【正文】 年起步，這主要有兩個(gè)原因，一個(gè)是我國(guó)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展較晚，對(duì)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的需求相對(duì)不是十分迫切。自1998年以來(lái)，由于我國(guó)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的拉動(dòng)和美國(guó)解除高端網(wǎng)絡(luò)仿真軟件出口限制的刺激，我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)仿真研究和應(yīng)用逐步起步。1998年，北京郵電大學(xué)、廣東省郵電科學(xué)技術(shù)研究院、原電子部電科院、郵電部規(guī)劃設(shè)計(jì)院等單位先后引進(jìn)了先進(jìn)的OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用等方面的研究工作[8]。全文分為五章，章節(jié)安排如下：第一章是緒論，概述了本論文研究的背景及其意義，介紹了國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與水平以及教育信息化和校園網(wǎng)的建設(shè)的使用情況。第三章是校園網(wǎng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要介紹了常用的網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，以及這些指標(biāo)的分析方法以及可能影響這些指標(biāo)的因素。第五章是校園網(wǎng)建模及仿真分析，通過(guò)需求分析，網(wǎng)絡(luò)建模，業(yè)務(wù)配置完成校園網(wǎng)的建模，運(yùn)行仿真并分析數(shù)據(jù)。第二章 仿真軟件OPNET OPNET仿真平臺(tái)簡(jiǎn)介 OPNET最早是在1986年由麻省理工大學(xué)的兩個(gè)博士創(chuàng)建的，并發(fā)現(xiàn)其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模擬非常的有用，因此于1987年建立了商業(yè)化的OPNET。成千上萬(wàn)的組織使用OPNET軟件來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、最大限度地提高通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的可用性。在OPNET的各種產(chǎn)品中，Modeler幾乎包含了其他所有產(chǎn)品的功能，針對(duì)不同的領(lǐng)域它表現(xiàn)出不同的用途：（1）對(duì)于企業(yè)網(wǎng)的模擬。（2）對(duì)于運(yùn)營(yíng)商（ISP）網(wǎng)的模擬。（3）針對(duì)研發(fā)的需求，Modeler提供了一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，使用戶能夠建立新的協(xié)議和配置，并且能夠?qū)⒓?xì)節(jié)定義并模擬出來(lái)[7]。此外，功能完善的結(jié)果分析器為網(wǎng)絡(luò)性能的分析提供了有效而又直觀的工具；提供了多種業(yè)務(wù)模擬方式；具有豐富的收集分析統(tǒng)計(jì)量，查看動(dòng)畫(huà)和調(diào)試等功能；它可以直接收集常用的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次的性能統(tǒng)計(jì)參數(shù)，能夠方便地編制和輸出仿真報(bào)告。從網(wǎng)絡(luò)物件層次關(guān)系看，提供三層建模機(jī)制，底層為進(jìn)程模型，以有限狀態(tài)機(jī)(FSM)來(lái)描述各個(gè)狀態(tài)和狀態(tài)間轉(zhuǎn)移關(guān)系。最上層為網(wǎng)絡(luò)模型，與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)，反映網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性。另外，還增加了外部系統(tǒng)模型，OPNET提供了與外部程序或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的機(jī)制，提供協(xié)同仿真功能。 圖22 進(jìn)程模型圖23 網(wǎng)絡(luò)模型圖24 節(jié)點(diǎn)模型 離散事件仿真機(jī)制OPNET采用離散時(shí)間驅(qū)動(dòng)的模擬機(jī)理，其中“事件”是指網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，也就是說(shuō)，只有在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)模擬機(jī)才工作，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不發(fā)生變化的時(shí)間段不執(zhí)行任何模擬計(jì)算，即被跳過(guò)，因而仿真時(shí)間是離散的。與時(shí)間驅(qū)動(dòng)相比，離散時(shí)間驅(qū)動(dòng)的模擬機(jī)效率得到很大的提高[16]。每當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)事件中斷時(shí)都會(huì)觸發(fā)一個(gè)描述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為或者系統(tǒng)處理的進(jìn)程模型的運(yùn)行，通過(guò)離散事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制實(shí)現(xiàn)了在進(jìn)程級(jí)描述通信的并發(fā)性和順序性，再加上事件發(fā)生時(shí)刻的任意性，決定了可以仿真計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)中的任何情況下的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和行為。調(diào)度的完成通過(guò)仿真軟件的仿真核和仿真工具模塊以及模型模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，事件列表的調(diào)度機(jī)制具體描述如下[1]：每個(gè)OPNET仿真都維持一個(gè)單獨(dú)的全局時(shí)間表，其中的每個(gè)項(xiàng)目和執(zhí)行都受到全局仿真時(shí)鐘的控制，仿真中以時(shí)間順序調(diào)度事件列表中的事件，需要先執(zhí)行的事件位于表的頭部。仿真核作為仿真的核心管理機(jī)構(gòu)，采用高效的辦法管理維護(hù)事件列表，按順序通過(guò)中斷將在隊(duì)列頭的事件交給指定模塊，同時(shí)接收各個(gè)模塊送來(lái)的中斷，并把相應(yīng)事件插入事件列表中間。