OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真--包交換

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)熟悉使用OPNET仿真軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的仿真。學(xué)習(xí)并掌握包交換有線網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)。2.數(shù)據(jù)包建模。學(xué)習(xí)并掌握數(shù)據(jù)包建模的基本方法和技能。3.有線鏈路建模。學(xué)習(xí)并掌握有線鏈路建模的基本方法和技能。4.中心交換節(jié)點(diǎn)建模學(xué)習(xí)并掌握中心交換節(jié)點(diǎn)建模的基本方法和技能。包括hub進(jìn)程建模和包流的連接。5.周邊節(jié)點(diǎn)建模學(xué)習(xí)并掌握周邊節(jié)點(diǎn)建模的基本方法和技能，包括： src進(jìn)程建模； sink進(jìn)程建模； proc進(jìn)程建模；包流的連接。6.網(wǎng)絡(luò)建模。學(xué)習(xí)并掌握包交換有線網(wǎng)絡(luò)建模的基本方法技能。7.配置參數(shù)、運(yùn)行和調(diào)試仿真學(xué)習(xí)并掌握收集統(tǒng)計(jì)量、配置參數(shù)、運(yùn)行和調(diào)試仿真的基本方法和技能。8.

2、仿真結(jié)果分析。學(xué)習(xí)并掌握仿真結(jié)果分析的基本方法和技能。二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程專(zhuān)題1：實(shí)現(xiàn)包交換1、定義包格式 （1）從File 菜單列表中選擇Packet Format，單擊OK 按鈕。這時(shí)打開(kāi)包格式編輯器。 （2）單擊Create New Field 工具按鈕，然后將光標(biāo)移到編輯窗口中，單擊鼠標(biāo)左鍵，接著單擊右鍵。這時(shí)一個(gè)新的包域出現(xiàn)在編輯窗口中。設(shè)置包域的屬性，定義好的包域名稱和大小。 圖1.包格式定義 （3）從File 菜單中選擇 Save，命名包格式。 2、定義鏈路模型（1）從File 菜單列表中選擇Link Model，打開(kāi)鏈路模型編輯器。 （2）找到鏈路類(lèi)型支持屬性框，設(shè)置支持的包格式，除了

3、ptdup 外的鏈路類(lèi)型對(duì)應(yīng)的Supported屬性設(shè)置為no，表明該鏈路只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙工連接。 （3）在packet formats 屬性右邊對(duì)應(yīng)的Initial Value 欄中單擊鼠標(biāo)左鍵?！癝upports All Packet Formats”和“Supports Unformatted Packets”復(fù)選框取消，同時(shí)將新增加包設(shè)置為Support。圖2.鏈路模型定義3、創(chuàng)建中心節(jié)點(diǎn)定義節(jié)點(diǎn)模型，中心交換節(jié)點(diǎn)：四對(duì)發(fā)信機(jī)和收信機(jī)（每對(duì)收發(fā)信機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)周邊節(jié)點(diǎn)），一個(gè)中心交換處理進(jìn)程（按地址轉(zhuǎn)交包）。（1）從File 菜單列表中選擇Node Model，打開(kāi)節(jié)點(diǎn)模型編輯器。 （2）在

4、編輯窗口中放置一個(gè)進(jìn)程模塊，四個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)信機(jī)，和四個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)收信機(jī)。圖3.中心進(jìn)行模型定義（3）給每個(gè)對(duì)象命名，并用包流將每個(gè)收信機(jī)和發(fā)信機(jī)和hub 相連。查看包流的連接情況。圖4.包流連接 （4）在收信機(jī)或收發(fā)信機(jī)模塊上選擇 Edit Attributes ，設(shè)置參數(shù)。圖5.屬性設(shè)置（5）創(chuàng)建hub 進(jìn)程模型 ，從File 菜單列表中選擇Process Model， 這時(shí)打開(kāi)進(jìn)程模型編輯器。創(chuàng)建idle狀態(tài) ，建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移。（6）編輯函數(shù)塊按鈕，輸入代碼，完成編輯。圖6.代碼編輯4、創(chuàng)建外圍節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建周邊節(jié)點(diǎn)模型，當(dāng)周邊節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)包時(shí)，它必須給這個(gè)包指定一個(gè)目的地址，然后將它發(fā)往中心節(jié)點(diǎn)。如果

5、周邊節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)包時(shí)，它必須計(jì)算該包的端對(duì)端延時(shí)。因此周邊節(jié)點(diǎn)必須包括一個(gè)業(yè)務(wù)生成模塊、一個(gè)進(jìn)程模塊和一對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)收發(fā)信機(jī)來(lái)完成這些任務(wù)。創(chuàng)建周邊節(jié)點(diǎn)模型和創(chuàng)建中心節(jié)點(diǎn)模型過(guò)程類(lèi)似，不做詳述。5、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)在已建好了底層的節(jié)點(diǎn)、進(jìn)程和鏈路模型，依據(jù)層次化建模的思想，現(xiàn)在可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型了。（1）從OPNET Modeler 主窗口中的File 菜單列表中選擇Project，命名Scenario，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象模板。圖7.對(duì)象模板（2）放置節(jié)點(diǎn)，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞胖霉?jié)點(diǎn)，并連接節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證連接。圖8.連接驗(yàn)證（3）設(shè)置節(jié)點(diǎn)屬性。6、運(yùn)行仿真現(xiàn)在已建好網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置參數(shù)，運(yùn)行仿真。圖9.統(tǒng)計(jì)量參數(shù)設(shè)置圖10

