OPNet仿真實驗報告

南京航空航天大學(xué)OPNET仿真實驗報告計算機網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)夸浀谝徽聦嶒炄蝿?wù).......................................................................................................................31.1實驗一................................................................................................................................31.2實驗二................................................................................................................................3第二章OPNET網(wǎng)絡(luò)建模及仿真方法.....................................................................................32.1OPNET簡介.......................................................................................................................32.2OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù).......................................................................................................42.2.1層次化建模技術(shù).....................................................................................................42.2.2離散事件仿真機制.................................................................................................42.2.3仿真調(diào)度機制.........................................................................................................42.2.4通信機制.................................................................................................................42.3OPNET仿真流程...............................................................................................................5第三章實驗仿真過程...............................................................................................................63.1實驗一單臺服務(wù)器場景仿真過程................................................................................63.1.1建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).................................................................................................63.1.2收集統(tǒng)計量.............................................................................................................83.1.3運行仿真.................................................................................................................93.1.460臺PC場景1_expand_60................................................................................103.1.590臺PC場景1_expand_90.................................................................................113.2實驗一多臺服務(wù)器場景仿真過程..............................................................................123.3實驗二用OPNET對RIP仿真分析.............................................................................13第四章實驗仿真結(jié)果及分析.................................................................................................134.1單臺服務(wù)器場景仿真結(jié)果及分析..................................................................................134.1.1整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖...........................................................................144.1.2服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量對比曲線圖...............................................144.1.3服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖，見圖16....................................................154.2多臺服務(wù)器場景仿真結(jié)果及分析..................................................................................164.2.1整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖...........................................................................164.2.2服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量對比曲線圖...............................................164.2.3服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖.....................................................................174.3用OPNET對RIP仿真結(jié)果及分析...............................................................................184.3.1RIP協(xié)議概述........................................................................................................184.3.2RIP的工作原理.....................................................................................................184.3.3RIP路由更新機制.................................................................................................204.3.4建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)...............................................................................................214.3.5仿真結(jié)果...............................................................................................................234.3.6對RIP協(xié)議的總結(jié)...............................................................................................28第五章實驗心得體會以及不足.............................................................................................295.1心得和體會......................................................................................................................295.2實驗中的不足..................................................................................................................29

OPNET仿真實驗報告第一章實驗任務(wù)1.1實驗一–設(shè)置一個仿真場景，假設(shè)PC有N臺，服務(wù)器有M臺，交換機和路由器根據(jù)N值進(jìn)行配置–當(dāng)N=30，60，90和M=1時，設(shè)置仿真場景，配置連接設(shè)備，服務(wù)器配置FTP、TELNET、WWW、SNMP等服務(wù)，給出N不同取值時：1）整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖2）服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量對比曲線圖3）服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖–當(dāng)N=90，M分別取值1和2時，設(shè)置仿真同上，給出M不同取值時：1）整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖場景，配置連接設(shè)備，服務(wù)器配置2）服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量對比曲線圖3）服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖。1.2實驗二RIP協(xié)議的OPNET仿真分析第二章OPNET網(wǎng)絡(luò)建模及仿真方法2.1OPNET簡介OPNET是1986年由美國MIL3Inc．(現(xiàn)在為OPNETTechnologiesInc.)研制的，最初是用于軍事需要，但很快就發(fā)展成為一款商業(yè)化軟件，并成為目前世界上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)仿真和開發(fā)工具之一。現(xiàn)在全球大約有2700個OPNET用戶，涉及企業(yè)、軍事、教育、銀行、保險等多個領(lǐng)域，被第三方權(quán)威機構(gòu)評為“世界級網(wǎng)絡(luò)仿真名”。作為商業(yè)軟件的OPNET價格非常昂貴，但它也提供了專門用于教育和科研的免費版本，如OPNETITGuru。軟件第一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)動的模擬機理，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，大加快了仿真速度，到更加細(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：路由器、交換機、服務(wù)器、客戶機、ATM設(shè)備、DSL設(shè)備等，還有其它廠商的配備，使OPNET在而且可以得新網(wǎng)絡(luò)項目的設(shè)計以及對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的分析方面都有卓越表現(xiàn)；它為通信協(xié)議和路由算法的研究提供了與真實網(wǎng)絡(luò)相同的環(huán)境。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。目前OPNET的應(yīng)用在國內(nèi)還處于起步階段，因此OPNET具有很的大研究和應(yīng)用價值。