當(dāng)事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，仿真核按照下面兩種辦法來(lái)安排事件在事件列表中的位置：（1）按照事件到達(dá)仿真核的時(shí)間先后順序，先到達(dá)先處理（first e first serve）。 OPNET仿真流程利用OPNET仿真，一般遵循以下工作流程：定義目標(biāo)問(wèn)題：明確和規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)仿真所要研究的問(wèn)題和目標(biāo)，提出明確的網(wǎng)絡(luò)仿真描述性能參數(shù)。建立網(wǎng)絡(luò)仿真模型：根據(jù)研究的問(wèn)題和目標(biāo)，建立所需要的網(wǎng)絡(luò)模型、進(jìn)程模型或節(jié)點(diǎn)模型，并配置相關(guān)業(yè)務(wù)。如網(wǎng)絡(luò)流量、端到端延遲等。查看并分析結(jié)果：查看結(jié)果并利用相關(guān)分析工具和數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。生成仿真報(bào)告：生成網(wǎng)絡(luò)仿真的研究報(bào)告。及時(shí)了解校園網(wǎng)的性能，對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)速度、克服網(wǎng)絡(luò)瓶頸、保障教育教學(xué)工作的正常進(jìn)行具有十分重要的意義。不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)或應(yīng)用，其涉及的性能指標(biāo)不盡相同，同一種性能指標(biāo)對(duì)于不同的業(yè)務(wù)類型，其影響也有很大區(qū)別，因此對(duì)于具體的業(yè)務(wù)類型或應(yīng)用，還需具體分析。 校園網(wǎng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是反映網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)之一，它是指客戶機(jī)從對(duì)服務(wù)器提出請(qǐng)求開(kāi)始到收到響應(yīng)所需要的時(shí)間，常用于評(píng)價(jià)交互式終端從一個(gè)主機(jī)請(qǐng)求信息的情況，這是一個(gè)應(yīng)用層的指標(biāo)。在C/S結(jié)構(gòu)中，響應(yīng)時(shí)間由網(wǎng)卡延遲、物理介質(zhì)延遲、服務(wù)器延遲三種構(gòu)成。不同的應(yīng)用對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求不盡相同。而在HTTP應(yīng)用下載一個(gè)網(wǎng)頁(yè)只要不超過(guò)5秒也還是可以忍受的，一般情況下響應(yīng)時(shí)間閾值設(shè)為100毫秒，最大不超過(guò)400毫秒，當(dāng)響應(yīng)時(shí)間超過(guò)閾值時(shí)，用戶就可能變得不耐煩。延遲時(shí)間的大小影響應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行效率的高低，對(duì)于那些對(duì)時(shí)間敏感的應(yīng)用程序而言其影響更大。網(wǎng)絡(luò)延遲的確定常測(cè)量往返時(shí)間（RTT，roundtrip time），即一個(gè)數(shù)據(jù)包自客戶機(jī)到服務(wù)器間往返所需的時(shí)間間隔，它不是固定不變的，而是隨著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化而變化。可以通過(guò)對(duì)某一段時(shí)期的網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延遲的突升或突降，通常表明網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或受到安全攻擊等。延遲變化一般可以理解為同向傳輸?shù)南噜彅?shù)據(jù)包之間的時(shí)間差。對(duì)于語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，不允許出現(xiàn)較大的延遲變化，否則將嚴(yán)重影響傳輸質(zhì)量。 鏈路使用率鏈路使用率（Link Utilization）是指待定時(shí)間間隔吞吐量占鏈路接入率速率的百分比。它是網(wǎng)絡(luò)資源使用頻度的動(dòng)態(tài)度量，也是衡量網(wǎng)絡(luò)性能價(jià)格比的關(guān)鍵參數(shù)。分析各個(gè)部分的利用率就可以知道網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸在哪里。 丟包率網(wǎng)絡(luò)丟包率是指在一個(gè)待定時(shí)間間隔內(nèi)，從客戶機(jī)到服務(wù)器間往返過(guò)程中丟失的數(shù)據(jù)包占所發(fā)送數(shù)據(jù)包的百分比。丟包率一般在0%15%間變化。需要注意的是少量的丟包率并不一定表示網(wǎng)絡(luò)故障，很多業(yè)務(wù)在少量丟包的情況下也能繼續(xù)進(jìn)行。 可靠性和可用性可靠性和可用性是判斷系統(tǒng)是否有效的指標(biāo)?？煽啃允侵冈谝欢〞r(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能正常工作的概率。顯然MTBF值越大，可靠性越高。可用性是指在某特定時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)能正常工作的時(shí)間占總時(shí)間的百分比。故障次數(shù)少但故障后修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，或故障次數(shù)多每次故障修復(fù)時(shí)間短，這兩種情況都是用戶無(wú)法接受的。拓樸結(jié)構(gòu)。如星形網(wǎng)，延遲小，但中心結(jié)點(diǎn)如果出故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)癱瘓，網(wǎng)絡(luò)可靠性差；而網(wǎng)狀網(wǎng)則可靠性非常高。它反映了單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的能力，同等條件下，帶寬越高，吞吐量越大，網(wǎng)絡(luò)性能越高。網(wǎng)絡(luò)所有工作站所要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量之和稱為輸入負(fù)載。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。