中的建模工作在 3 種不同的層中完成，這 3 種層次也稱(chēng)為 3 個(gè)域。在過(guò)程層次模擬單個(gè)對(duì)象的行為，在節(jié)點(diǎn)層次中將其互連成設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)層次中將這些設(shè)備互連組成網(wǎng)絡(luò)。 Modeler 采用階層性的模擬方式，從協(xié)議間關(guān)系看，節(jié)點(diǎn)模塊建模完全符合 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)層 TCP 層 IP 層 IP 封裝層 ARP 層 MAC 層 物理層；從網(wǎng)絡(luò)物件層次關(guān)系看，提供了三層建模機(jī)制，最底層為進(jìn)程模型，以狀態(tài)機(jī)來(lái)描述協(xié)議；其次為節(jié)點(diǎn)模型，由相應(yīng)的協(xié)議模型構(gòu)成，反映設(shè)備特性；最上層為網(wǎng)絡(luò)模型。 12 ProtoC 語(yǔ)言是進(jìn)程建模中支持各種算法實(shí)現(xiàn)的 OPNET 獨(dú)有的語(yǔ)言。其含義為在源狀態(tài)時(shí)，進(jìn)程只要完成源狀態(tài)的離開(kāi)代碼，就立即對(duì)轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行判斷，當(dāng)轉(zhuǎn)移條件成立，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移代碼，之后轉(zhuǎn)移到目的狀態(tài)。非強(qiáng)迫狀態(tài)被認(rèn)為是系統(tǒng)真正的狀態(tài)，因?yàn)楫?dāng)進(jìn)程執(zhí)行完非強(qiáng)迫狀態(tài)的進(jìn)入代碼后，進(jìn)程就處于阻塞，等待新的觸發(fā) ，而強(qiáng)迫狀態(tài)是為了實(shí)際編程和狀態(tài)控制的需要而提出的一種狀態(tài)，進(jìn)程不會(huì)停留在該狀態(tài)。 每個(gè)狀態(tài)都有相應(yīng)的動(dòng)作與其對(duì)應(yīng)，在 ProC 中這些動(dòng)作被稱(chēng)為執(zhí)行代碼。而非強(qiáng)迫狀態(tài)不同，當(dāng)進(jìn)程進(jìn)入非強(qiáng)迫狀態(tài)后，將停留在此狀態(tài)，等待事件、其他進(jìn)程或仿真核心的觸發(fā)。狀態(tài)就是進(jìn)程在仿真過(guò)程中所處的眾多模式之一，狀態(tài)之間是互斥和互補(bǔ)的，進(jìn)程在某一時(shí)刻只能處在一個(gè)狀態(tài)中，而所有的狀態(tài)則構(gòu)成了進(jìn)程狀態(tài)空間的全集。進(jìn)程模型主要用來(lái)刻畫(huà)節(jié)點(diǎn)模型里的處理機(jī)以及隊(duì)列模型的行為，可以模擬大多數(shù)軟件或者硬件系統(tǒng)，包括通信協(xié)議、算法、排隊(duì)策略、共享資源、特殊的業(yè)務(wù)