2.2OPNET仿真關(guān)鍵技術(shù)2.2.1層次化建模技術(shù)0PNET采用層次化的建模技術(shù)，提供了三層建模機制：網(wǎng)絡(luò)模型、結(jié)點型和進(jìn)程模型。網(wǎng)絡(luò)模型為最上層，由可以嵌套的子網(wǎng)、通訊節(jié)點和在節(jié)點間進(jìn)行通信的鏈路組成，在這一層完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜湍Ｐ团渲?；進(jìn)程模型狀態(tài)機(FSM)來描述各個狀態(tài)和狀態(tài)間轉(zhuǎn)移關(guān)系，進(jìn)程模型是通信協(xié)議功能模擬以及與仿真有關(guān)的控制流行為實現(xiàn)的具體位置，C語言描述的通信行是最底層，用有限其中FSM是用為程序；結(jié)點模型定義結(jié)點的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由發(fā)信機模塊、接收機模塊、處理機模塊、隊列模塊及包流、統(tǒng)計線等連接組成。通過0PNET的網(wǎng)絡(luò)模型、結(jié)點模型和進(jìn)程模型三層建模機制建立起來的模型和實際的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議層次完全對應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性。網(wǎng)絡(luò)模型、結(jié)點模型和進(jìn)程模型分別在相應(yīng)的項目編輯器、結(jié)點編輯器和進(jìn)程編輯器中完成。本實驗就是從第一個層次進(jìn)行建模，從而完成仿真任務(wù)的。2.2.2離散事件仿真機制0PNET采用基于離散事件驅(qū)動的仿真機制。事件是指網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時，模擬機進(jìn)行仿真，狀態(tài)不發(fā)生變化的時間段，不進(jìn)行仿真，即被跳過，因而仿真時間是離散的。每個仿真時間點上可以同時出現(xiàn)多個事件，事件的發(fā)生可以有疏密的區(qū)別。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)程模型的運行。通過離散事件驅(qū)動的仿真機制實現(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)度機制在OPNET中使用基于事件列表的調(diào)度機制，理的進(jìn)程來仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為。調(diào)度的完成通過仿真模塊以及模型模塊來實現(xiàn)。事件列表的調(diào)度機制具體描述如下：1．每個OPNET仿真都維持一個單獨的全局時間表，其中的每個項目和執(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)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構(gòu)，采用高效的辦法管理維護事件列表，按順序通過中斷將在隊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)事件的位置：(1)按照事件到達(dá)仿真合理安排調(diào)度事件，以便執(zhí)行合軟件的仿真核和仿真工具行的同時發(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核的時間先后順序，先到達(dá)先處理(firstcomefirstserve。(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。2.2.4通信機制OPNET采用基于包的通信機制來模擬實際物理網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的流動。包是為支持基于信息源通信而定義的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以動態(tài)創(chuàng)建、修改、復(fù)制、發(fā)送、接收和銷毀。每個包含有一些存儲信息的區(qū)域，通過包流實現(xiàn)同一節(jié)點模型的不同模塊間的傳輸。

和基于包的通信機制類似的另一種通信方式是基于接口控制信息(ICI)的通信機制。ICI是與事件關(guān)聯(lián)的用戶自定義的數(shù)據(jù)列表。如果某個事件希望傳遞信息給予它相隔一段時間的將來某個事件，可以將ICI綁定在將來這個事件中，等到它將來發(fā)生時就可以取出ICI信息。因為ICI以事件為載體，所以可以用在各種有關(guān)事件調(diào)度的場合，例如同一節(jié)點模型的相同模塊內(nèi)部、同一節(jié)點模型的不同模塊之間及不同節(jié)點模型之間都可以采用基于ICI的通信。如果流事件源于包的傳輸，但是需要傳輸額外的信息又想避免使用包本身，這時可以用ICI。2.3OPNET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、丟包率、隊列長度等。2．建立仿真模型：根據(jù)研究的問題和目標(biāo)，模型(包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議類型、包格式等)，配置相關(guān)業(yè)務(wù)。建立所需的網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)程或協(xié)議3．收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)：收集要用于仿真模型實現(xiàn)和驗證的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。如網(wǎng)絡(luò)流量、端到端延遲、丟包率等。4．運行仿真：利用仿真工具進(jìn)行仿真實驗，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)，更新設(shè)備、調(diào)整業(yè)務(wù)量、修改協(xié)議等方法得到新的仿真場成仿真報告：生成網(wǎng)絡(luò)仿真的研究報告。