OPNET網(wǎng)絡仿真--包交換

1、一、實驗目的1.學習熟悉使用OPNET仿真軟件，實現(xiàn)對網(wǎng)絡場景的仿真。學習并掌握包交換有線網(wǎng)絡的基本知識。2.數(shù)據(jù)包建模。學習并掌握數(shù)據(jù)包建模的基本方法和技能。3.有線鏈路建模。學習并掌握有線鏈路建模的基本方法和技能。4.中心交換節(jié)點建模學習并掌握中心交換節(jié)點建模的基本方法和技能。包括hub進程建模和包流的連接。5.周邊節(jié)點建模學習并掌握周邊節(jié)點建模的基本方法和技能，包括： src進程建模； sink進程建模； proc進程建模；包流的連接。6.網(wǎng)絡建模。學習并掌握包交換有線網(wǎng)絡建模的基本方法技能。7.配置參數(shù)、運行和調(diào)試仿真學習并掌握收集統(tǒng)計量、配置參數(shù)、運行和調(diào)試仿真的基本方法和技能。8.

2、仿真結果分析。學習并掌握仿真結果分析的基本方法和技能。二、實驗過程專題1：實現(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。這時打開包格式編輯器。 （2）單擊Create New Field 工具按鈕，然后將光標移到編輯窗口中，單擊鼠標左鍵，接著單擊右鍵。這時一個新的包域出現(xiàn)在編輯窗口中。設置包域的屬性，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，打開鏈路模型編輯器。 （2）找到鏈路類型支持屬性框，設置支持的包格式，除了

3、ptdup 外的鏈路類型對應的Supported屬性設置為no，表明該鏈路只支持點對點雙工連接。 （3）在packet formats 屬性右邊對應的Initial Value 欄中單擊鼠標左鍵。“Supports All Packet Formats”和“Supports Unformatted Packets”復選框取消，同時將新增加包設置為Support。圖2.鏈路模型定義3、創(chuàng)建中心節(jié)點定義節(jié)點模型，中心交換節(jié)點：四對發(fā)信機和收信機（每對收發(fā)信機對應一個周邊節(jié)點），一個中心交換處理進程（按地址轉(zhuǎn)交包）。（1）從File 菜單列表中選擇Node Model，打開節(jié)點模型編輯器。 （2）在

4、編輯窗口中放置一個進程模塊，四個點對點發(fā)信機，和四個點對點收信機。圖3.中心進行模型定義（3）給每個對象命名，并用包流將每個收信機和發(fā)信機和hub 相連。查看包流的連接情況。圖4.包流連接 （4）在收信機或收發(fā)信機模塊上選擇 Edit Attributes ，設置參數(shù)。圖5.屬性設置（5）創(chuàng)建hub 進程模型 ，從File 菜單列表中選擇Process Model， 這時打開進程模型編輯器。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)點創(chuàng)建周邊節(jié)點模型，當周邊節(jié)點生成一個包時，它必須給這個包指定一個目的地址，然后將它發(fā)往中心節(jié)點。如果

5、周邊節(jié)點接收到一個包時，它必須計算該包的端對端延時。因此周邊節(jié)點必須包括一個業(yè)務生成模塊、一個進程模塊和一對點對點收發(fā)信機來完成這些任務。創(chuàng)建周邊節(jié)點模型和創(chuàng)建中心節(jié)點模型過程類似，不做詳述。5、構建網(wǎng)絡 現(xiàn)在已建好了底層的節(jié)點、進程和鏈路模型，依據(jù)層次化建模的思想，現(xiàn)在可以構建網(wǎng)絡模型了。（1）從OPNET Modeler 主窗口中的File 菜單列表中選擇Project，命名Scenario，創(chuàng)建一個對象模板。圖7.對象模板（2）放置節(jié)點，依據(jù)網(wǎng)絡拓撲放置節(jié)點，并連接節(jié)點，驗證連接。圖8.連接驗證（3）設置節(jié)點屬性。6、運行仿真現(xiàn)在已建好網(wǎng)絡，設置參數(shù)，運行仿真。圖9.統(tǒng)計量參數(shù)設置圖10

