【正文】 議之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互連，主要用于不同體系的網(wǎng)絡(luò)或者局域網(wǎng)與主機(jī)系統(tǒng)的連接。路由器是網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)間連接的關(guān)鍵設(shè)備。路由器使用最少時(shí)間算法或最優(yōu)路徑算法來(lái)調(diào)整信息傳遞的路徑，如果某一網(wǎng)絡(luò)路徑發(fā)生故障或堵塞，路由器可選擇另一條路徑，以保證信息的正常傳輸。因此，在局域網(wǎng)乃至整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位。（4）路由器路由器是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間連接的主要設(shè)備，工作在OSI的第三層。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[12]。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[12]。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)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?？偩€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)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[11]。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增多時(shí)，傳輸業(yè)務(wù)時(shí)延加大，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重，從而使網(wǎng)絡(luò)性能下降。輸入負(fù)載的增加引起信道擁擠，時(shí)延增加，嚴(yán)重的還會(huì)因?yàn)榕鲎布觿』蚓彌_溢出引起重發(fā)而阻塞信道。網(wǎng)絡(luò)的輸入負(fù)載。網(wǎng)絡(luò)的帶寬。不同拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，其可靠性和延遲等性能會(huì)有所不同。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)[5]。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)：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斐傻膫鞑パ舆t變化；數(shù)據(jù)包處理要求不同帶來(lái)的交換延遲變化；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)。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)[17]。 第三章 校園網(wǎng)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)，找出瓶頸，然后通過(guò)修改拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、更新設(shè)備、修改協(xié)議等方法得到新的仿真場(chǎng)景，再次運(yùn)行仿真。保存項(xiàng)目運(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)量：根據(jù)要研究的問(wèn)題和目標(biāo)，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、端到端延遲等。（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。每個(gè)仿真時(shí)間點(diǎn)上可以同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)事件，事件的發(fā)生可以有疏密的區(qū)別。 圖21 層次化的建模網(wǎng)絡(luò)模型、結(jié)點(diǎn)模型和進(jìn)程模型分別在相應(yīng)的項(xiàng)目編輯器、結(jié)點(diǎn)編輯器和進(jìn)程編輯器中完成。三層模型與實(shí)際的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)三層完全對(duì)應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性[6]。其次為節(jié)點(diǎn)模型，其用來(lái)定義結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由發(fā)信機(jī)模塊，接收機(jī)模塊，處理機(jī)模塊，隊(duì)列模塊及包流，統(tǒng)計(jì)線等連接組成，反映服務(wù)特性。 OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù) 三層建模機(jī)制網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜的系統(tǒng)，OPNET Modeler建模采用層次化和模塊化的方式，將復(fù)雜的體系分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，每層完成一定的功能，一層內(nèi)又由多個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊完成更小的任務(wù)。OPNET支持面向?qū)ο蟮慕７绞?，并提供圖形化的編輯界面，更便于用戶使用；采用離散事件驅(qū)動(dòng)的模擬機(jī)理，使計(jì)算效率得到了很大提高；將基于包的分析方法和基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)建模方法結(jié)合起來(lái)，大大加快了仿真效率，而且可以得到非常細(xì)節(jié)化的模擬結(jié)果；在物件拼盤(pán)中，包含了詳盡的模型庫(kù)，包括：路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、客戶機(jī)、ATM設(shè)備、DSL設(shè)備等，還有其它廠商提供的配備，隨著OPNET版本的提高模型庫(kù)也不斷增加。Modeler焦點(diǎn)放在整個(gè)業(yè)務(wù)層流量的模擬，使運(yùn)營(yíng)商有效的查處業(yè)務(wù)配置中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。Modeler調(diào)用已經(jīng)建好的標(biāo)準(zhǔn)模擬組網(wǎng)，在某些業(yè)務(wù)達(dá)不到服務(wù)質(zhì)量的時(shí)候，Modeler捕捉重要的流量進(jìn)行分析，從業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器三方面找出瓶頸。它的產(chǎn)品線除了Modeler外，還包括IT Guru、SP Guru、OPNET Development Kit 和WDM Guru等[10]。目前共有大概5000個(gè)OPNET用戶，包括企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，儀器配備廠商以及軍事，教育，銀行，保險(xiǎn)等領(lǐng)域。對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行增加節(jié)點(diǎn)后，在運(yùn)行仿真并分析數(shù)據(jù)，通過(guò)兩次對(duì)比，找出影響校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的因素。第四章是校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，主要介紹了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的主要拓?fù)漕?lèi)型，用到的關(guān)鍵設(shè)備以及主要技術(shù)。 第二章是仿真軟件OPNET，探討了仿真技術(shù)理論，對(duì)OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)進(jìn)行了研究，主要介紹了OPNET軟件的三層建模機(jī)制以及OPNET仿真工作流程。 本文以O(shè)PNET仿真軟件為平臺(tái)，介紹校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及硬件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主要性能指標(biāo)、業(yè)務(wù)需求等，對(duì)現(xiàn)有校園網(wǎng)從增加節(jié)點(diǎn)和增設(shè)業(yè)務(wù)等方面進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)性能仿真分析，利用OPNET對(duì)校園網(wǎng)進(jìn)行了建模并運(yùn)行仿真，分析仿真結(jié)果，增加應(yīng)用業(yè)務(wù)及結(jié)點(diǎn)，再進(jìn)行仿真、分析。1997年，CERNET網(wǎng)絡(luò)中心開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。另一個(gè)原因是主流的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件基本上產(chǎn)自美國(guó)，而其高端產(chǎn)品在1998年以前一直是對(duì)包括中國(guó)在內(nèi)的社會(huì)主義國(guó)家禁運(yùn)。另一方面網(wǎng)絡(luò)仿真規(guī)劃設(shè)計(jì)軟件的使用和操作相當(dāng)復(fù)雜，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到一般網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就能熟練使用的目標(biāo)，因此國(guó)外網(wǎng)絡(luò)仿真軟件廠家正致力于簡(jiǎn)化軟件操作界面和操作流程，強(qiáng)化軟件的項(xiàng)目應(yīng)用能力，特別是加強(qiáng)了與網(wǎng)絡(luò)管理軟件廠商的合作，開(kāi)發(fā)與網(wǎng)管軟件的接口，使得網(wǎng)絡(luò)模型的建立逐步自動(dòng)化，加快網(wǎng)絡(luò)建模的速度[2]。在國(guó)外，網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)有十多年的歷史。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增多或網(wǎng)絡(luò)上增設(shè)新的業(yè)務(wù)后對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有什么影響?原有網(wǎng)絡(luò)還有多少擴(kuò)充能力?如果擬采用新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)的性能又會(huì)有多大程度的改善?計(jì)劃升級(jí)的方案是否切實(shí)可行，投入是否值得?這一系列的問(wèn)題都需要一種合理的手段，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)評(píng)估[17]。校園網(wǎng)普遍存在節(jié)點(diǎn)少、帶寬低、業(yè)務(wù)簡(jiǎn)單、利用率不高、可靠性和安全性差都問(wèn)題。教育信息化已成為世界發(fā)展的大趨勢(shì)[1]。目前，世界上大部分發(fā)達(dá)國(guó)家和部分發(fā)展中國(guó)家都建立了本國(guó)的校園網(wǎng)體系噶1。其特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)仿真能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供可靠的定量依據(jù)；網(wǎng)絡(luò)仿真能夠驗(yàn)證實(shí)際方案或比較多個(gè)不同的設(shè)計(jì)方