楊洪雪 陳涵

摘要：高校計算機網(wǎng)絡技術類課程教學中,由于網(wǎng)絡原理抽象、網(wǎng)絡規(guī)模龐大、網(wǎng)絡業(yè)務復雜等因素，使得很多實驗無法在真實網(wǎng)絡環(huán)境中實施。筆者提出了將OPNET仿真技術應用于計算機網(wǎng)絡技術類課程教學中的思想，并論述了基于OPNET技術的典型仿真實驗開發(fā)方法和步驟。

關鍵詞：網(wǎng)絡仿真；OPNET仿真軟件；實驗教學

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)09-2131-02

Summary of Network Simulation Experiments on OPNET

YANG Hong-xue, CHEN Han

（School of Telecom Munication Engineering,Beijing Vocational College of Electronic Science and Technology,Beijing100029,China）

Abstract: In teaching of university computer network technology, due to the abstract principle, large-scale network, the complexity of the network business and other factors, many experiments can not be implemented in a real network environment. This paper presents the OPNET simulation technology used in computer network technology courses teaching ideas, and discusses the OPNET-based technology and typical simulation development methods and steps.

Key words: network simulation; simulation software on OPNET; experimental teaching

根據(jù)國家權威機構對人才市場的分析，人才需求量最大的是計算機應用專業(yè)的畢業(yè)生，約占市場總需求的30%，其中計算機網(wǎng)絡技術人才占到40%。但是，在高校網(wǎng)絡技術類課程教學中，由于抽象深奧的網(wǎng)絡原理、規(guī)模龐大的網(wǎng)絡工程、豐富多樣的網(wǎng)絡業(yè)務，根本無法讓學生在真實的網(wǎng)絡環(huán)境中進行實驗，使得高校網(wǎng)絡專業(yè)畢業(yè)生缺乏網(wǎng)絡工程項目的實踐技能和工作經(jīng)驗，無法滿足企業(yè)的人才需求，造成網(wǎng)絡應用技能型人才十分短缺?；谏鲜鰡栴}，提出了將OPNET仿真技術應用于計算機網(wǎng)絡技術類課程教學中的設計思想，重點論述了基于OPNET技術的典型仿真實驗開發(fā)方法和步驟。

1 OPNET網(wǎng)絡仿真技術

網(wǎng)絡仿真技術是一種利用數(shù)學建模和統(tǒng)計分析方法對網(wǎng)絡行為進行模擬，建立網(wǎng)絡設備、網(wǎng)絡協(xié)議、網(wǎng)絡鏈路的模擬網(wǎng)絡模型，從而獲得網(wǎng)絡優(yōu)化設計所需的網(wǎng)絡性能數(shù)據(jù)的仿真技術。OPNET是一款功能強大的專業(yè)網(wǎng)絡仿真軟件。

1.1 OPNET功能組成

OPNET網(wǎng)絡仿真能夠準確的分析復雜網(wǎng)絡的性能和行為，探頭可以被插入到網(wǎng)絡模型中的任意位置，用來采集仿真數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計分析，仿真結果即可以數(shù)字、圖形、動畫方式顯示，也可以被輸出到第三方軟件。OPNET主要由三個層層嵌套的模塊和仿真模型庫組成，兩者彼此是分離的，方便模型的修改和升級。三個嵌套的模塊由內向外分別是：核心網(wǎng)絡仿真模塊、建庫功能模塊和移動通信衛(wèi)星模塊。仿真模型庫包括標準模型庫和特殊模型庫兩類，為用戶提供一系列的仿真模型。

1.2 OPNET仿真顯著特點

OPNET支持面向對象的建模方式,提供圖形化的編輯界面,方便用戶使用。主要特點:（1）提供三層嵌套的仿真建模機制，依次是網(wǎng)絡模型、節(jié)點模型，進程模型，與實際的網(wǎng)絡、設備、協(xié)議一一對應，再現(xiàn)了一個完整的計算機網(wǎng)絡。（2）利用離散事件驅動和混合建模機制，大幅度提高了計算效率。（3）通過強大的統(tǒng)計收集和分析功能，獲得了精確的仿真結果。（4）通過仿真預測網(wǎng)絡的性能，為網(wǎng)絡的規(guī)劃設計提供可靠的決策依據(jù)，驗證網(wǎng)絡工程方案，決定多個不同設計方案的取舍。

1.3 OPNET仿真步驟

OPNET仿真包括網(wǎng)絡拓撲配置、業(yè)務配置、統(tǒng)計量結果收集、運行仿真、調試再仿真、結果發(fā)布等六個步驟，具體如圖1所示。

2 OPNET在網(wǎng)絡技術仿真實驗中的運用

在計算機網(wǎng)絡技術類課程的教學中，可以充分利用OPNET仿真技術輔助教學,通過仿真深入理解抽象網(wǎng)絡協(xié)議的工作原理,分析和優(yōu)化網(wǎng)絡的性能，對學生設計的網(wǎng)絡方案評價也有據(jù)可依。

