基于OPNET Modeler的公司局域網(wǎng)仿真與分析

孫 巍，張 博，郭鵬星

（渤海大學(xué)，遼寧錦州121000）

0 引 言

最近幾年，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，各個(gè)公司對(duì)于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求不斷加大。如何使公司網(wǎng)絡(luò)達(dá)到應(yīng)有的效果是每個(gè)公司首先考慮的問(wèn)題。各個(gè)公司有不同的部門(mén)，每個(gè)部門(mén)的職責(zé)不同，對(duì)業(yè)務(wù)的需要不同，因此公司網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備性能的要求也比較高，鏈路速度要快。為了滿(mǎn)足公司的需求，要對(duì)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新的規(guī)劃和開(kāi)發(fā)。利用數(shù)學(xué)建模和統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)模擬網(wǎng)絡(luò)的仿真技術(shù)，以其特有的獲取特定網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的方法被越來(lái)越多的人所關(guān)注［1］。作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)模擬和設(shè)計(jì)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)仿真通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及協(xié)議模型等，模擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，從而完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)或優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試［2］。它會(huì)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中提供科學(xué)決策的依據(jù)，減少投資風(fēng)險(xiǎn)，使網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更加安全［3］。而建設(shè)一個(gè)基于多業(yè)務(wù)、復(fù)雜的公司網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，投資是巨大的，因此，對(duì)公司網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，預(yù)先對(duì)公司網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真、模擬，可以降低投資風(fēng)險(xiǎn)，減少不必要的投資浪費(fèi)。本文利用OPNET Modeler仿真軟件，通過(guò)對(duì)一個(gè)小型公司網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立模型，對(duì)它的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)進(jìn)行收集、分析和研究，觀察不同參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)性能、縮短網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)周期的目的，更有利于降低公司的投資開(kāi)銷(xiāo)。

1 OPNET簡(jiǎn)介及技術(shù)特點(diǎn)

1986年，麻省理工大學(xué)兩位博士創(chuàng)建了OPNET，他們發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模擬具有很大價(jià)值，并在1987年建立了新型商業(yè)化的OPNET［4］。在OPNET的各個(gè)產(chǎn)品中，Modeler幾乎可以將其它產(chǎn)品的所有功能都包含其中，并且針對(duì)領(lǐng)域的不同展現(xiàn)出不一樣的用途。

（1）對(duì)于不同企業(yè)網(wǎng)的模擬，Modeler將會(huì)調(diào)用建立好的模型組網(wǎng)［5］。在某些業(yè)務(wù)不能達(dá)到企業(yè)所需服務(wù)質(zhì)量的情況下，如網(wǎng)上交易業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間慢于正常等情況，Modeler將會(huì)對(duì)捕捉到的重要流量、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，從服務(wù)器、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)三方面找出遇到的瓶頸［6］。

（2）對(duì)于比企業(yè)網(wǎng)更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模擬，如運(yùn)營(yíng)商（ISP）網(wǎng)的模擬，Modeler將會(huì)把焦點(diǎn)放在整個(gè)業(yè)務(wù)層的模擬以及流量的模擬，使運(yùn)營(yíng)商可以更快更有效地查出在業(yè)務(wù)配置中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤，例如某些服務(wù)器沒(méi)有配置好，容易遭到黑客襲擊等情形［4］。

（3）根據(jù)不同用戶(hù)的需求進(jìn)行研發(fā)，Modeler為用戶(hù)提供一個(gè)相對(duì)開(kāi)放的研發(fā)環(huán)境，以便用戶(hù)可以建立便于自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和配備，通過(guò)具體的細(xì)節(jié)將其確定并模擬出來(lái)。

2 局域網(wǎng)概述

所謂局域網(wǎng)，是指在一定地理范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)庫(kù)和各種計(jì)算機(jī)外置設(shè)備互相聯(lián)接起來(lái)組成的一種計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)［7］，簡(jiǎn)稱(chēng)LAN。不同局域網(wǎng)有很多不一樣的分類(lèi)方法，如按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)、按照傳輸介質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)、按照介質(zhì)訪問(wèn)控制方法進(jìn)行分類(lèi)等［9］。

