基于OPNET的交换式局域网仿真建模与分析*

李爱平

(西藏民族大学　咸阳　712082)



基于OPNET的交换式局域网仿真建模与分析*

李爱平

(西藏民族大学咸阳712082)

摘要OPNET是计算机网络仿真软件之一,可构建和实际网络完全一致的图形网络模型,并通过运行仿真,可提取任意统计量,结果非常直观。论文通过OPNET仿真软件,搭建相应的交换式局域网网络模型,并收集相应的统计量,主要用来测试交换机和集线器在局域网中怎样连接,才能达到更好的性能。

关键词OPNET; 交换式局域网; 集线器; 交换机

Class NumberTP393

1引言

在普通的商用网络中由于交换机性能高,扩展性强等优势,逐渐成为了以太网互联的主流技术,而集线器技术已经基本不再使用,逐渐淡出市场。但集线器还有传输延时小、响应速度快等特点,对于要求实时性能的系统而言也是一种优势[1]。本文通过OPNET仿真软件,搭建相应的交换式局域网网络模型,并收集相应的统计量,主要用来测试交换机和集线器在局域网中怎样连接,才能达到更好的性能。

2交换式局域网的建模

将网络拓扑结构映射到OPNET中,建立如图1中所示的模型,此场景名称为:4hubandswitch。在此局域网中共由32台主机,4台集线器,1台交换机组成。32台主机被划分为4个子网,每个子网由8台主机组成,并通过10M双绞线连接到相应的集线器,4个集线器也通过10M双绞线连接到交换机。为了比较交换机和集线器在局域网中怎样连接,才能达到更好的性能,把图1中所有的集线器全部换成交换机,从而搭建图2中所示的网络模型,此场景名称为:4switchandswitch1。

图1　用集线器组成的交换式局域网

图2　用交换机组成的交换式局域网

3设置输入参数

在建立好的网络模型中,要对节点0～31进行参数设置。开始时间为5s,On的平均持续时间为100s,Off的平均持续时间为0.1s,包产生间隔时间为0.02s,包分组大小为1500bytes,仿真参数设置如图3所示。

图3　仿真输入参数设置

4设置输出参数

本次仿真选择了“global statistics”全局状态下的网络时延delay,“node statistics”下的网络冲突次数collision count作为输出统计量,这些统计量联合起来,可以大致反映交换式局域网的性能[2]。

5仿真结果发布与分析

设定仿真时间为2min,随机种子为128,运行仿真后,在网络场景空白处单击右键,选择“view results”查看仿真结果[3],其中收集的网络延时的统计量如图4所示。从图4中观察网络延时,可以看到用交换机进行网络互连时的网络延时较小,时间低于0.5ms;而用集线器进行网络互联时,网络延时相对较大,时间在3ms～10ms之间。

图4　网络延时

其原因在于集线器和交换机的工作原理不一样。集线器所形成的网络是一个共享介质的局域网,所以当上下行一同传输数据时信号容易出现碰撞现象,形成网络阻塞[4～5],图5为收集到的节点冲突次数统计量。从图中可以看出,用集线器进行网络互联时,节点产生的冲突次数较多,所以它不具备单独应用于大型网络中的能力。

图5　节点冲突次数

交换机采用的工作方式是独享带宽,它根据MAC地址寻址,通过站表中的地址选择路由,完成信号由设备入口到出口的转发,所以传输数据时不会产生阻塞。但因在数据转发过程中需查找路由,所以会产生相应的网络延时[6～8]。

6改进后的交换式局域网建模与仿真分析

由前述分析可知,集线器的规模一般不能太大。改进后的网络拓扑结构如图6所示,此场景名称为:8hubandswitch1,在此局域网中,32台主机被划分为8个子网,每个子网由4台主机组成,并通过10M双绞线连接到相应的集线器,8个集线器也通过10M双绞线连接到交换机。对比场景4switchandswitch1和场景8hubandswitch1,收集的网络延时统计量结果如图7所示。由图7结果分析可知,集线器的规模变小以后,网络延时减小,其性能比用交换机组网时要好。图8为收集到的节点冲突次数统计量,对比图5可知,集线器规模变小以后,网络冲突次数也减小很多[9]。

图6　用集线器组成的交换式局域网

图7　改进后的网络延时

图8　改进后的节点冲突次数

7结语

将OPNET网络仿真技术引入网络设计中,不需要耗费大量的设备资金投入、从而可以减少网络设计成本[10]。本文借助于OPNET仿真软件,对不同的交换式局域网进行了仿真,最后收集到相关的统计量,分别从网络延时、冲突次数方面对比了各种不同组网情况下的网络性能。由结果分析可知,集线器具有传输延时小、响应速度快等特点,因此对于要求实时性能的系统而言是一种优势。

参 考 文 献

[1] 黄斌,陈必然.可编程器件在以太网集线器中的应用[J].光器件,2007(10):51-52.