圖1OPNET仿真過程

2.1網(wǎng)絡拓撲結構仿真實驗

在講解計算機網(wǎng)絡基礎中的環(huán)型、星型、總線型等網(wǎng)絡拓撲結構時，通常都是介紹概念、工作原理和優(yōu)缺點等，非?？菰铮y于理解。利用OPNET的網(wǎng)絡模型庫，借助網(wǎng)絡編輯器，通過拖放鼠標從物件托盤中選取網(wǎng)絡設備，快速地建立起網(wǎng)絡的拓撲結構,還可以進行參數(shù)配置。不僅可以快速地組建各種網(wǎng)絡，并且能夠充分比較各種拓撲結構的特點。

另外，OPNET的網(wǎng)絡建模完全符合國際標準化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互聯(lián)標準（OSI）,其節(jié)點模型的層次關系是:應用層、TCP層、IP層、IP封裝層、ARP層、MAC層、物理層。借助于OPNET的仿真網(wǎng)絡體系結構,學生們可以直觀地了解開放系統(tǒng)互聯(lián)模型,加深對網(wǎng)絡協(xié)議層次結構的理解。

2.2網(wǎng)絡協(xié)議的仿真實驗

對于網(wǎng)絡的初學者來說，面對CSMA/CD、TCP、IP、FTP、UDP、RIP、OSPF等大量抽象的網(wǎng)絡協(xié)議，一般只能機械記憶，很難深入理解。在網(wǎng)絡協(xié)議仿真中,可以利用OPNET的節(jié)點編輯器來學習協(xié)議在網(wǎng)絡體系結構中的位置,利用進程模型編輯器來學習和研究各種網(wǎng)絡協(xié)議的工作原理和執(zhí)行過程。圖2顯示了典型的進程模型結構。

圖2典型的進程模型結構

在OPNET三層嵌套模型中,進程模型是最重要最難實現(xiàn)的部分。進程模型主要由狀態(tài)和轉移線構成。狀態(tài)分為兩類，強迫狀態(tài)和非強迫狀態(tài)。每個狀態(tài)包含的處理使用內嵌的C/C++代碼段來表示。狀態(tài)上的執(zhí)行代碼也分為兩部分，上面部分稱為進入代碼，是進程進入該狀念時執(zhí)行的動作；下面部分稱為離開代碼，是進程離開狀態(tài)時執(zhí)行的動作。轉移線描述了進程模型從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉移的過程和條件?？梢岳眠M程模型設計和開發(fā)自定義的網(wǎng)絡協(xié)議。

2.3網(wǎng)絡規(guī)劃設計仿真實驗

網(wǎng)絡規(guī)劃設計是根據(jù)原有網(wǎng)絡基礎、業(yè)務需求、經(jīng)費預算等各方面情況,構建一個既能滿足用戶需求又能達到技術要求的網(wǎng)絡系統(tǒng)。在教學中,在真實的網(wǎng)絡環(huán)境中進行網(wǎng)絡規(guī)劃、設計、實施等綜合技能訓練是不現(xiàn)實的，但是使用OPNET仿真測試網(wǎng)絡性能,能夠直觀快速地看到性能參數(shù)，如網(wǎng)絡負載、網(wǎng)絡延時等，對于不符合需求的網(wǎng)絡參數(shù)可以調整網(wǎng)絡配置，再運行仿真，直至達到最佳為止。除此之外，利用OPNET還可以進行網(wǎng)絡應用、網(wǎng)絡管理方面的仿真實驗，通過仿真分析加深學生對網(wǎng)絡性能和網(wǎng)絡QoS的認識和理解，提高學生對網(wǎng)絡故障診斷和流量分析能力等,從而為網(wǎng)絡管理提供重要的依據(jù)。

3結論

應用OPNET可以模擬計算機網(wǎng)絡技術類課程中的網(wǎng)絡協(xié)議分析、網(wǎng)絡工程規(guī)劃設計等網(wǎng)絡實驗,具有面向對象、形象直觀等特點，彌補真實環(huán)境中無法進行的網(wǎng)絡實驗缺陷，提高教學質量。同時，網(wǎng)絡仿真技術可為優(yōu)化和擴容現(xiàn)有網(wǎng)絡提供定量的分析數(shù)據(jù)，為新網(wǎng)絡的設計進行網(wǎng)絡性能預測，定量評估網(wǎng)絡設計方案，是一種新興有效的網(wǎng)絡規(guī)劃和設計技術。

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