找出網(wǎng)絡(luò)的性能瓶頸，然后通過修改拓?fù)?、景，再次運行仿真。7．生圖1OPNET仿真流程由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，在實際網(wǎng)絡(luò)研究中，一般不可能一次就能達(dá)到仿真目的，而往往需要多次重復(fù)其中的部全部步驟。另外網(wǎng)絡(luò)仿真過程中仿真參數(shù)盡可能根據(jù)需要合理選取，并不是越詳細(xì)越好，無用的參數(shù)可能使系統(tǒng)的處理效率下降。分或第三章實驗仿真過程3.1實驗一單臺服務(wù)器場景仿真過程3.1.1建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要創(chuàng)建一個新的網(wǎng)絡(luò)模型，首先需要創(chuàng)建一個新的項目（Project）和一個新的場景（Scenarios）。首先創(chuàng)建30臺PC機的場景:1_first_30。(1)打開OPNETModeler10.0。(2)從File菜單中選擇New...。(3)從彈出的下拉菜單中選擇Project并單擊OK按鈕。(4)將項目命名為1_sim_network，場景命名為1_first_30。(5)單擊OK按鈕。按照向?qū)?chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。首先選擇一個空的項目CreateEmptyScenarios，然后選擇辦公網(wǎng)絡(luò)Office，然后確定網(wǎng)絡(luò)的大小100m×100m，然后選擇OPNET自帶的對象模型家族種類，將Sm_Int_Model_List設(shè)為Yes，最后確認(rèn)場景，單擊OK。(6)使用快速拓?fù)渑渲茫淮涡詣?chuàng)建規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從Topology菜單中選擇RapidConfiguration。(7)從配置下拉列表中選擇Star，單擊OK。之后為該星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)指定節(jié)點模型和鏈路模型。即CenterNodeModel設(shè)為3Com公司的交換機3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3；PeripheryNodeModel設(shè)為Sm_Int_wkstn；LinkModel設(shè)為10BaseT，其中數(shù)量設(shè)為30。再合理設(shè)置位置和半徑，單擊OK。這樣項目編輯窗口中會出現(xiàn)包含有一臺交換機和30臺PC結(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。下面對上述該星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(8)添加服務(wù)器。打開對象面板，找到Sm_Int_server對象，并將工作空間中。單擊右鍵，結(jié)束節(jié)點放置。接下來，需要連接服務(wù)器和星型網(wǎng)絡(luò)：(9)在對象模板中找到10BaseT鏈路對象。在服務(wù)器上單擊進(jìn)行擴展。它放置在鼠標(biāo)左鍵，移動光標(biāo)，再單擊星型網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點。這時出現(xiàn)連接兩個節(jié)點對象的鏈路。單擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束鏈路創(chuàng)建。最后需要為網(wǎng)絡(luò)配置業(yè)務(wù)，包括應(yīng)用定義(Applicationdefinition)和業(yè)務(wù)規(guī)格定義(Profiledefinition)。(10)在對象模板中找到Sm_Application_Config對象并將其放置在工作空間中。單擊右鍵，光標(biāo)重新移到對象模板中，單擊Sm_Profile_Config，并將其放置在工作空間中，單擊右鍵。模板中應(yīng)用定義對象和業(yè)務(wù)規(guī)格定義對象的參數(shù)已經(jīng)配置好(為Lightdatabase業(yè)務(wù))，下面添加其他服務(wù)，OPNET在ApplicationConfig中預(yù)設(shè)了一些常用的服務(wù)，在Sm_Application_Config右鍵選擇EditAttributes選項，然后在ApplicationDefinition參數(shù)下添加多行（rows），每一行可以設(shè)置sever支持的一個服務(wù)。如圖2所示。

圖2ApplicationConfig服務(wù)種類屬性的設(shè)置與服務(wù)器應(yīng)用配置相對應(yīng)，需要配置業(yè)務(wù)主尋，即ProfileDefinition。右鍵選擇EditAttributes，然后在ProfileConfiguration中的Application中添加行，并選擇需要的服務(wù)。圖3ProfileConfig業(yè)務(wù)主尋屬性的設(shè)置當(dāng)然客戶端也需要設(shè)定業(yè)務(wù)主詢?？晒┛蛻舳诉x擇的業(yè)務(wù)主詢的種類和在業(yè)務(wù)主詢配置器中的設(shè)定要完全吻合。這里客戶端的ApplicationSupportProfile屬性中中選擇前面配置的業(yè)務(wù)主尋Sm_Int_Profile。最終得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖4。圖41_first_30網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D3.1.2收集統(tǒng)計量在網(wǎng)絡(luò)模型中可以對單個對象收集統(tǒng)計量(Objectstatistics)，也可以對整個網(wǎng)絡(luò)收集全局統(tǒng)計量(Globalstatistics)。根據(jù)實驗要求，我們需要收集的統(tǒng)計量有，整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲、服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量、服務(wù)器CPU負(fù)載。(1)整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲是全局統(tǒng)計量，在空白處右鍵選擇ChooseIndividualDESStatistics，然后將Ethernet中的Delay選項選中。如圖5所示。