基于opnet的校園網(wǎng)仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 基于OPNET的校園網(wǎng)仿真 學(xué) 院計算機(jī)與電子信息學(xué)專 業(yè)通信工程學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師二一二年六月摘 要近年來，隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，高校規(guī)模的擴(kuò)大和人數(shù)的增多，高校對網(wǎng)絡(luò)的需求也越來越大，對上網(wǎng)速度的要求也越來越高，對業(yè)務(wù)的需求也迅速增長?，F(xiàn)代化教學(xué)手段的普遍運(yùn)用也使多媒體業(yè)務(wù)需求迅速增長，需要入網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)也迅速增加，因此校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對設(shè)備性能的要求也更高，鏈路速度更快。許多早期建成的校園網(wǎng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求，校園網(wǎng)需要重新規(guī)劃設(shè)計。而建設(shè)一個基于多業(yè)務(wù)、復(fù)雜的校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其投資規(guī)模是非常龐大的，需要

2、一種有效的手段對校園網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、并實(shí)現(xiàn)。通過數(shù)學(xué)建模的方法過于復(fù)雜，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計的方法不可靠，不適應(yīng)日益增長的網(wǎng)絡(luò)需求，利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件來對網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行建模并仿真便成了必然的選擇。本文的主要研究任務(wù)，是通過OPNET仿真軟件，對我國一般大學(xué)校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行收集，分析，并在原有模型上添加網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)及應(yīng)用，再進(jìn)行仿真，分析，對比，找出可能影響校園網(wǎng)性能的主要因素。本文的研究對校園網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)建模都具有一定的指導(dǎo)意義，可以提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的科學(xué)性，縮短網(wǎng)絡(luò)設(shè)計周期，降低校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的投資風(fēng)險。具有一定的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)仿真 OPNET 校園網(wǎng) Abstra

3、ctIn recent years, with the development of computer science and technology, especially the development of network technology, the expansion of the scale of colleges and the increasing of the number, the network demand becoming more and more big, the Internet needing higher speed,demands on the busin

4、ess also need grow rapidly.The modern teaching means universal use also make multimedia business demand growth, and the node of the net is also rapidly increase, so the campus network structure becomes more complex,the requirements of equipment performance requirements becomes higher ,link speed bec

5、omes faster.Many of the earlier campus network has can't meet the demand now, campus network needs to be planed and designed again. building of a multi-service-based and complex campus network system， its scale of investment is very large，needing for an effective means of pairs of campus network

6、 planning,design,and implementation.Through mathematical modeling approach is too complicated, through experience,the planning and designing method is not reliable and not suited to the growing network needs, using network simulation software to model the network model and simulation has become an i

7、nevitable choice.The main task of this research is through OPNET simulation software , for China's general university network, the network structure for modeling, simulation of network behavior, the key parameters of the collection, analysis, and add in the original model of the network nodes an

8、d applications, and then simulation, analysis， comparison, Find out the main factors that may affect the campus network performance. This study on the campus network planning, design, network modeling has certain guiding significance for network design can improve the scientific nature of the networ

9、k places a short design cycle, reduce the investment risks of Campus Network. Having certain application value.Key words：OPNET；network simulation；campus network 目 錄第一章 緒論11.1論文研究的背景及目的11.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀21.3論文研究的主要內(nèi)容3第二章 仿真軟件OPNET42.1 OPNET仿真平臺簡介42.2 OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù)52.2.1 三層建模機(jī)制52.2.2 離散事件仿真機(jī)制72.2.3 仿真調(diào)度機(jī)制72.3

10、 OPNET仿真流程8第三章 校園網(wǎng)性能評價指標(biāo)93.1 校園網(wǎng)的性能評價指標(biāo)93.1.1 響應(yīng)時間93.1.2 網(wǎng)絡(luò)延遲93.1.3 延遲變化103.1.4 吞吐量103.1.5 鏈路使用率113.1.6 資源利用率113.1.7 丟包率113.1.8 可靠性和可用性113.2影響性能的要因素12第四章 校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計134.1 校園網(wǎng)的主要拓?fù)漕愋?34.1.1 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)134.1.2 樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)134.1.3 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)134.1.4 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)144.1.5 網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)144.2 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備及主要技術(shù)144.2.1關(guān)鍵設(shè)備144.2.2 主要技術(shù)17第五章 校園網(wǎng)建

11、模及仿真分析195.1 校園網(wǎng)的建模195.1.1 需求分析195.1.2 網(wǎng)絡(luò)建模205.1.3 業(yè)務(wù)配置265.2 數(shù)據(jù)收集及仿真分析265.2.1 數(shù)據(jù)收集265.2.2 仿真及分析275.3 增加節(jié)點(diǎn)及業(yè)務(wù)后仿真分析30結(jié)束語33參考文獻(xiàn)34致謝36專心-專注-專業(yè)第一章 緒論1.1論文研究的背景及目的隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)的需求也發(fā)生了變化，不再僅僅是傳輸文本信息還增加了更為豐富的語音、數(shù)據(jù)、圖像以及多媒體等業(yè)務(wù)需求，而且隨著網(wǎng)絡(luò)的使用越來越廣泛，用戶的數(shù)量也隨之增加，這必然給網(wǎng)絡(luò)原有設(shè)備帶來沖擊，因此需要對原有設(shè)備加以改造以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)需求的發(fā)展17。網(wǎng)絡(luò)仿真是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技

