一种基于OPNET的小型网络仿真及分析

摘要：OPNET作为一种最流行的网络仿真软件之一，已经被越来越多科研人员使用。文中介绍了OPNET的特点并通过OPNET仿真来分析一个小型星型网络在增加一个外围星型网络的情况下网络延迟和服务器负载的变化，同时通过仿真，为一个小公司选择一个最佳的网络拓扑结构。
关键词：OPNET：星型网络：仿真：网络延迟

0 引言
    网络仿真是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获取特定的网络特性参数的技术。在人们建立新的网络协议或通信标准等的时候，要想知道它们对网络性能如吞吐量、网络延迟等的影响，都离不开网络仿真。目前网络仿真技术已经逐渐成为网络规划、设计和开发中的主流技术。在当今的信息技术飞速发展的时代，人们对网络通信的需求也不断提高。随着网络的规模越来越多，网络的复杂度不断变大，网络的性能也变得愈加难测，因而对仿真软件的要求也越来越高。目前常用的网络仿真软件种类比较丰富，主要有Berkeley NS、OMNeT++、SSFNET、OPNET等。OPNET是——个强大的面向对象的通信网络仿真环境，现在已经受到越来越多研究人员的青睐。文中通过OPNET仿真来分析一个小型的星型网络在通过一个路由器外加一个星型网络的情况下，整个网络的延迟和服务器负载的变化，同时由仿真结果分析对于一个有着固定主机数的小公司，应该使用那种拓扑结构。

1 星型网络拓扑和OPNET仿真软件
    星型网络拓扑结构中各个计算机使用各自的线缆连接到网络中，如果一个站点出现问题，不会影响整个网络的运行。该结构易于维护，通过交换电缆和工作站的简单方法可以很容易地确定网络故障点。整个网络不会因一个站点的故障而受影响，网络节点增减方便，是现在最常用的网络拓扑结构。
    OPNET是一种基于离散事件的网络仿真软件，它采用分层建模方式，它分为进程建模、节点建模和网络建模三层。进程建模模拟单个对象的行为，使用有限状态机进行建模；节点建模是通过使用不同的模块来描述节点对象的不同行为，展示网络设备和系统的体系结构；网络建模是在节点建模阶段完成后的行为，它负责把节点建模中建立起来的设备互联成网络，编辑网络的拓扑结构。
    OPNET仿真软件的主要特点包括：采用面向对象的技术；基于事件的有限状态机建模；无线嵌套的网络模型；提供详细的基本模型库；离散事件驱动的模拟机理；高效的仿真引擎；提供多种业务模型；完全开放的系统；集成的交互式调试工具；丰富的统计和集成分析功能。

2 网络仿真及结果分析
    假设一个实验室内有三十台主机，该实验室内拥有一个星型网络拓扑结构，由于增加了一个实验室(15台主机)，在增加的实验室中同样是一个星星拓扑结构，通过路由器把两个网络连接起来，根据仿真结果分析在增加额外负载的情况下是否会严重影响网络性能。两种网络拓扑结构如下图所示：

    在图1中，使用了一个交换机，外围节点代表实验室的三十台主机，图2中通过一个路由器把两个实验室的网络连接在了一起。在这两个网络中选择的交换器为3C—SSII一1100—3300—4s—ae52一e48一ge3，路由器为Cisco2514，链路选择的是10BaseT无屏蔽双绞线。
    选择仿真统计量为服务器负载和网络延迟，仿真时间为0．5h，种子数为128，仿真结果如下：

    图中红色曲线代表未扩展的网络，蓝色代表扩展后的网络。由仿真结果可以看出，在增加外围网络的的情况下，网络的负载的变化仍然比较平稳，并未出现单调递增的趋势，所以扩展后的网络仍然可以稳定运行，再由图4可以看出，尽管扩展后网络的负载增加了，但是网络延迟并没有发生明显的变化，最终都在0．004s左右。

    下面分析另一种情况，假设一个公司有有两间办公室，一间内有主机三十台，一间内有主机十五台，其中一种拓扑结构如图2所示，下面还有一种拓扑结构，如图5所示：

    和图2相比，该拓扑结构中只用了一个交换机，没有使用路由器，通过仿真比较这两种拓扑的统计量结果如下图所示：

    由显示结果可以看出，两种拓扑结构都能使网络稳定运行，它们的负载大致是相同的，网络延迟也大致相同。从仿真结果可以看出，两种拓扑结构对网络的影响大致上是相同的，所以在给一个小公司配置网络结构时，两种结构似乎可以任意选择。但是，在当今的世界上，我们做任何事情都讲究简单节省、经济实惠。所以从经济的角度上来说，我们应该选择图5的拓扑结构，因为在该结构下，不仅保证了网络的性能没有降低，而且节省了一个路由器、一个交换机以及若干双绞线的费用开销。

3 总结
    文中描述了0PNET仿真软件的建模机制和仿真特点，并通过仿真分析了一个星型网络在增加相应的网络的情况下，网络性能的变化，结果显示，网络仍然可以稳定运行。同时通过网络仿真为一个小型公司选择了一个最佳的经济实惠的网络拓扑结构。