（1）按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)：可以將局域網(wǎng)分成星型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)等。

（2）按傳輸介質(zhì)分類(lèi)：可分為雙絞線(xiàn)、光纜、細(xì)同軸電纜等。

（3）按照介質(zhì)訪問(wèn)控制方法進(jìn)行分類(lèi)：可以把局域網(wǎng)分為令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)等。

（4）按網(wǎng)絡(luò)使用的技術(shù)分類(lèi)：可分為ATM網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)等。

圖1 某公司小型局域網(wǎng)的HTTP及Email應(yīng)用仿真圖形

3 局域網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x

對(duì)一個(gè)小型的公司網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真結(jié)果及時(shí)了解公司局域網(wǎng)的性能，這種實(shí)驗(yàn)對(duì)提高網(wǎng)速，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，克服網(wǎng)絡(luò)瓶頸等具有非常重要的意義。然而對(duì)公司局域網(wǎng)的評(píng)估還需要有一定的衡量標(biāo)準(zhǔn)和方法，一個(gè)公司的網(wǎng)絡(luò)性能是否穩(wěn)定關(guān)系到整個(gè)公司的發(fā)展，因此了解公司網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)非常重要。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及步驟

針對(duì)某公司小型局域網(wǎng)的HTTP及Email應(yīng)用進(jìn)行建模與仿真，設(shè)計(jì)及步驟如下：

第一步對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃：本實(shí)例設(shè)計(jì)一個(gè)公司有四個(gè)部門(mén)，并且利用局域網(wǎng)模型模擬一個(gè)服務(wù)器和多個(gè)主機(jī)的行為并構(gòu)造子網(wǎng)。

第二步配置業(yè)務(wù)：分別對(duì)四個(gè)部門(mén)進(jìn)行業(yè)務(wù)的配置。

第三步收集統(tǒng)計(jì)變量并進(jìn)行仿真。

第四步查看仿真結(jié)果：查看多種仿真數(shù)據(jù)如HTTP頁(yè)面響應(yīng)時(shí)間曲線(xiàn)，DB Entry的通道數(shù)據(jù)包接收時(shí)間和發(fā)送時(shí)間，Email的下載響應(yīng)時(shí)間，Print接收時(shí)間。

從圖1（a）可以看出：當(dāng)距離很短時(shí)，HTTP應(yīng)用的頁(yè)面響應(yīng)時(shí)間比較短，響應(yīng)時(shí)間約為0.009 s；當(dāng)距離超過(guò)10 m之后，其響應(yīng)時(shí)間趨于穩(wěn)定，平均響應(yīng)時(shí)間為0.018 s；

從圖1（b）可以看出：DB Entry的數(shù)據(jù)接收時(shí)間和發(fā)送時(shí)間是一致的，其平均時(shí)間為0.60 s；

從圖1（c）可以看出：Email的下載響應(yīng)平均時(shí)間逐漸下降，最后穩(wěn)定為0.0050 s；

從圖1（d）可以看出：Email接收數(shù)據(jù)時(shí)間在一定區(qū)間內(nèi)上下波動(dòng)，最終平均時(shí)間穩(wěn)定在0.12 s。

4 結(jié) 論

對(duì)一個(gè)公司的小型網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，通過(guò)仿真獲得該公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)，并且從這些參數(shù)中可以看出不同的通信距離對(duì)公司網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

（1）HTTP應(yīng)用的頁(yè)面響應(yīng)時(shí)間跟距離有關(guān)，在一定的范圍內(nèi)，距離越遠(yuǎn)，響應(yīng)所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。

（2）Email的下載響應(yīng)平均時(shí)間是逐漸下降直至最后穩(wěn)定，因此在對(duì)一個(gè)公司的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布線(xiàn)或其他設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮空間距離的合理性。

綜上所述，通過(guò)OPNET仿真得到的數(shù)據(jù)可以對(duì)公司的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而得到最好的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

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