12、術(shù)研究的一種基本手段。它以系統(tǒng)理論、形式化理論、隨機(jī)過程和統(tǒng)計學(xué)理論、優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，在設(shè)計階段,仿真方法提供一個虛擬模型來預(yù)測并比較各種方案的性能,通過對不同環(huán)境和工作負(fù)荷的分析和比較,來優(yōu)化系統(tǒng)的性能19。在在新技術(shù)的研究過程中，由于各種原因，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)往往是代價較高或是不現(xiàn)實(shí)的。在這種情況下，仿真就成了最佳可供選擇的測試、評估和驗(yàn)證手段之一。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，模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸，從而獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的仿真技術(shù)。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)際方案或比較多個不同的設(shè)計方案；具有在高度復(fù)

13、雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到高可信度結(jié)果的特點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)仿真的預(yù)測功能既可以用于現(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；網(wǎng)絡(luò)仿真初期應(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15。校園網(wǎng)是現(xiàn)代化教學(xué)的基礎(chǔ)性設(shè)施，作為實(shí)施教育信息化有效載體，對保障學(xué)校教育教學(xué)和科研管理等工作的正常有序進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)校際交流和資源共享方面，起著至關(guān)重要的作用，并將直接影響到教育信息化建設(shè)的質(zhì)量。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)體系噶1。美國在1999年就已有95的中小學(xué)上網(wǎng)；瑞典也有90以上的公立高中和絕大部分的九年制義務(wù)教育學(xué)校聯(lián)網(wǎng)

14、。教育信息化已成為世界發(fā)展的大趨勢1。但受當(dāng)時資金和技術(shù)條件的限制，我國早期建成的很多校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)、規(guī)模和應(yīng)用都不是很完整，在校園網(wǎng)選型和設(shè)備配置方面都欠佳。校園網(wǎng)普遍存在節(jié)點(diǎn)少、帶寬低、業(yè)務(wù)簡單、利用率不高、可靠性和安全性差都問題。隨著各學(xué)校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的不斷增加，原有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載日益繁重；與此同時，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也飛速發(fā)展、日新月異，猶其是圖像、語音、視頻這些帶寬要求高、實(shí)時性強(qiáng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用越來越多，漸漸超出了原有網(wǎng)絡(luò)的承載能力，許多校園網(wǎng)面臨升級改造問題18。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)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級，網(wǎng)絡(luò)的

15、性能又會有多大程度的改善?計劃升級的方案是否切實(shí)可行，投入是否值得?這一系列的問題都需要一種合理的手段，對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測評估17。為此利用OPNTE網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對校園網(wǎng)進(jìn)行仿真，以傳統(tǒng)大學(xué)校園網(wǎng)結(jié)構(gòu)為依托，針對網(wǎng)絡(luò)中主交換機(jī)的性能情況作為研究校園網(wǎng)的切入點(diǎn)，通過對仿真結(jié)果的分析，根據(jù)分析結(jié)果提出對網(wǎng)絡(luò)改造方案，再次應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件測試改造后交換機(jī)的數(shù)據(jù)，判斷改造后的網(wǎng)絡(luò)性能是否優(yōu)于原有網(wǎng)絡(luò)。1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀在國外，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。以前主要用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開發(fā)和研究，使用者大都是大學(xué)和研究所的研究人員和開發(fā)人員，近年來網(wǎng)絡(luò)仿真軟件生產(chǎn)商紛紛把應(yīng)用

16、和開發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計方面，將用戶由原來的研究開發(fā)人員轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計人員。另一方面網(wǎng)絡(luò)仿真規(guī)劃設(shè)計軟件的使用和操作相當(dāng)復(fù)雜，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到一般網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能熟練使用的目標(biāo)，因此國外網(wǎng)絡(luò)仿真軟件廠家正致力于簡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2。我國的網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的研究從1999年起步，這主要有兩個原因，一個是我國數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展較晚，對網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的需求相對不是十分迫切;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

17、前一直是對包括中國在內(nèi)的社會主義國家禁運(yùn)。自1998年以來，由于我國數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的拉動和美國解除高端網(wǎng)絡(luò)仿真軟件出口限制的刺激，我國的網(wǎng)絡(luò)仿真研究和應(yīng)用逐步起步。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;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)計院等單位先后引進(jìn)了先進(jìn)的OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用等方面的研究工作8。 1.3論文研究的主要內(nèi)容本文以O(shè)PNET仿真軟件為平臺，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，對現(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，

18、利用OPNET對校園網(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。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。 第二章是仿真軟件OPNET，探討了仿真技術(shù)理論，對OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進(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。第三章是校園網(wǎng)性能評價指標(biāo)，主要介紹了常用的網(wǎng)絡(luò)性能評價指標(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。第四章是校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，主要介紹了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的主要拓?fù)漕愋停玫降年P(guān)鍵設(shè)備以及主要技術(shù)

