基于OPNET的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)研究_遠(yuǎn)程教育論文

1、基于OPNET的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)研究_遠(yuǎn)程教育論文論文導(dǎo)讀:：將OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)引入到計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中，介紹了OPNET及其研究背景，發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計與實現(xiàn)基于OPNET的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)，并通過將局域網(wǎng)劃分多個子網(wǎng)的應(yīng)用實例，取得良好的實驗效果。采用OPNET開展網(wǎng)絡(luò)仿真實驗，緩解網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備局限與實驗需求之間矛盾，拓寬實驗教學(xué)的途徑，是使實驗教學(xué)走在前沿且行之有效的方法和手段。論文關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)仿真，OPNET，實驗教學(xué)0 引言隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用從教育、科研已滲透到社會的各個領(lǐng)域，計算機專業(yè)學(xué)生不僅需要學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，而且還需要掌握網(wǎng)

2、絡(luò)的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)，以及進行網(wǎng)絡(luò)性能方面的研究。目前，各高校都建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)實驗室以提供對計算機網(wǎng)絡(luò)理論研究和教學(xué)的硬件支持，使學(xué)生可以通過實驗教學(xué)系統(tǒng)地掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是由于新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層出不窮，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和規(guī)模日趨復(fù)雜龐大，大部分高校因為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價格昂貴而實驗經(jīng)費有限、實驗設(shè)備和場地不足等因素影響，網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施的配置和更新跟不上課程內(nèi)容的更新速度，使得新的網(wǎng)絡(luò)知識和技術(shù)難以在真實環(huán)境下通過實驗來實現(xiàn)，從而不能有效地幫助學(xué)生理解所學(xué)。另外，采用真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開展網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和開發(fā)、性能測試等實驗，不僅需要耗費大量的設(shè)備資金投入，增加了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成本, 而且在更改方案時也要花費大量的時間和精力，這樣，不利

3、于搭建教學(xué)模型，以及數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計，實驗教學(xué)效果不理想。針對以上這些存在問題，我們嘗試將OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)引入計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中，發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢，探究基于OPNET的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)方法。1 OPNET的概述及其研究背景網(wǎng)絡(luò)仿真作為一種新的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計技術(shù)，為網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計提供了客觀、可靠的定量依據(jù)，大大縮短網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中決策的科學(xué)性。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計和開發(fā)的主流技術(shù)，得到日益廣泛的應(yīng)用。OPNET是Windows環(huán)境下功能完善的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件遠(yuǎn)程教育論文，具有在通信網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)方面的專業(yè)化設(shè)計, 是當(dāng)前世界上先進的網(wǎng)絡(luò)仿真開發(fā)和應(yīng)用平臺。它

4、所創(chuàng)建的系統(tǒng)由一系列屬性可配置的對象組成，采用模塊化的設(shè)計和數(shù)學(xué)分析的建模方法，能夠?qū)Ω鞣N網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信鏈路和各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)精確建模，提供了全面的網(wǎng)絡(luò)建模和協(xié)議支持。目前，有名的通信設(shè)備公司如華為、中興、AT&T、3COM等均采用OPNET進行網(wǎng)絡(luò)仿真和開發(fā)新協(xié)議。國外高校已普遍把網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)作為計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的有效輔助手段，網(wǎng)絡(luò)仿真教學(xué)的實驗環(huán)境也比較成熟，美國有些高校甚至已經(jīng)有十多年的經(jīng)驗，使用OPNET來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)仿真實驗環(huán)境中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。在國內(nèi)對OPNET的研究和應(yīng)用方興未艾，高校也逐漸重視并嘗試?yán)梅抡婕夹g(shù)來進行網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)。例如：吉林大學(xué)軟件學(xué)院與吉林中軟吉大信息有限公司

5、聯(lián)合開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)，并利用到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)和實驗中；北京理工大學(xué)、武漢大學(xué)都使用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件開展計算機網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)與實踐應(yīng)用。2 OPNET在計算機網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)中的優(yōu)勢在高校計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)中應(yīng)用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真這種先進技術(shù)，可以在計算機上搭建起虛擬的網(wǎng)絡(luò)平臺，模擬真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在這個實驗環(huán)境中學(xué)生可以方便地進行各種網(wǎng)絡(luò)實驗，以及收集、分析數(shù)據(jù)，獲取特定網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)進行分析和評價；也可以比較多個方案的優(yōu)劣，為網(wǎng)絡(luò)的升級或優(yōu)化改造提供定量依據(jù)，另外，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件還可以用于故障分析、開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，具有優(yōu)越的性能，在實驗教學(xué)中發(fā)揮著以下的優(yōu)勢：(1)

6、采用OPNET對各類計算機網(wǎng)絡(luò)進行仿真，從實驗過程到實驗結(jié)果都比理論推導(dǎo)形象生動，讓學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)更加直觀深入，通過這種網(wǎng)絡(luò)仿真實驗更加容易理解和掌握計算機網(wǎng)絡(luò)知識和技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，加強學(xué)生的專業(yè)技能訓(xùn)練，促進創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，從而提高計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)效果。(2)利用OPNET建模之后，可以讓學(xué)生自己搭建不同參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺,更全面地了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能。通過OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)可以拓展實驗項目，有利于綜合性、創(chuàng)新性實驗的開展，突破教學(xué)重點難點，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。(3)無論是建設(shè)新的網(wǎng)絡(luò)，還是升級或改造現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，都需要對網(wǎng)絡(luò)進行可靠地規(guī)劃和設(shè)計。利用O