6、.配置參數(shù)設(shè)置三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 基本實(shí)驗(yàn)（專(zhuān)題1：包交換）（1） 仿真場(chǎng)景中心節(jié)點(diǎn)：1個(gè)，周邊節(jié)點(diǎn)：4個(gè)。網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景如下：圖11.基本實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（2） 節(jié)點(diǎn)模型 圖12.Hub節(jié)點(diǎn)模型 圖13.周邊節(jié)點(diǎn)模型（3） 進(jìn)程模型 圖14.Hub進(jìn)程模型 圖15.周邊節(jié)點(diǎn)進(jìn)程模型（4） 仿真結(jié)果及分析1、時(shí)延統(tǒng)計(jì)圖16.時(shí)延（間隔4s與間隔40s發(fā)包）圖17.平均時(shí)延（間隔4s與間隔40s發(fā)包）2、帶寬利用率圖18.hub->node0寬帶利用率（間隔4s與間隔40s發(fā)包）圖19.hub<-node0寬帶利用率對(duì)比（間隔4s與間隔40s發(fā)包）圖20.hub<->node0疊加對(duì)比（

7、間隔4s與間隔40s發(fā)包）結(jié)果分析：圖16和圖17是包的產(chǎn)生時(shí)間間隔分別為4秒和40秒時(shí)的端對(duì)端延時(shí)比較圖。其中，縱坐標(biāo)為端對(duì)端延時(shí)，橫坐標(biāo)為時(shí)間?？梢钥闯觯a(chǎn)生時(shí)間間隔為4秒時(shí)的端對(duì)端延時(shí)始終高于包產(chǎn)生時(shí)間間隔為40秒時(shí)的端對(duì)端延時(shí)；在平均時(shí)延方面，兩者相差不大。這是符合實(shí)際情況的。圖18、19和圖20是包的產(chǎn)生時(shí)間間隔分別為4秒和40秒時(shí)的鏈路帶寬利用率比較圖。其中，縱坐標(biāo)為鏈路利用率，橫坐標(biāo)為時(shí)間?？梢钥闯?，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的初始狀態(tài)的振蕩之后，兩組仿真都逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，包產(chǎn)生時(shí)間間隔為4秒時(shí)的鏈路利用率始終高于包產(chǎn)生時(shí)間間隔為40秒時(shí)的鏈路利用率。原因是間隔4秒包產(chǎn)生量高于間隔40秒

8、，因此占有帶寬的時(shí)間較多，因此鏈路利用率增加，這一仿真結(jié)果也符合時(shí)間情況。2. 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)（1） 改進(jìn)內(nèi)容a、 增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中，增加了周邊節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，同時(shí)在場(chǎng)景四中增加了子網(wǎng)數(shù)目，使得交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)目為2，交換節(jié)點(diǎn)數(shù)目為2。另外，在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中，修改了交換節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)模型及進(jìn)程模型。場(chǎng)景截圖如下： 圖21.擴(kuò)展場(chǎng)景2 圖22.擴(kuò)展場(chǎng)景3圖23.擴(kuò)展場(chǎng)景4 圖24.擴(kuò)展場(chǎng)景4 （分別對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子網(wǎng)）其中四個(gè)場(chǎng)景下對(duì)應(yīng)的中心交換模型： 圖25.擴(kuò)展場(chǎng)景2（中心交換模型） 圖26.擴(kuò)展場(chǎng)景3（中心交換模型）圖27.擴(kuò)展場(chǎng)景4（中心交換模型）b、 增加統(tǒng)計(jì)量圖28.增加統(tǒng)計(jì)量（示圖一）圖29.增加統(tǒng)計(jì)

9、量（示圖二）圖30.增加統(tǒng)計(jì)量（頭文件模塊）圖31.增加統(tǒng)計(jì)量（函數(shù)部分代碼）圖32.增加統(tǒng)計(jì)量（初始狀態(tài)代碼）c、 修改包格式圖33.修改后包格式（2） 仿真結(jié)果及分析圖34.四個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行對(duì)比（發(fā)包間隔4秒）圖35.時(shí)延結(jié)果對(duì)比（四個(gè)場(chǎng)景下發(fā)包間隔均為4秒）圖36.發(fā)包數(shù)目對(duì)比（四個(gè)場(chǎng)景下發(fā)包間隔均為4秒）圖37.接收包數(shù)目對(duì)比（四個(gè)場(chǎng)景下發(fā)包間隔均為4秒）圖38.node0<->hub0的鏈路利用率對(duì)比（四個(gè)場(chǎng)景下發(fā)包間隔均為4秒）結(jié)果分析：圖35是四個(gè)場(chǎng)景下的時(shí)延結(jié)果對(duì)比，其中包括三個(gè)擴(kuò)展場(chǎng)景2、3、4和初始場(chǎng)景。仿真的參數(shù)設(shè)置中包的產(chǎn)生時(shí)間間隔分別為8秒。其中橫坐標(biāo)為仿真時(shí)間，縱坐標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。從圖形中我們可以看出，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載增加，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延在不斷增加，如圖示場(chǎng)景3和場(chǎng)景2的時(shí)延要大于基本場(chǎng)景，而兩個(gè)子網(wǎng)組成的場(chǎng)景4其時(shí)延又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他三個(gè)場(chǎng)景，這與實(shí)際情況是相符的。圖36和37是網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接受包數(shù)目的對(duì)比，隨著仿真時(shí)間的增加，網(wǎng)絡(luò)發(fā)包和收包數(shù)目呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而隨著吧不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)包和收包數(shù)目也不斷增加，場(chǎng)景4依次大于3、2場(chǎng)景；同時(shí)經(jīng)過(guò)估算，其顯示的結(jié)果與實(shí)際發(fā)包數(shù)相同，符合實(shí)際。圖38為不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的n