19、。第五章是校園網(wǎng)建模及仿真分析，通過需求分析，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)。對原有網(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)，通過兩次對比，找出影響校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的因素。第二章 仿真軟件OPNET 2.1 OPNET仿真平臺簡介 OPNET最早是在1986年由麻省理工大學(xué)的兩個博士創(chuàng)建的，并發(fā)現(xiàn)其對于網(wǎng)絡(luò)模擬非常的有用，因此于1987年建立了商業(yè)化的OPNET。目前共有大概5000個OPNET用戶，包括企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，儀器配備廠商以及軍事，教育，銀行，保險等領(lǐng)域。成千上萬的組織使用OPNET軟件來優(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。至今OPNET已經(jīng)升

20、級到了11.5以上版本。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。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，針對不同的領(lǐng)域它表現(xiàn)出不同的用途：（1）對于企業(yè)網(wǎng)的模擬。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。（2）對于運(yùn)營商（ISP）網(wǎng)的模擬。Modeler焦點(diǎn)放在整個業(yè)務(wù)層流量的模擬，使運(yùn)營商有效的查處業(yè)務(wù)配置中產(chǎn)生的錯誤。（3）針對研發(fā)的需求，Modeler提供

21、了一個開放的環(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7。OPNET支持面向?qū)ο蟮慕７绞剑⑻峁﹫D形化的編輯界面，更便于用戶使用；采用離散事件驅(qū)動的模擬機(jī)理，使計算效率得到了很大提高；將基于包的分析方法和基于統(tǒng)計的數(shù)學(xué)建模方法結(jié)合起來，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；在物件拼盤中，包含了詳盡的模型庫，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版本的提高模型庫也不斷增加。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)計量，查看

22、動畫和調(diào)試等功能；它可以直接收集常用的各個網(wǎng)絡(luò)層次的性能統(tǒng)計參數(shù)，能夠方便地編制和輸出仿真報告。2.2 OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù)2.2.1 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)又由多個模塊組成，每個模塊完成更小的任務(wù)。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)來描述各個狀態(tài)和狀態(tài)間轉(zhuǎn)移關(guān)系;其次為節(jié)點(diǎn)模型，其用來定義結(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)計線等連接組成，反映服務(wù)特性;最上層為網(wǎng)絡(luò)模型，與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)，反

23、映網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性。三層模型與實(shí)際的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)三層完全對應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性6。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2-1 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。 圖2-2 進(jìn)程模型圖2-3 網(wǎng)絡(luò)模型圖2-4 節(jié)點(diǎn)模型2.2.2 離散事件仿真機(jī)制OPNET采用離散時間驅(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，只有在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時模擬機(jī)才工作，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不發(fā)生變化的時間段不執(zhí)行任何模擬計算，即被跳過，因而仿真時間是離散的。每個仿真時間點(diǎn)上可以同時

24、出現(xiàn)多個事件，事件的發(fā)生可以有疏密的區(qū)別。與時間驅(qū)動相比，離散時間驅(qū)動的模擬機(jī)效率得到很大的提高16。仿真中的各個模塊之間通過事件中斷方式傳遞事件信息。每當(dāng)出現(xiàn)一個事件中斷時都會觸發(fā)一個描述網(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，通過離散事件驅(qū)動的仿真機(jī)制實(shí)現(xiàn)了在進(jìn)程級描述通信的并發(fā)性和順序性，再加上事件發(fā)生時刻的任意性，決定了可以仿真計算機(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。2.2.3 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)程來仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為。調(diào)度的完成通過仿真軟件的仿真核和仿真工具模塊以及模型模塊來實(shí)現(xiàn)，事件列表的調(diào)度機(jī)制具體描

25、述如下1：1、每個OPNET仿真都維持一個單獨(dú)的全局時間表，其中的每個項(xiàng)目和執(zhí)行都受到全局仿真時鐘的控制，仿真中以時間順序調(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。當(dāng)一個事件執(zhí)行后將從事件列表中刪除該事件。2、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，按順序通過中斷將在隊(duì)列頭的事件交給指定模塊，同時接收各個模塊送來的中斷，并把相應(yīng)事件插入事件列表中間。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。3、當(dāng)事件同時發(fā)生時，仿真核按照下面兩種辦法來安排事件在事件列表中的位置：（1）按照事件到達(dá)仿真核的時間先后順序，先到達(dá)先處理（first come first ser

26、ve）。（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。2.3 OPNET仿真流程利用OPNET仿真，一般遵循以下工作流程：1、定義目標(biāo)問題：明確和規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)仿真所要研究的問題和目標(biāo)，提出明確的網(wǎng)絡(luò)仿真描述性能參數(shù)。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、建立網(wǎng)絡(luò)仿真模型：根據(jù)研究的問題和目標(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)。3、收集統(tǒng)計量：根據(jù)要研究的問題和目標(biāo)，收集要用于仿真模型實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。如網(wǎng)絡(luò)流量、端到端延遲等。4、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)。5、查看并分析結(jié)果：查看結(jié)果