HUANG Bin, CHEN Biran, CAO Xing. Implementation of ethernet repeater with programmable device FPGA[J]. Light Device,2007(10):51-52.

[2] 张铭,窦赫蕾,常春藤.OPNET Modeler与网络仿真[M].北京:人民邮电出版社,2007.

ZHANG Ming, DOU Helei, CHANG Chunteng. Modeler and Network simulation[M]. Beijing: Posts & Telecommunications Press,2007.

[3] 陈向阳,谈宏华,张彦铎,等.现代网络设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

CHEN Xiangyang, TAN Honghua, ZHANG Yanduo, et al. Design of Modernnetwork[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004.

[4] 张锋,叶丽娜.基于OPNET的校园网网络性能仿真[J].理论与方法,2009(12):35-38.

ZHANG Feng, YE Lina. Campus net network performance simulation based on OPNET[J]. Theory and Method,2009(12):35-38.

[5] 李满,谢卓奇,郭杰,等.基于OPNET Modeler的扩展WLAN仿真及实测研究[J].通信技术,2008(6):26-32.

LI Man, XIE Zhuoqi, GUO Jie, et al. Simulation and Measurement of Extended WLAN Based on OPNET[J]. Communications Technology,2008(6):26-32.

[6] 林瑜华,莫家庆.基于OPNET的网络仿真实验教学研究[J].实验科学与技术,2011(8):39-42.

LIN Yuhua, MO Jiaqing. Research of Experiment Teaching of Network Simulation Based on OPNET[J]. Experiment Science and Technology,2011(8):39-42.

[7] 孙巍,张博,郭鹏星.OPNET Modeler的公司局域网仿真与分析[J].通信电源技术,2015(1):104-105.

SUN Wei, ZHANG Bo, GUO Pengxing. Simulation and Analysis of Local Area Network(LAN) of a Company Based on OPNET Modeler[J]. Telecom Power Technology,2015(1):104-105.

[8] 颜庆茁,叶添福.基于OPNET的计算机网络仿真实验教学研究[J].集美大学学报,2014(3):111-114.

YAN Qingzhuo, YE Tianfu. Research of the Experimental Teaching of Computer Networks Simulation Based on OPNET Modeler[J]. Journal of Jimei University,2014(3):111-114.

[9] 张旭华,刘行舟,卢树永,等.基于OPNET的无线网络实验的设计研究[J].东莞理工学院学报,2013(5):63-66.

ZHANG Xuhua, LIU Xingzhou, LU Shuyong, et al. Research on Wireless Network Experiments Based on OPNET[J]. Journal of DongGuanUniversity of Technology,2013(5):63-66.

[10] 彭燕.校园网在OPNET中的仿真实现[J].微电子学与计算机,2012(10):103-107.

PENG Yan. Practice of Campus Network Simulation Modeling Based on OPNET[J]. Microelectronics & Computer,2012(10):103-107.

Simulation Modeling and Analysis of Switching LAN Based on OPNET

LI Aiping

(Xizang Minzu University, Xianyang712082)

AbstractOPNET is a simulated software of computer network. Network model can be constructed as the same as actual network. After running, any statistics can be collected, and the result is very intuitive. In this paper, several switched local area networks models are constructed and relevant statistics is collected by using OPNET simulated software in order to examine the best capability of different implementations of local area networks connected by switches and hubs.

Key WordsOPNET, switched local area networks, hub, switch

* 收稿日期:2015年11月13日,修回日期:2015年12月18日

基金项目:西藏民族大学通信工程专业重点课程建设资助。

作者简介:李爱平,女,讲师,研究方向:无线通信、通信网络仿真。

中图分类号TP393

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.05.034