第四章 校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 校園網(wǎng)的主要拓?fù)漕愋驮谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，從拓?fù)鋵W(xué)的角度看，把網(wǎng)絡(luò)單元定義為節(jié)點(diǎn)，兩點(diǎn)間的連線稱為鏈路。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為星型、樹(shù)型、網(wǎng)狀型、總線型、環(huán)型五類。它的優(yōu)點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于管理；控制簡(jiǎn)單，建網(wǎng)容易；網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較短，誤碼率較低。 樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)是將多級(jí)星形網(wǎng)絡(luò)按層次方式排列得到的網(wǎng)絡(luò)，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；每個(gè)鏈路都支持雙向傳輸；結(jié)點(diǎn)擴(kuò)充方便靈活；除葉結(jié)點(diǎn)及其相連的鏈路外，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)或鏈路產(chǎn)生的故障都會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)在接受信息時(shí)都進(jìn)行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相符，相符則接收網(wǎng)上的信息。缺點(diǎn)是：可靠性不高；會(huì)產(chǎn)生沖突問(wèn)題；維護(hù)難，出現(xiàn)故障時(shí)較難查找。環(huán)型結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動(dòng)的，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)僅有一條道路，故簡(jiǎn)化了路徑選擇的控制；環(huán)路中各節(jié)點(diǎn)都是自舉控制，故控制軟件簡(jiǎn)單；由于信息在環(huán)路中是依次穿過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)環(huán)中節(jié)點(diǎn)過(guò)多時(shí)，勢(shì)必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)；環(huán)路是封閉的，不便于擴(kuò)充；可靠性低，一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，將會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓；維護(hù)難，對(duì)分支節(jié)點(diǎn)故障定位較難。它的安裝也復(fù)雜，但系統(tǒng)可靠性高，可擴(kuò)充性好，容錯(cuò)能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，網(wǎng)絡(luò)可建成各種開(kāi)關(guān)，采用多種通信信道，多種傳輸速率。 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備及主要技術(shù)（1）中繼器中繼器用于同種局域網(wǎng)絡(luò)的互連，是在物理層次上實(shí)現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，用于擴(kuò)展網(wǎng)段的距離。以太網(wǎng)常常利用中繼器擴(kuò)展總線的電纜長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)細(xì)纜以太網(wǎng)的每段長(zhǎng)度最大185米，最多可有5段，而增加中繼器后，最大網(wǎng)絡(luò)電纜長(zhǎng)度則可提高到925米[12]。2) 中繼器主要用在同種LAN互連中， LAN和Ethernet網(wǎng)。4) 由中繼器連接起來(lái)的各網(wǎng)段必須采用同樣的信道協(xié)議，例如CSMA/CD協(xié)議。6) 網(wǎng)段上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的地址。（2）集線器集線器（HUB）又稱為HUB，實(shí)質(zhì)上為多端口的中繼器，在使用時(shí)，可以把集線器連接的網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)共享式總線，在集線器的內(nèi)部，各端口之間相互連在一起的。集線器把一個(gè)端口接收的所有信號(hào)向所有端口進(jìn)行廣播，因而容易形成廣播風(fēng)暴。（3）交換機(jī)交換機(jī)是基于硬件的設(shè)備，它工作在數(shù)據(jù)鏈路層，交換機(jī)每個(gè)端口都有橋接功能，它能夠在任意一對(duì)端口間轉(zhuǎn)發(fā)幀，每一個(gè)端口屬于一個(gè)沖突域，按照CSMA/CD協(xié)議工作，交換機(jī)中的電路可以把任意端口的網(wǎng)段與別的端口的網(wǎng)段在數(shù)據(jù)鏈路層上連接起來(lái)。以太網(wǎng)交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下： 1）不需要改變網(wǎng)絡(luò)的其他硬件，包括電纜和網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)的網(wǎng)卡； 2）可在低/高速網(wǎng)絡(luò)間切換； 3）同時(shí)有多個(gè)通信通道：每個(gè)端口的成本比路由器低，延遲小，端口密度高，所有端口都以線速率通信，即獨(dú)占整個(gè)信道。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則影響網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量。路由器是用于連接多個(gè)邏輯上分開(kāi)的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)用戶提供最佳的通信路徑。路由器可進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，成為不同協(xié)議之間網(wǎng)絡(luò)互連的必要設(shè)備。路由器的優(yōu)點(diǎn)就是其適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)連接，可以采用復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載共享和最優(yōu)路徑，能更好的處理多媒體，安全性高；節(jié)省局域網(wǎng)的頻寬，隔離不需要的通信