27、并利用相關(guān)分析工具和數(shù)學(xué)知識對仿真結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。6、調(diào)試再仿真：分析仿真數(shù)據(jù)，找出瓶頸，然后通過修改拓?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景，再次運(yùn)行仿真。7、生成仿真報告：生成網(wǎng)絡(luò)仿真的研究報告。 第三章 校園網(wǎng)性能評價指標(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。及時了解校園網(wǎng)的性能，對于提高網(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。而要對校園網(wǎng)性能進(jìn)行分析評價，必須要有一定的衡量標(biāo)準(zhǔn)，即需要確定一組網(wǎng)絡(luò)性能評價指標(biāo)17。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)對于不同的業(yè)務(wù)類型，其影響也有很大

28、區(qū)別，因此對于具體的業(yè)務(wù)類型或應(yīng)用，還需具體分析。本文將介紹幾個常用的描述網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，它同樣適用于校園網(wǎng)。3.1 校園網(wǎng)的性能評價指標(biāo)3.1.1 響應(yīng)時間響應(yīng)時間是反映網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)之一，它是指客戶機(jī)從對服務(wù)器提出請求開始到收到響應(yīng)所需要的時間，常用于評價交互式終端從一個主機(jī)請求信息的情況，這是一個應(yīng)用層的指標(biāo)。如：從用戶點(diǎn)擊一個URL，到接收到相應(yīng)的頁面所經(jīng)歷的時間，就是WEB服務(wù)的響應(yīng)時間。在C/S結(jié)構(gòu)中，響應(yīng)時間由網(wǎng)卡延遲、物理介質(zhì)延遲、服務(wù)器延遲三種構(gòu)成。在主/從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中響應(yīng)時間是由輪詢延遲、鏈路延遲、設(shè)備延遲和CPU延遲四部分所需時間的總和。不同的應(yīng)用對響應(yīng)時間的要求不盡

29、相同。如在Email和FTP應(yīng)用中，要求數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高，但對響應(yīng)時間則要求很低;而在HTTP應(yīng)用下載一個網(wǎng)頁只要不超過5秒也還是可以忍受的，一般情況下響應(yīng)時間閾值設(shè)為100毫秒，最大不超過400毫秒，當(dāng)響應(yīng)時間超過閾值時，用戶就可能變得不耐煩。3.1.2 網(wǎng)絡(luò)延遲網(wǎng)絡(luò)延遲是指將數(shù)據(jù)從一端發(fā)送到另一端的時間，是一個廣泛使用的性能指標(biāo)。延遲時間的大小影響應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行效率的高低，對于那些對時間敏感的應(yīng)用程序而言其影響更大。比如IP語音系統(tǒng)（VOIP）和視頻點(diǎn)播系統(tǒng)（VOD），為達(dá)到用戶期望的語音和視頻質(zhì)量，要求盡可能小的端到端延遲時間。網(wǎng)絡(luò)延遲的確定常測量往返時間（RTT，round-tr

30、ip- time），即一個數(shù)據(jù)包自客戶機(jī)到服務(wù)器間往返所需的時間間隔，它不是固定不變的，而是隨著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化而變化。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)路徑無擁塞，則在路由器上排隊(duì)時間短，否則時間延長；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，從而影響傳輸時間?？梢酝ㄟ^對某一段時期的網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)行監(jiān)測，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。3.1.3 延遲變化延遲變化是指網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲的時間變化，即抖動。延遲變化一般可以理解為同向傳輸?shù)南噜彅?shù)據(jù)包之間的時間差。造成抖動的原因主要有3個：1、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓斐傻?/p>

31、傳播延遲變化；2、數(shù)據(jù)包處理要求不同帶來的交換延遲變化；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。對于語音和視頻業(yè)務(wù)來說，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。3.1.4 吞吐量網(wǎng)絡(luò)的吞吐量（Throughput）是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要參數(shù)，指單位時間內(nèi)傳輸?shù)臒o差錯的數(shù)據(jù)量，通常以bps(位/秒)、Bps(字節(jié)/秒)或pps(包/秒)表示。3.1.5 鏈路使用率鏈路使用率（Link Utilization）是指待定時間間隔吞吐量占鏈路接入率速率的百分比。3.1.6 資源利用率資源利用率是指網(wǎng)絡(luò)資源的有效工作時間占整個時間的百分比。它是網(wǎng)絡(luò)資源使用頻度的動態(tài)度量，也是衡量網(wǎng)

32、絡(luò)性能價格比的關(guān)鍵參數(shù)。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。分析各個部分的利用率就可以知道網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸在哪里。另外，資源利用率也是預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能變化的最有效途徑，從經(jīng)驗(yàn)來看，CPU利用率最好在30%-40%，超過這個界限，網(wǎng)絡(luò)性能會急劇下降，而網(wǎng)絡(luò)利用率大約為30%-70%時，可保證有突發(fā)業(yè)務(wù)時仍有足夠的帶寬可用。3.1.7 丟包率網(wǎng)絡(luò)丟包率是指在一個待定時間間隔內(nèi)，從客戶機(jī)到服務(wù)器間往返過程中丟失的數(shù)據(jù)包占所發(fā)送數(shù)據(jù)包的百分比。數(shù)據(jù)包丟失一般是由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起的。丟包率一般在0%-15%間變化。超過15%的丟包率可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不可用。需要注意的