7、PNET網(wǎng)絡(luò)仿真實驗?zāi)軌蛴行У靥岣呔W(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計的可靠性和準(zhǔn)確性，而不需要對網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施進行升級或改造，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資風(fēng)險，節(jié)約實驗成本。(4) OPNET所提供的仿真運行和結(jié)果分析功能使開發(fā)人員能夠快速、直觀地獲得網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù),為優(yōu)化設(shè)計或決策提供更便捷、有效的手段，也可以使學(xué)生掌握一個網(wǎng)絡(luò)研究和開發(fā)的工具，拓寬實驗教學(xué)的途徑。3 基于OPNET的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)設(shè)計與實現(xiàn)3.1 實驗教學(xué)設(shè)計由于OPNET的體系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中引入OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真，需要從加強學(xué)生能力培養(yǎng)的角度，對網(wǎng)絡(luò)仿真模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的步驟作相應(yīng)調(diào)整，構(gòu)建與計算機網(wǎng)絡(luò)課程相適應(yīng)的OPNET實驗

8、體系。根據(jù)仿真理論，網(wǎng)絡(luò)仿真模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要步驟及解決的問題包括：明確仿真目的；理解系統(tǒng)；選擇需要建模的方面；定義輸入和輸出；確定網(wǎng)絡(luò)模型；確定輸入；可信度與模型的完善；仿真結(jié)果是否足夠詳細(xì)，仿真結(jié)果要能夠解釋所研究的問題；仿真結(jié)果是否可用，本階段是對仿真模型運行后所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析。在實驗教學(xué)的實施過程中，為了避免學(xué)生可能會認(rèn)為OPNET過于復(fù)雜而產(chǎn)生畏難情緒，影響實驗?zāi)繕?biāo)的達(dá)到，因此，可以將上述步驟作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，經(jīng)過調(diào)整后的實驗建模步驟設(shè)置為：明確仿真目的；確定網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)模型；選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；配置網(wǎng)絡(luò)(設(shè)備)參數(shù)；檢驗仿真結(jié)果。再結(jié)合調(diào)整后的步驟，進一步研究相應(yīng)的實驗內(nèi)容開設(shè)。由于O

9、PNET的建模采用三個層次，分別是網(wǎng)絡(luò)域(network model)、節(jié)點域(node model)、進程域(process model)，而且在實驗教學(xué)中可以分別開設(shè)：驗證性實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗，所以需要在以上三種不同類型的仿真實驗中運用不同的建模層次，使OPNET建立起來的三層模型與實際的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和協(xié)議等層次完全對應(yīng)遠(yuǎn)程教育論文，全面反映網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性。3.2 OPNET在網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)中的應(yīng)用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件具有豐富的協(xié)議、業(yè)務(wù)模型、設(shè)備模型庫和適合各個層次的建模工具，以及強大靈活的仿真分析工具，其圖形化的界面方便用戶使用， OPNET強大的功能和全面性幾乎可以模擬任

10、何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，支持各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，在計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中主要實現(xiàn)以下幾個方面的應(yīng)用：(1)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗中的常用各類網(wǎng)絡(luò)，如：總線型、星型、環(huán)形局域網(wǎng)、快速以太網(wǎng)等，不可能都用現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)給學(xué)生進行實驗，而OPNET的網(wǎng)絡(luò)域建?？梢阅M從簡單到復(fù)雜的各種現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)支持良好，學(xué)生可以在圖形模式下，利用OPNET自帶的各類設(shè)備、協(xié)議、鏈路、子網(wǎng)等模型，使用鼠標(biāo)把它們拖曳到項目編輯器中，然后選擇相應(yīng)鏈路將它們連接起來，即可進行模擬實驗，這樣，能夠較快地實現(xiàn)對某一現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)的模擬，映射現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)，加深學(xué)生對各類網(wǎng)絡(luò)的理解。(2)OPNET能夠迅速地建立起現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的模型，方便地修改模型

11、并進行仿真，非常適用于預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能，例如：利用OPNET對Email流量模型進行仿真與建模。HTTP、FTP、Data Base等各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的影響，也可以通過OPNET的建模來模擬分析。OPNET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又直觀的工具，能夠準(zhǔn)確地分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的性能和行為，采集相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，而且仿真運行的結(jié)果（如各項性能指標(biāo)：鏈路利用率、丟包率、吞吐量、網(wǎng)絡(luò)延遲等）被自動整理到一個OPNET輸出文件中，便于進一步比較分析，以提高學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分析能力。(3)計算機網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)是分層技術(shù)使用的典范，OPNET層次化的網(wǎng)絡(luò)模型，可使用多層次嵌套的子網(wǎng)來建立復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層全部建模，也可以僅對某些特定層進行建模，其簡單明了的建模方法能夠使學(xué)生易于理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中分層的概念和意義。(4)通過OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、鏈路和協(xié)議的建模實驗，獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計或優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，而且它有集成的調(diào)試器，還支持和VC聯(lián)合調(diào)試，能夠快速地驗證仿真或發(fā)現(xiàn)仿真中存在的問題。(5)在實驗教學(xué)過程中，采用仿真技術(shù)豐富實驗項目。使用OPNET提供的各種模型加深對網(wǎng)絡(luò)的基本概念、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的相關(guān)原理的學(xué)習(xí)和理解，也可以利