圖5整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲統(tǒng)計量設(shè)置(2)服務(wù)器CPU負(fù)載是對象統(tǒng)計量，在服務(wù)器上右鍵單擊ChooseIndividualDESStatistics，然后選中NodeStatisticsEthernetLoad(bit/sec)，如圖6所示。圖6服務(wù)器CPU負(fù)載統(tǒng)計量設(shè)置(3)服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量是對象統(tǒng)計量，在該鏈路上右鍵單擊ChooseIndividualDESStatistics，然后選中throughput(bits/sec)-->和throughput(bits/sec)<--，如圖7所示。point-to-point圖7服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量統(tǒng)計量設(shè)置設(shè)置好后，保存一下項目。3.1.3運行仿真首先，需要確定repositories屬性設(shè)置正確：(1)在Edit菜單中選擇Preferences。(2)在查找文本框中輸入“repositories”，單擊Find按鈕。(3)在彈出的對話框的左下角單擊Insert按鈕，在文本框中輸入stdmod，然后回車。(4)單擊OK按鈕關(guān)閉repositories和Preferences對話框。(5)設(shè)置優(yōu)化仿真的方法如下：在Edit菜單中選擇Preferences，在查找文本框中輸入kernel_type，單擊Find按鈕。將對應(yīng)的value設(shè)置為optimized。接下來運行仿真。(6)在Simulation菜單中選擇ConfigureSimulation，或者在工具欄中選擇運行仿真按鈕。(7)將仿真時間Duration設(shè)置為0.5，即模擬執(zhí)行半小時的仿真。(8)單擊Run按鈕運行仿真。運行完畢后如下圖8圖8仿真結(jié)束完成(9)運行完畢后單擊Close按鈕關(guān)閉對話框。3.1.460臺PC場景1_expand_60這里我們在上一個場景的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展，創(chuàng)建60臺PC的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。為了保留剛才的網(wǎng)絡(luò)場景，以便和擴展的網(wǎng)絡(luò)場景的仿真結(jié)果相比較，需要復(fù)制場景：(1)在Scenarios菜單中選擇DuplicateScenario..。(2)命名新的場景為1_expand_60。(3)單擊OK按鈕。這時出現(xiàn)和剛才網(wǎng)絡(luò)模型一模一樣的場景。(4)接下來，需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的另一部分，即另外30臺PC。這里我們讓這30臺PC和前一個場景的30臺同構(gòu)，同樣通過快速配置，配置一個30臺客戶端的星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，然后再連接兩個子網(wǎng)。(5)在對象面板中選中Cisco2514路由器并將它放置在兩個局域網(wǎng)之間。單擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束放置。(6)在對象模板中選中10BaseT鏈路圖標(biāo)，在項目編輯器中分別連接剛才放上去的路由器已經(jīng)另外兩臺3Com的交換機。最終網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖9。圖91_expand_60網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D之后按照前面第一個場景設(shè)置統(tǒng)計量并且運行仿真。3.1.590臺PC場景1_expand_90這里我們繼續(xù)在上一個場景的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴展，創(chuàng)建90臺PC的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?fù)制場景：(1)在Scenarios菜單中選擇DuplicateScenario..。(2)命名新的場景為1_expand_90。(3)單擊OK按鈕。(4)接下來，需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的另一部分，即另外30臺PC。這里我們讓這30臺PC和前兩個場景的30臺同構(gòu)，同樣通過快速配置，配置一個30臺客戶端的星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。(5)在項目編輯區(qū)再放置一個Cisco2514路由器，然后把該路由和剛才創(chuàng)建的子網(wǎng)中的3Com交換機相連，并且與前一個場景的交換機相連。(6)最后連接兩臺路由器。在對象面板的下拉菜單中選取internet_toolbox，然后選取其中的ppp_DS3鏈路，連接兩個路由。最終網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖10。之后按照前面第一個場景設(shè)置統(tǒng)計量并且運行仿真。圖101_expand_90網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D3.2實驗一多臺服務(wù)器場景仿真過程首先將上一個實驗保存，然后再另存為一個工程命名為2_sim_network。然后將前兩個場景1_first_30和1_expand_60刪除，僅留下90臺PC場景1_expand_90，下面在復(fù)制改成場景命名為1_expand_90_2，創(chuàng)建兩臺服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。在對象面板中再拖入一臺服務(wù)器，然后用10BaseT線和node_30（也就是第一次添加的交換機）相連，最終的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見圖11。圖111_expand_90_2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D3.3實驗二用OPNET對RIP仿真分析OPNET是1986年由第四章實驗仿真結(jié)果及分析4.1單臺服務(wù)器場景仿真結(jié)果及分析OPNET有一個針對結(jié)果進(jìn)行比較的模塊并具有Html報告生成功能。