33、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。比如一些實(shí)時應(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)議正是靠檢測丟包發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的，這時它會以便低的速率重發(fā)丟失的包。3.1.8 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)。與前面所闡述的動態(tài)指標(biāo)不同，它們是一種靜態(tài)指標(biāo)?？煽啃允侵冈谝欢〞r間內(nèi)系統(tǒng)能正常工作的概率。一般用平均無故障時間（MTBF，Mean Time Between Failures）表示。顯然MTBF值越大，可靠性越高。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)中對關(guān)鍵部件往往設(shè)置冗余備份?？捎眯允侵冈谀程囟?/p>

34、時間段內(nèi)，系統(tǒng)能正常工作的時間占總時間的百分比。通常用平均修復(fù)時間（MTTR）表示。故障次數(shù)少但故障后修復(fù)時間長，或故障次數(shù)多每次故障修復(fù)時間短，這兩種情況都是用戶無法接受的。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。3.2影響性能的要因素1、拓樸結(jié)構(gòu)。不同拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，其可靠性和延遲等性能會有所不同。如星形網(wǎng)，延遲小，但中心結(jié)點(diǎn)如果出故障，整個網(wǎng)絡(luò)都會癱瘓，網(wǎng)絡(luò)可靠性差；而網(wǎng)狀網(wǎng)則可靠性非常高。2、網(wǎng)絡(luò)的帶寬。它反映了單位時間內(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。3、網(wǎng)絡(luò)的輸入負(fù)載。網(wǎng)絡(luò)所有工作站所要求

35、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量之和稱為輸入負(fù)載。輸入負(fù)載的增加引起信道擁擠，時延增加，嚴(yán)重的還會因?yàn)榕鲎布觿』蚓彌_溢出引起重發(fā)而阻塞信道。4、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增多時，傳輸業(yè)務(wù)時延加大，網(wǎng)絡(luò)時延增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重，從而使網(wǎng)絡(luò)性能下降。第四章 校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計4.1 校園網(wǎng)的主要拓?fù)漕愋驮谟嬎銠C(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。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。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為星型、樹型、網(wǎng)狀型、總線型、環(huán)型五類。4.1.1 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

36、結(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接。它的優(yōu)點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理；控制簡單，建網(wǎng)容易；網(wǎng)絡(luò)延遲時間較短，誤碼率較低。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。4.1.2 樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型網(wǎng)絡(luò)是將多級星形網(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)簡單，成本低；每個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，任何一個結(jié)點(diǎn)或鏈路產(chǎn)生的故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)。4.1.3 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

37、信息的節(jié)點(diǎn)開始向兩端擴(kuò)散，如同廣播電臺發(fā)射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)在接受信息時都進(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。總線型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單靈活，便于擴(kuò)充；信道利用率高；傳輸速率高。缺點(diǎn)是：可靠性不高；會產(chǎn)生沖突問題；維護(hù)難，出現(xiàn)故障時較難查找。4.1.4 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)鏈路首尾相連形成一個閉合的環(huán)，數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點(diǎn)間傳輸。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的，兩個節(jié)點(diǎn)僅有一條道路，故簡化了路徑選擇的控制；環(huán)路中各節(jié)點(diǎn)都是自舉控制，故控制軟件簡單；由于信息在環(huán)路中是依次穿過各個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)環(huán)中節(jié)點(diǎn)過多時，

38、勢必影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間延長；環(huán)路是封閉的，不便于擴(kuò)充；可靠性低，一個節(jié)點(diǎn)故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓；維護(hù)難，對分支節(jié)點(diǎn)故障定位較難。4.1.5 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)，只有每個站點(diǎn)都要頻繁發(fā)送信息時才使用這種方法。它的安裝也復(fù)雜，但系統(tǒng)可靠性高，可擴(kuò)充性好，容錯能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，網(wǎng)絡(luò)可建成各種開關(guān)，采用多種通信信道，多種傳輸速率?，F(xiàn)在的校園網(wǎng)多使用星型或樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線局域網(wǎng)已基本被星型所代替。4.2 校園網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備及主要技術(shù)4.2.1關(guān)鍵設(shè)備（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

39、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，用于擴(kuò)展網(wǎng)段的距離。它是最簡單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。以太網(wǎng)常常利用中繼器擴(kuò)展總線的電纜長度，標(biāo)準(zhǔn)細(xì)纜以太網(wǎng)的每段長度最大185米，最多可有5段，而增加中繼器后，最大網(wǎng)絡(luò)電纜長度則可提高到925米12。中繼器的特點(diǎn)有：1) 中繼器可以重發(fā)信號，這樣可以擴(kuò)展網(wǎng)段的距離。2) 中繼器主要用在同種LAN互連中，如IEEE802.3 LAN和Ethernet網(wǎng)。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。4) 由中繼器連接起來的各網(wǎng)段必須采用同樣的信道協(xié)議，例如CSMA/CD協(xié)議。5) 由中繼器連接的網(wǎng)段構(gòu)成一個更大的網(wǎng)段，并且有著相同的網(wǎng)絡(luò)地址，屬于一個沖突域。6) 網(wǎng)段上的每一個節(jié)點(diǎn)都