6、.配置參數(shù)設置三、實驗結果1. 基本實驗（專題1：包交換）（1） 仿真場景中心節(jié)點：1個，周邊節(jié)點：4個。網(wǎng)絡場景如下：圖11.基本實驗場景（2） 節(jié)點模型 圖12.Hub節(jié)點模型 圖13.周邊節(jié)點模型（3） 進程模型 圖14.Hub進程模型 圖15.周邊節(jié)點進程模型（4） 仿真結果及分析1、時延統(tǒng)計圖16.時延（間隔4s與間隔40s發(fā)包）圖17.平均時延（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寬帶利用率對比（間隔4s與間隔40s發(fā)包）圖20.hub<->node0疊加對比（

7、間隔4s與間隔40s發(fā)包）結果分析：圖16和圖17是包的產(chǎn)生時間間隔分別為4秒和40秒時的端對端延時比較圖。其中，縱坐標為端對端延時，橫坐標為時間。可以看出，包產(chǎn)生時間間隔為4秒時的端對端延時始終高于包產(chǎn)生時間間隔為40秒時的端對端延時；在平均時延方面，兩者相差不大。這是符合實際情況的。圖18、19和圖20是包的產(chǎn)生時間間隔分別為4秒和40秒時的鏈路帶寬利用率比較圖。其中，縱坐標為鏈路利用率，橫坐標為時間?？梢钥闯?，在經(jīng)過一定時間的初始狀態(tài)的振蕩之后，兩組仿真都逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)，包產(chǎn)生時間間隔為4秒時的鏈路利用率始終高于包產(chǎn)生時間間隔為40秒時的鏈路利用率。原因是間隔4秒包產(chǎn)生量高于間隔40秒

8、，因此占有帶寬的時間較多，因此鏈路利用率增加，這一仿真結果也符合時間情況。2. 改進實驗（1） 改進內(nèi)容a、 增加節(jié)點數(shù)量在改進實驗中，增加了周邊節(jié)點的數(shù)量，同時在場景四中增加了子網(wǎng)數(shù)目，使得交換網(wǎng)絡數(shù)目為2，交換節(jié)點數(shù)目為2。另外，在改進實驗中，修改了交換節(jié)點的節(jié)點模型及進程模型。場景截圖如下： 圖21.擴展場景2 圖22.擴展場景3圖23.擴展場景4 圖24.擴展場景4 （分別對應的兩個子網(wǎng)）其中四個場景下對應的中心交換模型： 圖25.擴展場景2（中心交換模型） 圖26.擴展場景3（中心交換模型）圖27.擴展場景4（中心交換模型）b、 增加統(tǒng)計量圖28.增加統(tǒng)計量（示圖一）圖29.增加統(tǒng)計

9、量（示圖二）圖30.增加統(tǒng)計量（頭文件模塊）圖31.增加統(tǒng)計量（函數(shù)部分代碼）圖32.增加統(tǒng)計量（初始狀態(tài)代碼）c、 修改包格式圖33.修改后包格式（2） 仿真結果及分析圖34.四個場景運行對比（發(fā)包間隔4秒）圖35.時延結果對比（四個場景下發(fā)包間隔均為4秒）圖36.發(fā)包數(shù)目對比（四個場景下發(fā)包間隔均為4秒）圖37.接收包數(shù)目對比（四個場景下發(fā)包間隔均為4秒）圖38.node0<->hub0的鏈路利用率對比（四個場景下發(fā)包間隔均為4秒）結果分析：圖35是四個場景下的時延結果對比，其中包括三個擴展場景2、3、4和初始場景。仿真的參數(shù)設置中包的產(chǎn)生時間間隔分別為8秒。其中橫坐標為仿真時間，縱坐標為網(wǎng)絡時延。從圖形中我們可以看出，隨著網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目的不斷增加，網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，網(wǎng)絡的負載增加，網(wǎng)絡的時延在不斷增加，如圖示場景3和場景2的時延要大于基本場景，而兩個子網(wǎng)組成的場景4其時延又遠遠大于其他三個場景，這與實際情況是相符的。圖36和37是網(wǎng)絡發(fā)送和接受包數(shù)目的對比，隨著仿真時間的增加，網(wǎng)絡發(fā)包和收包數(shù)目呈增長趨勢，而隨著吧不同網(wǎng)絡場景下節(jié)點數(shù)目的增加，網(wǎng)絡的發(fā)包和收包數(shù)目也不斷增加，場景4依次大于3、2場景；同時經(jīng)過估算，其顯示的結果與實際發(fā)包數(shù)相同，符合實際。圖38為不同網(wǎng)絡場景下的n