基于OPNET仿真实现网络性能对比研究

耿强++黄雪琴++姜文波++程思宁++陈显军++焦凯

摘要：如今网络基础链路虽然越来越好，但随着国家“互联网+”战略的不断深化实施，网络应用会呈几何级增加，这样部分单位会新建或改建现有网络，如何确保新网络的性能适应各种网络业务是个很实际的问题。文中首先分析各类网络仿真软件特点，着重介绍OPNET的仿真建模要素，同时利用OPNET对改建前后的网络性能进行比较，确定改造效果及仿真意义。

关键词：OPNET ； 网络仿真 ； 网络建模 ； 网络性能

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）26-0037-03

随着“互联网+”概念的不断深入与发展，所建网络的性能能否满足设计需求，单靠软硬件所标注性能参数衡量及工程师经验是不够准确的。因此能在节约设计成本的条件下，对所建设的网络环境进行性能前期预测是很有必要的。

1 网络仿真软件介绍

网络仿真是指在计算机系统中，结合实际网络需求，利用仿真软件构建一个模拟测试平台，可以针对网络通信的数据流、网络各类硬件、网络协议、网络业务等进行设计研究，还可对网络中的带宽、负载、CPU利用率、时延、误码率等性能参数进行分析比对，并依据仿真结果做出直接有效的网络建设决策。

下面针对现有主流网络仿真软件OPNET和NS2进行介绍：

1.1 OPNET介绍

OPNET出自麻省理工学院，在1987年得以商业化。它可以利用其各个功能仿真模块，模拟诸如以太网、无线网络、卫星通信网、物联网等各类网络环境的通信，并针对网络模型中的任意设备或位置设置监视点，采集该点仿真数据，并加以分析，最终以图形化的方式展现输出，供网络规划人员参照使用。该仿真软件主要支持的网络设备厂家有HP、Cisco、3Com等。同时也可在Windows环境下使用C/C++语言来控制有限状态机的逻辑状态和转移细节，实现自定义建模。

1.2 NS2介绍

NS2是一种开源仿真软件，可以通过C++语言编写的协议函数以及OTCL编写的配置文件，来实现针对各种网络环境下的网络协议进行模拟或修改，从而实现网络模型仿真。

1.3 上述二者对比

在现有针对网络仿真的各类软件中，NS2和OPNET是应用较为广泛的两种。二者区别主要有以下几点：

1）针对安装和使用时的系统环境而言，OPNET适配于Windows系统场合，而NS2更匹配于Linux的开发环境；

2）OPNET是商用软件，因而开发界面和操作方式更加友好，功能上面也更加全面，但对于复杂的节点设计不如NS2灵活。但NS2从新手学习来说更加复杂；

3）NS2是免费开源软件，这是与OPNET相比最大的优势。另外NS2对于节点数较多的场景仿真较为占用系统资源。

2 OPNET的重要结构

OPNET软件包主要由ITDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三个模块组成。这里重点介绍一下Molder模块，它既有仿真分析功能，还可以针对不同的网络层次建立自定义的通信协议。

OPNET Modeler主要由针对网络拓扑结构进行编辑的网络编辑器、用于对涉及的网络模型节点进行数据流编辑的节点编辑器、用于控制节点间事件触发控制流的进程编辑器、用于创建用户自定义的各类数据包的包格式编辑器、用于搜集仿真结果的探针编辑器这五部分构成。上述五个部分在整个网络仿真环节中，按照顺序逐一执行，从而得到理想的仿真结果。

3 网络改建前后性能仿真

单位原有一个以星型结构布局的有15个用户节点的局域网，并且所有用户共享一台服务器资源。现增加一个接入交换机，并在新增加的交换机上以星型拓扑接入有6个新用户节点，同时也能直接访问原有服务器资源。考虑以前服务器的硬件配置可能性能不足的情况，假设改建后所有21个用户同时访问服务器，整个办公网会不会出现访问失败或延迟太大的问题？基于此考虑使用OPNET进行网络仿真，以确保改造后的网络性能能够满足业务需求。

结合OPNET网络仿真的一般步骤，进行了以下仿真操作：

1）根据上述需求及问题，明确要仿真的对象和待解决的问题。这里新建一个名为“HKC”的工程，场景名为“Existing Network”；

2）结合仿真目的，利用OPNET软件进行仿真建模。其中包括设置网络拓扑结构、网络的范围、网络传输介质、网络连接核心硬件、网络业务模型等。可使用“快速拓扑配置工具”实现原有网络参数配置。

3）完成基本拓扑模型设置后，可以进行相关结果搜集的准备工作。如CPU占用率、负载、流量、延时等等。为了更加准确的自定义搜集网络相关参数，也可以打开如图1和图2所示关于服务器节点的模型编辑器和进程模型编辑器，在进程模型编辑器中，点击INIT进程上部或下部，可对该节点进行入口或出口代码的按需编程。

4）建立完网络模型并设置好将要采集的状态后，现在可以选择收集哪些参数值。在服务器节点上单击右键，从弹出的菜单中选择Choose Individual Statistics，选择监视服务器的CPU占用率和负载，另外右键点击网络编辑器工作空间，监视整个网络延迟情况。

5）完成上述操作后，即可进行仿真测试。可以设置仿真执行时长为“0.5 hours”，即30分钟，点击执行按钮后，仿真开始运行，直到提示仿真完成。此时可以在项目编辑器中点击鼠标右键，选择菜单中的“View Results”来查看结果。

在仿真结果中，可以看到刚才设置的监视点捕获的所有性能参数结果集。但现在为了能够掌握改建后网络的参数变化，需要对现有的网络拓扑结构以及相关设备进行修改，以适应新的网络规划。这里通过在OPNET的Scenarios菜单中选择Duplicate Scenario（复制场景），实现保留原场景，并复制出一个供修改的新场景“New Network”。可以在新场景中添加新的网络拓扑，如图3所示。

6）针对改建后新的网络场景，再次配置仿真参数并进行仿真，观察对比结果，可以对该项目下两种不同场景的仿真结果进行比较。

图4是针对整个系统的访问延迟进行的对比。可见延迟由原来的0.006秒变化为最大0.008秒，但此种变化对于用户体验来说，几乎可以忽略不计；图5中第1个和第2个小图所示，可见服务器的CPU利用率维持在0.002%左右，几乎没有剧烈变化，可见新增网络节点对服务器CPU资源占用影响不大；再看图5中第3个和第4个小图，服务器的负载均稳定在2000 bits/s附近的状态，二者变化不大，可见新增网络节点对服务器的负载影响不大；综上可知，此次的网络改建，对于服务器和整个网络的性能来说，所带来的影响完全在用户可接受的范围之内，可以进行实际改建。

4 结束语

由上述可知，在互联网不断发展的今天，各项网络业务要求不断变化提升，对于新建和改建的网络所面临的网络技术选型、拓扑规划、设备选择、网络应用部署等实际问题，利用OPNET的网络仿真均可以提供可靠的网络模型和性能定量参考依据，据此也可以提出性价比最优的解决方案。

参考文献：

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