40、有自己的地址。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)。（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，可以把集線器連接的網(wǎng)絡(luò)看成一個共享式總線，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。集線器把一個端口接收的所有信號向所有端口進(jìn)行廣播，因而容易形成廣播風(fēng)暴。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。（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)每個端口都有橋接功能，它能夠在任意一對端口間轉(zhuǎn)發(fā)幀，每一個

41、端口屬于一個沖突域，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。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€，使每個端口連接的每個網(wǎng)段為一個沖突域，從而使每個網(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。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）同時有多個通信通道：每個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)占整個信道。（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

42、。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。因此，在局域網(wǎng)乃至整個互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位。路由器是用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，對用戶提供最佳的通信路徑。路由器使用最少時間算法或最優(yōu)路徑算法來調(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。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。路由器是網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)間連接的關(guān)鍵設(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，隔離不需要的通信量，

43、減少主機(jī)負(fù)擔(dān)，但是其也是有缺點(diǎn)的，那就是不支持非路由協(xié)議，安裝復(fù)雜已經(jīng)價格比較高等12。（5）網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)（Gateway），又叫協(xié)議轉(zhuǎn)換器，可以支持不同協(xié)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。在互連設(shè)備中，它最為復(fù)雜，一般只能進(jìn)行一對一的轉(zhuǎn)換，或是少數(shù)幾種特定應(yīng)用協(xié)議的轉(zhuǎn)換1。網(wǎng)關(guān)一般是一種軟件產(chǎn)品。目前，網(wǎng)關(guān)已成為網(wǎng)絡(luò)上每個用戶都能訪問大型主機(jī)的通用工具。1) 物理層中繼系統(tǒng)、即轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater）。2) 數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)橋或橋接器（bridge）。3) 網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即路由器（router）。4) 在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，

44、即網(wǎng)關(guān)（gateway）。當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器時，僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。一般討論網(wǎng)絡(luò)互連時都是指用交換機(jī)和路由器進(jìn)行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。（6）防火墻防火墻（Fire Wall）是一種隔離控制技術(shù)，在某個機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)和不安全的網(wǎng)絡(luò)（如Internet）之間設(shè)置屏障，阻止對信息資源的非法仿問。仿火墻有硬件防火墻和軟件防火墻之分。如果不是非常必需，一般的校園網(wǎng)采用軟件防火墻也就夠了12。4.2.2 主要技術(shù)（1）VLANVLAN即是廣播域。隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的增加，網(wǎng)絡(luò)管理日益成為一種挑戰(zhàn)。而且使用未劃分VLAN的交換機(jī)，作為主要的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備時，雖然每個端口分別屬于各自的沖突域，但是網(wǎng)絡(luò)中的所

45、有設(shè)備卻屬于一個廣播域，存在許多不安全的因素。VLAN可以減輕網(wǎng)絡(luò)工程師的工作負(fù)擔(dān)，還可以允許網(wǎng)絡(luò)管理員取消過去的物理限制，并對用戶的第3層網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行控制，而不管它處在網(wǎng)絡(luò)中的哪個位置。交換機(jī)可以定義多個VLAN，交換機(jī)的端口便成為VLAN中的成員。將端口分配給VLAN的方式有兩種，分別是靜態(tài)的和動態(tài)的。形成靜態(tài)VLAN過程是將端口強(qiáng)制性地分配給VLAN的過程，只能對將端口映射到合適的VLAN所必須的命令進(jìn)行手工輸入。不過，這是將端口映射到VLAN的一種最通用的方法。動態(tài)的VLAN形成很簡單，由端口自己決定它屬于哪個VLAN時，就形成了動態(tài)的VLAN，這個映射取決于在交換機(jī)服務(wù)器上創(chuàng)建的數(shù)據(jù)

46、庫。分配給動態(tài)VLAN的端口被激活后，交換機(jī)就緩存初始幀的源MAC地址，隨后，交換機(jī)便向一個稱為VMPS（VLAN管理策略服務(wù)器）的外部服務(wù)器發(fā)出請求，VMPS中包含一個文本文件，文件中存有進(jìn)行VLAN映射的MAC地址，交換機(jī)對這個文件進(jìn)行下載，然后對文件中的MAC地址進(jìn)行校驗(yàn)。如果在文件列表中找到MAC地址，交換機(jī)就將端口分配給列表中的VLAN。如果列表中沒有MAC地址，交換機(jī)就將端口分配給默認(rèn)的VLAN，端口不會被激活。這是維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全一種非常好的方法。但創(chuàng)建這個數(shù)據(jù)庫是個難題1。使用VLAN的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)：VLAN允許一組不限物理地域的用戶共享一個獨(dú)立的廣播域，通過有效劃分用戶群和控