在1_sim_network工程中，空白處右鍵選擇CompareResults。則會彈出生成曲線圖的面板，見圖12。通過該面板可以生成以下對比圖。圖12曲線圖生成面板4.1.1整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖見圖13圖13整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著客戶端的增多，網(wǎng)絡(luò)的平均延時量出現(xiàn)了間斷性的下降。4.1.2服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量對比曲線圖其中圖14是由服務(wù)器到交換機平均傳送數(shù)據(jù)對比圖，而圖15是有交換機到服務(wù)器平均傳送數(shù)據(jù)對比圖。見圖14、15。圖14服務(wù)器到交換機結(jié)點數(shù)據(jù)傳送對比圖15交換機到服務(wù)器結(jié)點數(shù)據(jù)傳送對比通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著客戶端的增多，交換機和服務(wù)器鏈路的平均吞吐量逐漸上升。4.1.3服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖，見圖16.圖16服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著客戶端的增多，服務(wù)器的CPU負(fù)載也是逐漸上升的。4.2多臺服務(wù)器場景仿真結(jié)果及分析在2_sim_network工程中，空白處右鍵選擇CompareResults。則會彈出生成曲線圖的面板，通過該面板可以生成以下對比圖。4.2.1整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖圖17整個網(wǎng)絡(luò)平均延遲對比曲線圖通過對比發(fā)現(xiàn)，兩個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)延時基本一致。4.2.2服務(wù)器與交換機鏈路的平均吞吐量對比曲線圖見圖18、19。其中圖18是由服務(wù)器到交換機平均傳送數(shù)據(jù)對比圖，而圖19是有交換機到服務(wù)器平均傳送數(shù)據(jù)對比圖。圖18服務(wù)器到交換機結(jié)點數(shù)據(jù)傳送對比圖19交換機到服務(wù)器結(jié)點數(shù)據(jù)傳送對比通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著服務(wù)器的增多，交換機和服務(wù)器鏈路的平均吞吐量逐漸下降。4.2.3服務(wù)器見圖20。CPU負(fù)載變化對比曲線圖圖20服務(wù)器CPU負(fù)載變化對比曲線圖通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著服務(wù)器的增多，服務(wù)器的CPU負(fù)載是逐漸下降的。因為多臺服務(wù)器平衡了負(fù)載，故單臺服務(wù)器負(fù)載下降。4.3用OPNET對RIP仿真結(jié)果及分析4.3.1RIP協(xié)議概述RIP協(xié)議是最著名、歷史最動態(tài)路由協(xié)議，該協(xié)議屬于距離向量協(xié)議。早由施樂公司PaloAlto研究中心(PARC)開發(fā)，局域網(wǎng)上采用RIP另外RIP在UNIX上的普遍實現(xiàn)同樣也悠久的RIP協(xié)議最并在施樂公司的PUB和XNS路由協(xié)議基礎(chǔ)上發(fā)展而來。而后加州大學(xué)伯克利分校在許多協(xié)議，該舉動極大的推動了RIP的廣泛應(yīng)用。促進(jìn)了RIP的推廣。RIP協(xié)議最初是為局域網(wǎng)設(shè)計，現(xiàn)在應(yīng)用范圍已經(jīng)不局限在局域網(wǎng)，已經(jīng)被應(yīng)用到城域網(wǎng)甚至雖然如此，但是RIP協(xié)議不適用于規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)。RIP協(xié)議是因特網(wǎng)協(xié)議族的重要組成部分，也是在因特網(wǎng)中最早得到廣并持續(xù)至今的一種簡單路由協(xié)議。在下一代因特網(wǎng)協(xié)議IPv6中最早最實現(xiàn)的也是基于RIP的按照路由協(xié)議分類，RIP屬于距離向量協(xié)議。RIP中路由的選擇是基于到達(dá)目的地所需要的跳數(shù)來決定。距離向量算法最早由Ford，L．R和FulkerSon，D．R提出，路由方程式推導(dǎo)由R．E．Bellm鋤完成。因此，RIP協(xié)議所用的路由算法也RIP協(xié)議廣域網(wǎng)中。泛應(yīng)用完全RIPng。稱Ford．FulkerSon算法或Ford-BellmaIl算法。1988年6月IETF將RIP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化為RFC1058。該協(xié)議是開放標(biāo)準(zhǔn)，用于小型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。隨著m技術(shù)的發(fā)展，為支持VLSM和CIDR，1993年IETF在RFC1388中發(fā)布了RIPv2。隨后在1994年由l心C1723取代RFC1388。因此，RFC1058所規(guī)定的RIP稱為RIPv1，RFC1723所規(guī)定的RIP協(xié)議為最新版本RIPv2。協(xié)議4.3.2RIP的工作原理運行RIP的路由器定期將路由表發(fā)送給相鄰的路由器(最初路由表中只有直連路由以及靜態(tài)路由)。路由器收到相鄰路由器發(fā)送的路由表后，將每個路由的距離加1與自身路由表中的信息比較，如果大于和等于自身路由表中路由的距離則忽略收到的路由并刷新該路由記錄；如果小于自身路由表中路由距離或者自身路由表中沒有所比較的路由則將收到的路由信息寫入路由表，距離為原距離增加l且下一跳為發(fā)送該路由信息的路由器。當(dāng)距離為16時認(rèn)為路由不可達(dá)。運行RIP的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有限，路徑最長距離為15。路由器定期清除長時間未刷新的路由記錄以防止某路由器死機后產(chǎn)生的路由黑洞。網(wǎng)絡(luò)中所有運行RIP的路由器不了解整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是簡單相信從某個相鄰路由器經(jīng)過某個特定距離可以

