【正文】 ......................................29 校園網(wǎng)的建模 ...........................................................................................29 需求分析 ........................................................................................29 網(wǎng)絡(luò)建模 ........................................................................................29 業(yè)務(wù)配置 ........................................................................................31 數(shù)據(jù)收集及仿真分析 ...............................................................................31 數(shù)據(jù)收集 ........................................................................................31 仿真及分析 ....................................................................................32 增加節(jié)點及業(yè)務(wù)后仿真分析 ...................................................................35 改進(jìn)后校園網(wǎng)的 仿真分析 .......................................................................38 對原有網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn) ........................................................................38 改進(jìn)后網(wǎng)絡(luò)的仿真分析 ................................................................39 本章總結(jié) ......................................................................................................42 結(jié)論 .....................................................................................................................................43 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................44 致謝 .....................................................................................................................................46 1 第一章 緒論 論文研究的背景及目的 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的只傳輸文本信息的網(wǎng)絡(luò) 已不能滿足人們對更為豐富的數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的需求， 而且網(wǎng)絡(luò)的使用也越來越廣泛，用戶也隨之增加，這必然給網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備帶來沖擊，因此需要加以改造以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)需求的發(fā)展。在某些情況下，仿真是唯一可行的方法和技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的日趨 復(fù)雜，對網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的需求必將越來越迫切，網(wǎng)絡(luò)仿真的應(yīng)用也越來越廣泛，網(wǎng)絡(luò)仿真已成為研究、規(guī)劃 、 設(shè)計網(wǎng)絡(luò)不可缺少的工具。目前，世界上大部分發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家都建立了本國的校園網(wǎng)體系。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的層出不窮，新 的 應(yīng)用逐步普及，高校的業(yè)務(wù)需求逐步增長，另外，隨著 高校 擴(kuò)招工作的不斷深入，學(xué)生 及教師 人數(shù) 的 增加，其對信息化的需求 與日俱增，學(xué)生 宿舍用戶及教 師用戶 數(shù) 急速增長， 校園網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)性能因此受到相應(yīng)的影響，因此，網(wǎng)絡(luò)升級，擴(kuò)容問題 被 提到了重要的議事日程，對大學(xué)校園網(wǎng)進(jìn)行改造是勢在必行。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)越多，網(wǎng)絡(luò)的功能系統(tǒng)越復(fù)雜，出現(xiàn)問題所帶來的損失也就越大，網(wǎng)絡(luò)性能的問題最終會影響到用戶的工作效率。 隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日 趨 復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日趨龐大，新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層出不窮，網(wǎng) 絡(luò)的應(yīng)用也越來越多樣化。因此，網(wǎng)絡(luò)仿真作為一種新的網(wǎng)絡(luò)研究和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)應(yīng)運而生，無論對于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計，還是網(wǎng)絡(luò)升級，網(wǎng)絡(luò)的仿真研究日益顯示出其 重要意義。 從 校園網(wǎng) 的 應(yīng)用 出發(fā)，分析其業(yè)務(wù)主要有： FTP、 HTTP、 Email、視頻等。 