47、制廣播范圍等方式，從根本上提高網(wǎng)絡(luò)效率與安全性；通過劃分VLAN，可以使廣播域數(shù)量更多，但每個廣播域的規(guī)模小，使得用戶的影響減小，同時也提高了網(wǎng)絡(luò)中用戶的安全性。（2）組播將數(shù)據(jù)從一個源站發(fā)送到一個組播組的所有成員的行為稱為組播。組播在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)上將數(shù)據(jù)包從一個發(fā)送者傳送到一組接收者而不是一個接收者，并且依靠網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包只傳送給需要接收它的網(wǎng)絡(luò)。組播協(xié)議IGMP（Internet Group Management Protocol）利用局域網(wǎng)的廣播特性提供了一個種高效率的在組播主機(jī)和路由器之間交換信息的ICMP報文格式1。指向一個或多個網(wǎng)絡(luò)中的一組主機(jī)的地址稱為組播地址，組播地址的范圍：（

48、1） 到 55 地址范圍被IANA 預(yù)留，地址 保留不做分配，其它地址供路由協(xié)議及拓?fù)洳檎液途S護(hù)協(xié)議使用。（2） 到 55地址范圍作為用戶組播地址，在全網(wǎng)范圍有效。（3） 到 55 地址范圍為本地管理組播地址，僅在特定的本地范圍內(nèi)有效。IGMP 的操作：1) 當(dāng)主機(jī)欲入某個組時要發(fā)送一個IGMP報文，其中組地址字段即該組的組播地址。所有該組播組的當(dāng)前成員都會收到此報文并得知這個新成員。該局域相連的每個路由器會監(jiān)聽所有IP組播地址，以便獲取所有報告。

49、2) 組播路由器會定期發(fā)送IGMP詢問報文，以維護(hù)一份活動組地址的列表，主機(jī)收到后必須為每個需要聲明成員身份的組回應(yīng)一個報告報文。第五章 校園網(wǎng)建模及仿真分析5.1 校園網(wǎng)的建模許多校園網(wǎng)都建的比較早，受當(dāng)時的資金，技術(shù)等條件的限制，一般用于網(wǎng)頁瀏覽，郵件發(fā)送，文件下載等簡單的業(yè)務(wù)，而且聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)數(shù)目也不多，所以校園網(wǎng)并沒有出現(xiàn)什么突出的問題。但是隨著學(xué)校的規(guī)模不斷地擴(kuò)大以及學(xué)生人數(shù)的增多，多媒體教學(xué)的廣泛應(yīng)用，學(xué)校校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求也發(fā)生了打的增長，特別是語音視頻業(yè)務(wù)的出現(xiàn)更是加重了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。本節(jié)就利用OPNET建模仿真對現(xiàn)有的校園網(wǎng)進(jìn)行仿真，并對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)后的網(wǎng)絡(luò)性能

50、進(jìn)行仿真。5.1.1 需求分析以一般大學(xué)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)為例，其中每一種功能的大樓抽象為一個局域網(wǎng)，一個服務(wù)器組為一個局域網(wǎng)，所有局域網(wǎng)連接著一臺核心交換機(jī)，所有鏈路都用100BaseT以太網(wǎng)雙絞線。OPNET提供了近似于真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)連接的仿真環(huán)境，利用豐富的模型庫，可以快速建立所需要的網(wǎng)絡(luò)模型，該學(xué)校有圖書館、網(wǎng)絡(luò)樓、辦公樓、綜合樓、教學(xué)樓、學(xué)生宿舍、教工宿舍以及各個學(xué)院樓?，F(xiàn)將該校園的校園網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射到OPNET中，建立起如下圖5-1所示的網(wǎng)絡(luò)模型。圖5-1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D5.1.2 網(wǎng)絡(luò)建模OPNET提供了近似于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)連接的仿真環(huán)境，利用豐富的模型庫，可以快速建立所有所需要的網(wǎng)絡(luò)模型。

51、（1） 建立一個新的項(xiàng)目，選擇菜單File/New/project，單擊OK。項(xiàng)目名稱為1_xy；場景名稱為scenario l_xy，單擊OK。如圖5-2所示。圖5-2 建立新項(xiàng)目（2）依照設(shè)置向?qū)е械奶崾荆涸贗nitial Topology（初始拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）對話框中，點(diǎn)擊Create Empty Scenario（建立空場景），如圖5-3所示。在點(diǎn)擊next，彈出Startup Wizard：Choose Network Scale對話框，如圖5_4所示。 圖5-3 設(shè)置Initial Topology對話框圖5-4 設(shè)置Choose Network Scale對話框（3） 在Choose

52、Network Scale對話框中，點(diǎn)擊Campus，在點(diǎn)擊next,彈出specify size對話框，如圖5-5所示，用于指定網(wǎng)絡(luò)大小。圖5-5 設(shè)置specify size對話框（4）彈出Startup Wizard：Select Technologies對話框，如圖5-6所示。選擇SM_Int_Model_List、internet _toolbox，將它們值改為YES。這樣就可用在新建的場景的創(chuàng)建中使用。單擊Next，點(diǎn)擊OK，就完成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新建工作。如圖5-7所示。 圖5-6 設(shè)置Select Technologies對話框 圖 5-7 完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新建圖（5）完成新建后，點(diǎn)擊