到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。RIP的路由表RIP協(xié)議使用跳數(shù)(hopCount)作為度量標(biāo)準(zhǔn)(metrics)來衡量到達(dá)目標(biāo)地址的路由距離。每個運行RIP協(xié)議的路由器都維護著一張路由表，這張路由表中至少要包括以下信息：(1)IP地址：該地址是所要到達(dá)的目的主機或網(wǎng)絡(luò)的地址。(2)下一跳：數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的下一個路由器的地址。(3)接口：數(shù)據(jù)包到達(dá)下一跳所使用的物理網(wǎng)絡(luò)接口。(4)跳數(shù)：即度量值。RIP的度量是基于跳數(shù)(hopcount)的，并規(guī)定兩個直連的路由器間的跳數(shù)為1，因此，每經(jīng)過一臺路由器，路徑的跳數(shù)就加一。跳數(shù)越多，路徑就越長，RIP算法會優(yōu)先選擇跳數(shù)少的路徑。RIP支持的最大跳數(shù)是15，跳數(shù)為16的網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為不可達(dá)。(5)計時器：有時也稱為年齡，用于記錄自上次路由更新以來的時間總和。RIP中路由的更新是通過定時廣播實現(xiàn)的。缺省情況下，路由器每隔30與它相連的網(wǎng)絡(luò)廣播自己的路由表，接到廣播的路由器將收到的信息添加至自身的路由表中。每個路由器都如此廣播，最終網(wǎng)絡(luò)上所有的路由器都會得知全部的路由信息。正常情況下，每30秒路由器就可以收到一次路由信息確認(rèn)，如果經(jīng)過180秒，即6個更新周期，一個路由項都沒有得到確認(rèn)，路由器就認(rèn)為它已失效了。如果經(jīng)過240秒，即8個更新周期，路由器仍沒有得到確認(rèn)，它就被從路由表中刪除。另外，各種標(biāo)志位和其他內(nèi)部信息也有可能包括在路由表中。例如，有些標(biāo)志位用于記錄路由最近是否發(fā)生變化，以備觸發(fā)更新時使用。RIP的工作流程圖21RIP的工作流程RIP的工作流程很簡單，如圖21所示，當(dāng)在RouterA路由器的某接口上啟動RIP，接口以廣播形式向鄰居發(fā)送路由表信息請求，鄰居R0uterB接收到路由表信息請求，就發(fā)送整個路由表信息對請求進(jìn)行響應(yīng)；RouterA和RouterB在啟動后就開始周期發(fā)送并周期更新路由。RouterA檢測到路由變化時，以廣播形式向鄰居發(fā)送觸發(fā)更新，通知鄰居路由變化。運行RIP協(xié)議的路由器并不是把每一條新的路由信息都添加到自己的路由表中。只是在以下三種情況下，路由器會根據(jù)所獲得的路由信息對路由表進(jìn)行修改：(1)如果收到的路由信息在自身的路由表中不存在，則添加。(2)如果收到的路由信息的目的子網(wǎng)和現(xiàn)有路由表中一項相符，而且量度值比現(xiàn)有的度量值要小，則用新的路由替換現(xiàn)有的，否則，忽略該路由。(3)如果收到的路由信息的目的子網(wǎng)和下一跳路由器地址和現(xiàn)有路由表中的某一項都相同，則無論度量值減小，還是增加，都修改度量值。4.3.3RIP路由更新機制RIP的路由表RIP中路由的更新是通過定時廣播實現(xiàn)的。缺省情況下，路由器每隔30秒向與它相連的網(wǎng)絡(luò)廣播自己的路由表，接到廣播的路由器將收到的信息添加至自身的路由表中。每個路由器都如此廣播，最終網(wǎng)絡(luò)上所有的路由器都會得知全部的路由信息。正常情況下，每30秒路由器就可以收到一次路由信息確認(rèn)，如果經(jīng)過180秒，即6個更新周期，一個路由項都沒有得到確認(rèn)，路由器就認(rèn)為它已失效了。如果經(jīng)過240秒，即8個更新周期，路由項仍沒有得到確認(rèn)，它就被從路由表中刪除。上面的30秒，180秒和240秒的延時都是由計時器控制的，它們分別是更新計時器(UpdateTimer)、無效計時器(InvalidTimer)和刷新計時器(FlushTimer)。由于RIP路由記錄必須定期刷新，所以RIP路由器必須定期向鄰居發(fā)送路由表。又因為IP網(wǎng)絡(luò)中路由和信息在同一通道上傳播，所以IP路由器不能頻繁發(fā)送路由表過度占用帶寬。如果發(fā)送路由表間隔過長，則會導(dǎo)致路由計算收斂較慢：網(wǎng)絡(luò)中一條路由的變化需要相對較長的時間才能通知到所有的路由器。權(quán)衡帶寬占用以及路由收斂時間兩方面的因素，所以對IP路由器通常是每30秒向鄰居路由器發(fā)送一次路由信息。上述更新間隔可以依據(jù)收斂時間要求、網(wǎng)絡(luò)帶寬資源以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)規(guī)模作調(diào)節(jié)。RIP路由循環(huán)及收斂問題距離向量類的算法容易產(chǎn)生路由循環(huán)，RIP是距離向量算法的一種，所以它也不例外。如果網(wǎng)絡(luò)上有路由循環(huán)，信息就會循環(huán)傳遞，永遠(yuǎn)不能到達(dá)目的地。為了避免這個問題，RIP距離向量算法實現(xiàn)了下面4個機制。(1)水平分割(splithorizon)：水平分割保證路由器記住每一條路由信息的來源，并且不在收到這條信息的端口上再次發(fā)送它。這是保證不產(chǎn)生路由循環(huán)的最基本措施。(2)毒性逆轉(zhuǎn)(poisonreverse)：當(dāng)一條路徑信息變?yōu)闊o效之后，路由器并不立即將它從路由表中刪除，而是用16，即不可達(dá)的度量值將它廣播出去。這樣雖然增加了路由表的大小，但對消除路由循環(huán)很有幫助，它可以立即清除相鄰路由器之間的任何壞路。(3)觸發(fā)更新(triggerupdate)：當(dāng)路由表發(fā)生變化時，更新報文立即廣播給相鄰的所有路由器，而不是等待30秒的更新周期。同樣，當(dāng)一個路由器剛啟動RIP時，它廣播請求報文。收到此廣播的相鄰路由器立即應(yīng)答一個更新報文，而不必等到下一個更新周期。這樣，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓瘯羁斓卦诰W(wǎng)絡(luò)上傳播開，減

少了路由循環(huán)產(chǎn)生的可能性。

