OPNET在網絡仿真中的實驗綜述

張瑜　張欣　郭廣楠

摘 要 計算機網絡技術教學中，由于網絡原理抽象、網絡規模龐大、網絡業務復雜等因素，使得很多實驗無法在真實網絡環境中實施。提出在計算機網絡教學中利用OPNET設計仿真實例，通過建模仿真、分析結果、網絡評估、測試優化等過程使理論教學更好地與實踐相結合，從而提高網絡教學效果。

關鍵詞 OPNET 網絡仿真 協議 流量

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

當今業界使用的計算機網絡仿真軟件主要有OPNET和NS2，NS2由于是源代碼開放，很受科研人員的歡迎，但由于其運行環境是LINUX，且其圖形界面也過于簡單因此不太適合于在教學環境中使用。而OPNET則支持在Windows環境下運行，且其圖形界面非常豐富，可以為網絡規劃和設計提供客觀、可靠的定量依據，可以構建接近真實的網絡環境和業務，測試網絡產品性能指標。而且OPNET具有：網絡模型、節點模型、進程模型三層建模機制；豐富的模型庫；綜合統計量收集和分析工具等特點可以很好地完成網絡實踐中各種難以實現的實驗項目。使用OPNET可以使各種抽象的問題變得更加直觀，易于接受。使網絡知識的理解和掌握變得更加容易，從而激發學生的學習積極性和學習興趣。通過OPNET建模并搭建各種不同參數的網絡仿真平臺，可以全面理解各種網絡協議的性能。利用OPNET節點編輯器、進程編輯器不僅可以學習各種網絡協議的工作原理及其工作過程，還可以自行研究和設計網絡協議，從而加深相關知識的理解。利用OPNET提供的仿真結果及分析報告功能，可以為網絡優化提供依據。仿真報告直觀地顯示網絡性能參數可以通過這些參數提出設計和優化方案，再結合OPNET支持的VC聯合調試功能快速地驗證仿真實驗結果和仿真中存在的問題，從而拓寬實驗項目；設計和優化各種新的網絡協議并比較不同設計方案的性能，從而激發學生的學習主動性和創造能力。下面就介紹幾種OPNET在網絡技術仿真實驗中的運用。

局域網的仿真分析：構建局域網關鍵的因素是其流量和延遲時間的分析，這一點非常難于掌握，這個問題可通過OPNET加以解決。首先利用OPNET提供的圖形界面構建相應的局域網，然后運行仿真并提取統計量，最后通過圖形界面顯示其流量和延遲時間，對局域網的流量和延遲時間有一個直觀的認識。可進一步通過圖形方式增加路由器和其它的局域網，再次運行仿真，提取相應的流量和延遲時間，并通過圖形方式和原局域網的流量和延遲時間相比較，掌握局域網的規模對流量和延遲時間的影響，可起到事半功倍的效果。

傳輸層的滑動窗口算法的仿真分析：滑動窗口算法在計算機網絡中，不僅用在鏈路層的流量控制，而且也用在傳輸層的流量控制，因此非常重要。但由于其內容過于抽象學生很難確切地掌握該算法，這個問題可通過OPNET加以解決。首先利用OPNET提供的圖形界面構建兩個連接在互聯網的局域網，然后設置相應的應用和業務，運行仿真并提取統計量，最后通過圖形界面顯示滑動窗口大小的變化，對傳輸層協議如何利用滑動窗口來控制流量有一個直觀的認識。

路由信息協議和開放式最短路徑優先協議的仿真分析：計算機網絡中的網絡層的概念非常重要，它負責把數據包從源節點依據某個路由算法傳送到目的節點。實現網絡層的路由選擇算法非常多，這里只選擇路由信息協議算法和開放式最短路徑優先協議算法加以說明，這可直觀地了解在互聯網中數據包傳遞到目的地的方式。首先利用OPNET提供的圖形界面構建多種路徑相互連接的多個路由器，然后通過選擇路由信息協議為路由算法，并運行仿真，得到相應的路由表，使學生掌握路由表的概念。然后選擇開放式最短路徑優先協議為路由算法，運行仿真，得到直觀的路由路徑圖。并可選擇自治區域范圍，運行仿真并得到路由路徑圖，讓學生直觀地了解在采用自治區域后，開放式最短路徑優先算法的路由選擇變化。并可在選擇路由算法的流量平衡選項后，運行仿真得到路由路徑圖，使學生直觀地掌握選擇流量平衡后，開放式最短路徑優先算法的路由選擇結果。

介質訪問控制協議的仿真分析：由于大部分局域網都采用多路復用信道作為相互通信的基礎，所以介質訪問子層在局域網通信中特別重要，而介質訪問控制協議正是為了避免發送站點相互沖突并能有效地利用信道而提出的控制協議。從理論上講，介質訪問控制協議可分為純ALOHA協議、分隙ALOHA協議、持續和非持續CSMA協議、帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD協議，而CSMA/CD正式被現在廣泛應用的以太網采用。這些協議都可以從理論上計算它們的吞吐率，但很難理解這些復雜的數學推理，因為這里牽涉到復雜的概率模型的建立和計算。而利用OPNET就可解決這些問題，只是OPNET在處理這些協議時，需要進入底層模型，即要設計有限狀態機模型以及它們之間相互轉換的條件，以及必要的C或C++模塊，難度超出了本科生所能夠接受的范圍，留待研究生去學習和掌握，并研究和設計新的介質訪問控制協議。總之，這一方面的內容，只需要直觀地給同學們展示仿真的結果，對幾個不同協議的吞吐率進行效率比較，留下一定的印象。

應用OPNET可以模擬計算機網絡技術類課程中的網絡協議分析、網絡工程規劃設計等網絡實驗，具有面向對象、形象直觀等特點，彌補真實環境中無法進行的網絡實驗缺陷，提高教學質量。同時，網絡仿真技術可為優化和擴容現有網絡提供定量的分析數據，為新網絡的設計進行網絡性能預測，定量評估網絡設計方案，是一種新興有效的網絡規劃和設計技術。