國內(nèi)外研究狀況 從 80 年代開始， 美國等發(fā)達(dá)國家就一直致力于開發(fā)商業(yè)和非商業(yè)用途的網(wǎng)絡(luò)仿真產(chǎn)品。 1997 年， CERNET 的網(wǎng)絡(luò)中心開始開發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件 。網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的操作相當(dāng)復(fù)雜，使用者一般需要半年左右時間的培訓(xùn)和熟悉才能夠熟練掌握。于是，網(wǎng)絡(luò)仿真軟件廠商紛紛把應(yīng)用和開發(fā)重點轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計方面，將用戶由研究開發(fā)人員轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計人員，簡化軟件界面和操作流程，強(qiáng)化 軟件的工程應(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化，加快網(wǎng)絡(luò)建模的速度。 3 不過，應(yīng)該指出，網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計方面的應(yīng)用時間還不長，特別是在大型網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方面，還處于應(yīng)用的初級階段， 尚有不少重要的技術(shù)問題有待解決。不過，網(wǎng)絡(luò)仿真軟件廠家正在全力向這個方向努力。另一個原因是主流的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件基本上產(chǎn)自美國，而其高端產(chǎn)品在 1998 年以前一直是對包括中國在內(nèi)的社會 主義國家禁運。 1997 年， CERNET網(wǎng)絡(luò)中心開始開發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件 。 論文研究的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 本文以 OPNET 仿真軟件為平臺，對一般大學(xué)校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行了分析，介紹校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(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 ，利用 OPNET對校園網(wǎng)進(jìn)行了建模并運行仿真， 分析仿真結(jié)果，增加應(yīng)用業(yè)務(wù)及結(jié)點，再進(jìn)行仿真、分析。 第二章介紹了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的現(xiàn)狀，分析及對比了各主流軟件技術(shù)的特點，對仿真技術(shù)進(jìn)行了理論方面的探討。 第四章介紹了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要技術(shù)，及 校園網(wǎng)建設(shè)中的主要問題，技術(shù)指標(biāo)，性能評價，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。 最后對全文進(jìn)行了總結(jié)，并提出其中的不足及下一步的研究方向。另一方面也要研究如何利用和整合現(xiàn)有的資源 ，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最高效能。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究一般有以下三種手段 ： （ 1） 分析方法。 （ 2） 實驗方法。 （ 3） 仿真方法。 然而，分析方法的有效性和精確性受限制大。實驗方法的局限性在于成本很高，重新配置或共享資源很難，運用起來不靈活。仿真方法可以根據(jù)需要設(shè)計所需的網(wǎng)絡(luò)模型，用相對較少的時間和費用了解網(wǎng)絡(luò)在不同條件下的各種特性，獲取網(wǎng)絡(luò)研究的豐富有效的數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一 種通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鏈路和協(xié)議模型，并模擬網(wǎng)絡(luò)流量的運輸，從而獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的仿真技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)仿真也被稱為網(wǎng)絡(luò)模擬，就是用計算機(jī)程序?qū)νㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型化，通過程序的運行模仿通信網(wǎng)絡(luò)的運行過程。網(wǎng)絡(luò)仿真提供了一個方便、高效的驗證和分析方法，所以網(wǎng)絡(luò)仿 真技術(shù)在現(xiàn)代通信 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和研究中的 作用正變得越來越大。 數(shù)學(xué)建模包括網(wǎng)絡(luò)建模（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信鏈路等）和流量建模兩個部分。網(wǎng)絡(luò)仿真獲取的網(wǎng)絡(luò)特性參數(shù)包括全局性能統(tǒng)計量、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的性能統(tǒng)計量、網(wǎng)絡(luò)鏈路的流量和 延遲等，由此既可以獲取某些業(yè)務(wù)層的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，也可以得到協(xié)議內(nèi)部 某些特殊 參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)能夠迅速地建立現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的模型，并能夠方便地修改模型并進(jìn)行仿真。 其次，網(wǎng)絡(luò)仿真能夠驗證實際方案 或比較多個不同的設(shè)計方案。網(wǎng)絡(luò)仿真能夠通過為不同的設(shè)計方案建立模型，進(jìn)行模擬，獲取定量的網(wǎng)絡(luò)性能預(yù)測數(shù)據(jù)，為方案的 驗證和比較提供可靠的依據(jù)。 