OPNET网络仿真--包交换

-1-一、实验目的1.学习熟悉使用OPNET仿真软件，实现对网络场景的仿真。学习并掌握包交换有线网络的基本知识。2.数据包建模。学习并掌握数据包建模的基本方法和技能。3.有线链路建模。学习并掌握有线链路建模的基本方法和技能。4.中心交换节点建模学习并掌握中心交换节点建模的基本方法和技能。包括hub进程建模和包流的连接。5.周边节点建模学习并掌握周边节点建模的基本方法和技能，包括：src进程建模；sink进程建模；proc进程建模；包流的连接。6.网络建模。学习并掌握包交换有线网络建模的基本方法技能。7.配置参数、运行和调试仿真学习并掌握收集统计量、配置参数、运行和调试仿真的基本方法和技能。8.仿真结果分析。学习并掌握仿真结果分析的基本方法和技能。二、实验过程专题1：实现包交换1、定义包格式（1）从File菜单列表中选择PacketFormat，单击OK按钮。这时打开包格式编辑器。（2）单击CreateNewField工具按钮，然后将光标移到编辑窗口中，单击鼠标左键，接着单击右键。这时一个新的包域出现在编辑窗口中。设置包域的属性，定义好的包域名称和大小。图1.包格式定义（3）从File菜单中选择Save，命名包格式。2、定义链路模型（1）从File菜单列表中选择LinkModel，打开链路模型编辑器。-2-（2）找到链路类型支持属性框，设置支持的包格式，除了ptdup外的链路类型对应的Supported属性设置为no，表明该链路只支持点对点双工连接。（3）在packetformats属性右边对应的InitialValue栏中单击鼠标左键。“SupportsAllPacketFormats”和“SupportsUnformattedPackets”复选框取消，同时将新增加包设置为Support。图2.链路模型定义3、创建中心节点定义节点模型，中心交换节点：四对发信机和收信机（每对收发信机对应一个周边节点），一个中心交换处理进程（按地址转交包）。（1）从File菜单列表中选择NodeModel，打开节点模型编辑器。（2）在编辑窗口中放置一个进程模块，四个点对点发信机，和四个点对点收信机。图3.中心进行模型定义（3）给每个对象命名，并用包流将每个收信机和发信机和hub相连。查看包流的连接情况。-3-图4.包流连接（4）在收信机或收发信机模块上选择EditAttributes，设置参数。图5.属性设置（5）创建hub进程模型，从File菜单列表中选择ProcessModel，这时打开进程模型编辑器。创建idle状态，建立状态转移。（6）编辑函数块按钮，输入代码，完成编辑。图6.代码编辑4、创建外围节点创建周边节点模型，当周边节点生成一个包时，它必须给这个包指定一个目的地址，然后将它发往中心节点。如果周边节点接收到一个包时，它必须计算该包的端对端延时。因此周边节点必须包括一个业务生成模块、一个进程模块和一对点对点收发信机来完成这些任务。创建周边节点模型和创建中心节点模型过程类似，不做详述。5、构建网络现在已建好了底层的节点、进程和链路模型，依据层次化建模的思想，现在可以构建网络模型了。（1）从OPNETModeler主窗口中的File菜单列表中选择Project，-4-命名Scenario，创建一个对象模板。图7.对象模板（2）放置节点，依据网络拓扑放置节点，并连接节点，验证连接。图8.连接验证（3）设置节点属性。6、运行仿真现在已建好网络，设置参数，运行仿真。图9.统计量参数设置图10.配置参数设置三、实验结果1.基本实验（专题1：包交换）（1）仿真场景-5-中心节点：1个，周边节点：4个。网络场景如下：图11.基本实验场景（2）节点模型图12.Hub节点模型图13.周边节点模型（3）进程模型图14.Hub进程模型图15.周边节点进程模型（4）仿真结果及分析-6-1、时延统计图16.时延（间隔4s与间隔40s发包）图17.平均时延（间隔4s与间隔40s发包）2、带宽利用率图18.hub-node0宽带利用率（间隔4s与间隔40s发包）-7-图19.hub-node0宽带利用率对比（间隔4s与间隔40s发包）图20.hub-node0叠加对比（间隔4s与间隔40s发包）结果分析：图16和图17是包的产生时间间隔分别为4秒和40秒时的端对端延时比较图。其中，纵坐标为端对端延时，横坐标为时间。可以看出，包产生时间间隔为4秒时的端对端延时始终高于包产生时间间隔为40秒时的端对端延时；在平均时延方面，两者相差不大。这是符合实际情况的。图18、19和图20是包的产生时间间隔分别为4秒和40秒时的链路带宽利用率比较图。其中，纵坐标为链路利用率，横坐标为时间。可以看出，在经过一定时间的初始状态的振荡之后，两组仿真都逐渐达到稳定状态，包产生时间间隔为4秒时的链路利用率始终高于包产生时间间隔为40秒时的链路利用率。原因是间隔4秒包产生量高于间隔40秒，因此占有带宽的时间较多，因此链路利用率增加，这一-8-仿真结果也符合时间情况。2.改进实验（1）改进内容a、增加节点数量在改进实验中，增加了周边节点的数量，同时在场景四中增加了子网数目，使得交换网络数目为2，交换节点数目为2。另外，在改进实验中，修改了交换节点的节点模型及进程模型。场景截图如下：图21.扩展场景2图22.扩展场景3图23.扩展场景4图24.扩展场景4（分别对应的两个子网）其中四个场景下对应的中心交换模型：-9-图25.扩展场景2（中心交换模型）图26.扩展场景3（中心交换模型）图27.扩展场景4（中心交换模型）b、增加统计量图28.增加统计量（示图一）-10-图29.增加统计量（示图二）图30.增加统计量（头文件模块）图31.增加统计量（函数部分代码）图32.增加统计量（初始状态代码）-11-c、修改包格式图33.修改后包格式（2）仿真结果及分析图34.四个场景运行对比（发包间隔4秒）图35.时延结果对比（四个场景下发包间隔均为4秒）-12-图36.发包数目对比（四个场景下发包间隔均为4秒）图37.接收包数目对比（四个场景下发包间隔均为4秒）图38.node0-hub0的链路利用率对比（四个场景下发包间隔均为4秒）-13-结果分析：图35是四个场景下的时延结果对比，其中包括三个扩展场景2、3、4和初始场景。仿真的参数设置中包的产生时间间隔分别为8秒。其中横坐标为仿真时间，纵坐标为网络时延。从图形中我们可以看出，随着网络节点数目的不断增加，网络规模的扩大，网络的负载增加，网络的时延在不断增加，如图示场景3和场景2的时延要大于基本场景，而两个子网组成的场景4其时延又远远大于其他三个场景，这与实际情况是相符的。图36和37是网络发送和接受包数目的对比，随着仿真时间的增加，网络发包和收包数目呈增长趋势，而随着吧不同网络场景下节点数目的增加，网络的发包和收包数目也不断增加，场景4依次大于3、2场景；同时经过估算，其显示的结果与实际发包数相同，符合实际。图38为不同网络场景下的node0-hub0的链路利用率对比，其中纵坐标为链路利用率，横坐标为仿真时间。可以看出，在经过仿真初始期状态的振荡之后，四组仿真都逐渐达到稳定状态，由于包的产生间隔为4秒，包的发送量较大，因此线路的利用率较高，四个场景的利用率均在2.5到2.8之间，仿真结果合理。四、实验心得及体会