(4)抑制計時(holddowntimer)：一條路由信息無效之后，一段時間內(nèi)這條路由都處于抑制狀態(tài)，即在一定時間內(nèi)不再接收關(guān)于同一目的地址的路由更新。如果，路由器從一個網(wǎng)段上得知一條路徑失效，然后，立即在另一個網(wǎng)段上得知這個路由有效。這個有效的信息往往是不正確的，抑制計時避免了這個問題，而且，當(dāng)一條鏈路頻繁起停時，抑制計時減少了路由的浮動，增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。即便采用了上面的4種方法，路由循環(huán)的問題也不能完全解決，只是得到了最大程度的減少。一旦路由循環(huán)真的出現(xiàn)，路由項的度量值就會出現(xiàn)計數(shù)到無窮大(counttoinfinity)的情況。這是因為路由信息被循環(huán)傳遞，每傳過一個路由器，度量值就加1，一直加到16，路徑就成為不可達(dá)的了。RIP選擇16作為不可達(dá)的度量值是很巧妙的，它既足夠的大，保證了多數(shù)網(wǎng)絡(luò)能夠正常運行，又足夠小，使得計數(shù)到無窮大所花費的時間最短。4.3.4建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本實驗通過RIP路由協(xié)議構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并且通過實驗結(jié)果來分析RIP路由協(xié)議。其中重點關(guān)注仿真中出現(xiàn)子網(wǎng)失效時，各個路由器的路由表的變化。同時在試驗中收集一些統(tǒng)計量，如RIP協(xié)議的收斂情況、路由表更新總數(shù)、RIP協(xié)議的開銷情況、使用RIP協(xié)議局域網(wǎng)延時情況以及RIP協(xié)議的鏈路修復(fù)情況。具體需要采集的統(tǒng)計量：GlobalStatistics中的Ethernet->Delay、RIP->NetworkConvergenceActivity、RIP->NetworkConvergenceDuration、RIP->TrafficReceived、RIP->TrafficSent。NodeStatistics中的RouteTable->TotalNumberofUpdates。下面介紹一下網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兄鞲删W(wǎng)絡(luò)有BackBone_Router1-4，4臺路由器構(gòu)成，子網(wǎng)是由一臺路由以及兩個100BaseT_LAN局域網(wǎng)構(gòu)成。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C構(gòu)圖見圖22和圖23。圖的構(gòu)造，其中分為一個主干網(wǎng)絡(luò)以及4個子網(wǎng)。其

圖22RIP協(xié)議分析整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D圖23整體拓?fù)鋱D中4個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D其中為了為了檢測鏈路修復(fù)等統(tǒng)計量，這里添加了一個Failure-Recovry組件。并且配置一個失效，在Failure組件上右鍵選擇編輯屬性，然后在該編輯窗口設(shè)置如圖24，在500s時讓主干網(wǎng)中路由2和路由4出現(xiàn)失效，然后再在1000s時使其鏈路恢復(fù)。圖24設(shè)置鏈路失效以及恢復(fù)因為我們需要查看路由表的變化，故在這里需要對路由器進(jìn)行設(shè)置，來保存相應(yīng)時間的RIP路由表。其設(shè)置方式在路由器上右鍵選擇編輯屬性，然后按照圖25所示設(shè)置。其中EndofSimulation表示在仿真結(jié)束后保存路由表。圖26路由器保存特定時間路由表設(shè)置我們失效是設(shè)置在路由器1和路由器2之間，這里我們主要監(jiān)視路由器2的RIP路由表。下面開始運行仿真，其中需要設(shè)置全局路由策略以及一些其他參數(shù)，見圖27。主要對GlobalAttribute中的IPDynamicRoutingProtocol設(shè)為RIP，然后將IPInterfaceAddressingMode設(shè)為AutoAddressed/Export，這個選項用來后面我們獲取拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IP文件。最后要把RIPSimEfficiency設(shè)為Disabled。然后運行仿真。圖28仿真參數(shù)設(shè)置4.3.5仿真結(jié)果由于網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，這里使用OPNET的實驗報告生成工具生成HTML格式實驗報告，用于分析其中內(nèi)容。其中子網(wǎng)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時見圖29,局域網(wǎng)的延時大概在0.00009秒左右。圖29子網(wǎng)中LeftNet_1局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時整個網(wǎng)絡(luò)RIP協(xié)議的收斂情況見圖30。通過觀察RIP協(xié)議在節(jié)點數(shù)目不是很多的情況下收斂情況十分理想的。圖30整個網(wǎng)絡(luò)RIP協(xié)議的收斂情況另外各個路由器的收斂情況可以查看表，這是通過OPNET自動生成的。表1各個路由器的收斂情況RIPRouterRIPRouterConvergenceDuration(sec)NodeConvergenceActivityBackBone_Router_1BackBone_Router_2BackBone_Router_3BackBone_Router_4EastNet_2.center_20.000600.000460.001760.001810.007930.009570.29870.31280.87380.92123.90154.7318NorthNet_1.center_1SouthNet_3.center_30.279571.0330WestNet_4.center_40.007823.8246RIP協(xié)議的開銷見圖31，從圖中我們發(fā)現(xiàn)RIP會定時的產(chǎn)生協(xié)議的開銷，這個定時周期就是路由更新定時器的時間30s左右。并且這種開銷一直維持在較高的水平上，在4500到6500bits/s之間。圖31整個網(wǎng)絡(luò)RIP協(xié)議的開銷路由表更新總數(shù)目見表2，發(fā)現(xiàn)其中路由器2和4更新比較頻繁，這是由于在500s時在路由器2和4之間設(shè)置了一次fail。SortByNodeSortedByAverageSortByPeak10.828BackBone_Router_2BackBone_Router_410.0298.029BackBone_Router_3EastNet_2.center_28.0318.029SouthNet_