總而言之，網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)具備全新的模擬實驗機(jī)理，使其具有在高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到最高可信度結(jié)果的特點 :網(wǎng)絡(luò)仿真的預(yù)測功能是其他任何方法都無法比擬的 ， 使用范圍廣，既可以用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和擴(kuò)容，也可以用于新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，而且特別適用于中大型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化 ， 初期應(yīng)用成本不高，而且建好的網(wǎng)絡(luò)模型可以延續(xù)使用，后期投資還會不斷下降。另外，仿真軟件所提供的仿真運行和結(jié)果分析功能使開發(fā)人員能快速、直觀的得到網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，為優(yōu)化設(shè)計或做出決策提供更便捷、有效的手段。 最著名的仿真軟件 OPNET 是美國 MIL3 公司的產(chǎn)品。 OPNET 采用離散事件驅(qū)動的模擬機(jī)理，其中“事件”是指網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，也就是說，只有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 發(fā)生變化時，模擬機(jī)才能工作，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不發(fā)生變化的時間段內(nèi)不執(zhí)行任何模擬工作，即被跳過。 OPNET 采用基于包的建模機(jī)制。用戶可以在這三個層次的任何地方切入編程，建立所需的模型。 OPNET 支持 SUN、 HP、 IBM、 SGI 工作站和一般 PC 等硬件設(shè)備，可以運行在Unix、 NT 或 Win95/98 等操作系統(tǒng)上。但由于 OPNET 是收費的商業(yè)軟件，限制了其在研究領(lǐng)域的應(yīng)用。 NS2 是一個完全 免費的軟件， 因 有開放體系結(jié)構(gòu)，并帶有大量協(xié)議庫支持 ， 尤 其適合于對基于 TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，在國際上享有很高的學(xué)術(shù)聲譽(yù)，被世界各國的網(wǎng)絡(luò)研究者廣泛使用。它的架構(gòu)嚴(yán)格遵循 OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型，其內(nèi)核源碼用 C 語言完成，編程語言用 C++和 OTcL（面向?qū)ο蟮?TcL）。 OTcL 是一個解釋性語言，用于書寫仿真腳本，只需修改網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和配置，就可以對大量的場景進(jìn)行比較，提高程序的 效率， NS2 中利用 TcL 機(jī)制把 OTcL 和 C++結(jié)合起來，使得 C++和 OTcL 能夠互相直接操作對方定義的數(shù)據(jù)， C++的類和 OTcL 的類相對應(yīng)。 NS2 的優(yōu)點在于軟件包可以從網(wǎng)絡(luò)上免費下載，所有源代碼公開，是一個開放性的仿真平臺。使用 NS2 的另一個好處是使初學(xué)網(wǎng)絡(luò)者能比較具體地理解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)議、路由、分組轉(zhuǎn)發(fā)、擁塞控制等。首先，相對于不斷更新的仿真器， 8 所做 的文檔顯得過時而且?guī)椭邢?。另外，由于使用兩種編程語言， NS2 的學(xué)習(xí)曲線太過陡峭，其調(diào)試工作也具有相當(dāng)難度。 它用基于 C 語言的并行仿真語言 Parsec 設(shè)計 ， 可以實現(xiàn)并行離散時間驅(qū)動仿真 ， 具有可擴(kuò)展性和可編程性 。 GloMoSim 的優(yōu)點在于使用方便 ， 具有可測量性 ， 可以遠(yuǎn)程控制 。 在這點上 ， 其它兩種仿真器要相對好一些 。 NS2 和 GloMoSim 是免費的 ， 其程序的源代碼也是開放的 ， 因此受到了學(xué)術(shù)界的歡迎 。 OPNET 綜合采用基于包的建模方法和數(shù)學(xué)分析的建模方法 ，可以獲得較快的仿真速度 。 對同一種情況 ， 三種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的仿真結(jié)果也會有一定差別 。其次 ， 協(xié)議實現(xiàn)的手段各不相同 ， 把這些協(xié)議整合進(jìn)仿真系統(tǒng)中各不相同 ， 在仿真試驗中必然存在差 異 。 三種仿真軟件都采用離散事件驅(qū)動作為引擎 。 但這種機(jī)制存在著模型不嚴(yán)格和進(jìn)程能力不夠的缺點 。另外，并行和分布式網(wǎng)絡(luò)仿真軟件也在研究中。 （ 1） 仿真設(shè)計：利用仿真模型完成具體仿真場景，同時設(shè)計仿真實驗序列：設(shè)計適當(dāng)?shù)哪Ｐ洼斎雲(yún)?shù)，仿真統(tǒng)計內(nèi)容，仿真運行 時間，仿真隨機(jī)種子數(shù)個數(shù)，仿真獨立運行次數(shù)，仿真啟動條件，仿真終止條件，仿真的準(zhǔn)備周期等。 （ 3） 仿真分析：利用分析工具和數(shù)學(xué)知識進(jìn)行仿真結(jié)果分析。 （ 4） 仿真報告：完成網(wǎng)絡(luò)仿真的研究報告 。 OPNET公司最早是由麻省理工學(xué)院（ MIT）信息決策實驗室受美國軍方委托而成立的。 1987 年以來， OPNET 迅速而穩(wěn)步地發(fā)展，作為高科技網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、仿真及分析工具， OPNET 在通信、國防及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛認(rèn)可和采用。至今 OPNET 已經(jīng)升級到了 以上版本。 OPNET 的產(chǎn)品主要針對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商和一般企業(yè)這 3 類客戶。新加坡經(jīng)緯線科技公司是OPNET 產(chǎn)品在亞洲地區(qū)的總代理。T、NTT DoCoMo、 France Tele 等，這部分客戶相對于中型企業(yè)，具有更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議配置，因此管理起來更復(fù)雜。 目前 OPNET 的應(yīng)用在國內(nèi)還處于起步階段，因此 OPNET 具有很大的研究及應(yīng)用價值。網(wǎng)絡(luò)域、節(jié)點域、進(jìn)程域是構(gòu)建 OPNET Model 模型的三個層次。多個節(jié)點模塊的集合構(gòu)成功能完整的節(jié)點。節(jié)點模塊根據(jù)功能可以劃分為處理器類、數(shù)據(jù)流線類和收 /發(fā)機(jī)類三種。數(shù)據(jù)流