53、OK，就進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計界面。如圖5-8為拓?fù)渑渲脠D。圖 5-9為對象面板圖此時，用鼠標(biāo)左鍵單擊圖 5-9的對象面板圖中所需要的節(jié)點(diǎn)在圖5-8的拓?fù)渑渲脠D中進(jìn)行放置，鼠標(biāo)右鍵單擊界面，結(jié)束拖放節(jié)點(diǎn)的操作。圖5-8 完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新建圖圖 5-9 對象面板圖（6）以核心交換機(jī)為中心，用100BaseT鏈路連接各個局域網(wǎng)及服務(wù)器，各個局域網(wǎng)圖標(biāo)分別命名為圖書館、網(wǎng)絡(luò)樓、辦公樓、綜合樓、教學(xué)樓、學(xué)生宿舍、教工宿舍以及學(xué)院樓。從對象面板中拖入一個業(yè)務(wù)配置器，命名為applications，拖入一個主詢配置器，命名為profiles，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-10所示：圖 5-10 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D其中學(xué)院樓里

54、還包括了計算機(jī)與電子信息學(xué)院，商學(xué)院，外國語學(xué)院等十六個局域網(wǎng)規(guī)模較大的學(xué)院。各個學(xué)院自己組成一個局域網(wǎng)，用一臺交換機(jī)連接各個學(xué)院的局域網(wǎng)，再使此交換機(jī)與核心交換機(jī)相連。其中學(xué)院樓的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下圖5-11所示：圖 5-11 學(xué)院樓內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D以教職工宿舍的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇槔?，其它局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣，如圖5-12所示：圖 5-12 教職工宿舍網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D5.1.3 業(yè)務(wù)配置校園網(wǎng)主要以教學(xué)科研為目的，故所涉及到的主要業(yè)務(wù)有HTTP網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)，F(xiàn)TP文件下載業(yè)務(wù)，以及E-mail電子郵件業(yè)務(wù)等。用OPNET進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建模仿真，如果想獲得比較準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，那么用于仿真的業(yè)務(wù)源必須能夠正確的反應(yīng)實(shí)際

55、業(yè)務(wù)的統(tǒng)計業(yè)務(wù)，如果不加載業(yè)務(wù)，得出的結(jié)果將不那么精確。配置業(yè)務(wù)一般分為四個步驟，即定義應(yīng)用、設(shè)定業(yè)務(wù)主詢、配置服務(wù)器應(yīng)用以及設(shè)定客戶端業(yè)務(wù)主詢四個步驟。打開應(yīng)用配置（Application Configuration）編輯見面，將其設(shè)為“默認(rèn)（Default）”。打開主詢配置（Profile Configuration）編輯界面，設(shè)定業(yè)務(wù)主詢開始時間以及運(yùn)行模式。打開服務(wù)器配置界面，在“支持的服務(wù)（Supported Services）”里輸入提供的服務(wù)，校園網(wǎng)服務(wù)器主要提供HTTP服務(wù)，F(xiàn)TP服務(wù)，文件傳輸，文件打印，以及E-mail服務(wù)等6。與服務(wù)器配置應(yīng)用相對應(yīng)，客戶端需要設(shè)定業(yè)務(wù)主詢

56、，其業(yè)務(wù)主詢的種類應(yīng)與在業(yè)務(wù)主詢配置器中的設(shè)定吻合。5.2 數(shù)據(jù)收集及仿真分析5.2.1 數(shù)據(jù)收集對校園網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模及業(yè)務(wù)配置完之后，就要對仿真過程中所需要的參數(shù)進(jìn)行提取，以對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。本次仿真我們收集的統(tǒng)計量為：（1） 服務(wù)器負(fù)載Load（Bit/s）：根據(jù)這個指標(biāo)觀察增加節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容時，服務(wù)器是否能承受額外的負(fù)載。（2） 網(wǎng)絡(luò)延時Delay：選擇全局統(tǒng)計量Delay以觀察整個網(wǎng)絡(luò)延時性能。（3）HTTP的頁面響應(yīng)時間Page Response Time：選擇統(tǒng)計HTTP頁面響應(yīng)時間，看增加節(jié)點(diǎn)后頁面響應(yīng)時間的變化。（4）Email的下載響應(yīng)時間Download Response Tim

57、e：選擇統(tǒng)計Email下載響應(yīng)時間，看增加節(jié)點(diǎn)后下載響應(yīng)時間的變化。（5）學(xué)生宿舍到服務(wù)器組的鏈路利用率：觀察鏈路使用情況。對服務(wù)器負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)延時的收集如下圖5-13所示：圖 5-13 收集仿真參數(shù)5.2.2 仿真及分析對仿真參數(shù)參數(shù)進(jìn)行了收集后，設(shè)置仿真時間為1小時，在Simulation菜單中選擇Configure Simulation.或者直接在工具欄按按鈕運(yùn)行仿真。查看其中的網(wǎng)絡(luò)延遲結(jié)果，如圖5-14：其中橫坐標(biāo)為仿真時間，單位為分鐘（m），共仿真了30分鐘，縱坐標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)延遲時間，單位為秒（s）。網(wǎng)絡(luò)的整體延遲是隨機(jī)的，不同的仿真時間點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)延遲時間是不同的，圖5-14中給出的是網(wǎng)絡(luò)延時平均值。圖 5-14 網(wǎng)絡(luò)延遲時間