OPNET在网络仿真中的实验综述

张瑜　张欣　郭广楠

摘 要 计算机网络技术教学中，由于网络原理抽象、网络规模庞大、网络业务复杂等因素，使得很多实验无法在真实网络环境中实施。提出在计算机网络教学中利用OPNET设计仿真实例，通过建模仿真、分析结果、网络评估、测试优化等过程使理论教学更好地与实践相结合，从而提高网络教学效果。

关键词 OPNET 网络仿真 协议 流量

中图分类号：TP391 文献标识码：A

当今业界使用的计算机网络仿真软件主要有OPNET和NS2，NS2由于是源代码开放，很受科研人员的欢迎，但由于其运行环境是LINUX，且其图形界面也过于简单因此不太适合于在教学环境中使用。而OPNET则支持在Windows环境下运行，且其图形界面非常丰富，可以为网络规划和设计提供客观、可靠的定量依据，可以构建接近真实的网络环境和业务，测试网络产品性能指标。而且OPNET具有：网络模型、节点模型、进程模型三层建模机制；丰富的模型库；综合统计量收集和分析工具等特点可以很好地完成網络实践中各种难以实现的实验项目。使用OPNET可以使各种抽象的问题变得更加直观，易于接受。使网络知识的理解和掌握变得更加容易，从而激发学生的学习积极性和学习兴趣。通过OPNET建模并搭建各种不同参数的网络仿真平台，可以全面理解各种网络协议的性能。利用OPNET节点编辑器、进程编辑器不仅可以学习各种网络协议的工作原理及其工作过程，还可以自行研究和设计网络协议，从而加深相关知识的理解。利用OPNET提供的仿真结果及分析报告功能，可以为网络优化提供依据。仿真报告直观地显示网络性能参数可以通过这些参数提出设计和优化方案，再结合OPNET支持的VC联合调试功能快速地验证仿真实验结果和仿真中存在的问题，从而拓宽实验项目；设计和优化各种新的网络协议并比较不同设计方案的性能，从而激发学生的学习主动性和创造能力。下面就介绍几种OPNET在网络技术仿真实验中的运用。

局域网的仿真分析：构建局域网关键的因素是其流量和延迟时间的分析，这一点非常难于掌握，这个问题可通过OPNET加以解决。首先利用OPNET提供的图形界面构建相应的局域网，然后运行仿真并提取统计量，最后通过图形界面显示其流量和延迟时间，对局域网的流量和延迟时间有一个直观的认识。可进一步通过图形方式增加路由器和其它的局域网，再次运行仿真，提取相应的流量和延迟时间，并通过图形方式和原局域网的流量和延迟时间相比较，掌握局域网的规模对流量和延迟时间的影响，可起到事半功倍的效果。

传输层的滑动窗口算法的仿真分析：滑动窗口算法在计算机网络中，不仅用在链路层的流量控制，而且也用在传输层的流量控制，因此非常重要。但由于其内容过于抽象学生很难确切地掌握该算法，这个问题可通过OPNET加以解决。首先利用OPNET提供的图形界面构建两个连接在互联网的局域网，然后设置相应的应用和业务，运行仿真并提取统计量，最后通过图形界面显示滑动窗口大小的变化，对传输层协议如何利用滑动窗口来控制流量有一个直观的认识。

路由信息协议和开放式最短路径优先协议的仿真分析：计算机网络中的网络层的概念非常重要，它负责把数据包从源节点依据某个路由算法传送到目的节点。实现网络层的路由选择算法非常多，这里只选择路由信息协议算法和开放式最短路径优先协议算法加以说明，这可直观地了解在互联网中数据包传递到目的地的方式。首先利用OPNET提供的图形界面构建多种路径相互连接的多个路由器，然后通过选择路由信息协议为路由算法，并运行仿真，得到相应的路由表，使学生掌握路由表的概念。然后选择开放式最短路径优先协议为路由算法，运行仿真，得到直观的路由路径图。并可选择自治区域范围，运行仿真并得到路由路径图，让学生直观地了解在采用自治区域后，开放式最短路径优先算法的路由选择变化。并可在选择路由算法的流量平衡选项后，运行仿真得到路由路径图，使学生直观地掌握选择流量平衡后，开放式最短路径优先算法的路由选择结果。

介质访问控制协议的仿真分析：由于大部分局域网都采用多路复用信道作为相互通信的基础，所以介质访问子层在局域网通信中特别重要，而介质访问控制协议正是为了避免发送站点相互冲突并能有效地利用信道而提出的控制协议。从理论上讲，介质访问控制协议可分为纯ALOHA协议、分隙ALOHA协议、持续和非持续CSMA协议、带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD协议，而CSMA/CD正式被现在广泛应用的以太网采用。这些协议都可以从理论上计算它们的吞吐率，但很难理解这些复杂的数学推理，因为这里牵涉到复杂的概率模型的建立和计算。而利用OPNET就可解决这些问题，只是OPNET在处理这些协议时，需要进入底层模型，即要设计有限状态机模型以及它们之间相互转换的条件，以及必要的C或C++模块，难度超出了本科生所能够接受的范围，留待研究生去学习和掌握，并研究和设计新的介质访问控制协议。总之，这一方面的内容，只需要直观地给同学们展示仿真的结果，对几个不同协议的吞吐率进行效率比较，留下一定的印象。

应用OPNET可以模拟计算机网络技术类课程中的网络协议分析、网络工程规划设计等网络实验，具有面向对象、形象直观等特点，弥补真实环境中无法进行的网络实验缺陷，提高教学质量。同时，网络仿真技术可为优化和扩容现有网络提供定量的分析数据，为新网络的设计进行网络性能预测，定量评估网络设计方案，是一种新兴有效的网络规划和设计技术。