基于OPNET的交換式局域網仿真建模與分析*

李愛平

(西藏民族大學　咸陽　712082)

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基于OPNET的交換式局域網仿真建模與分析*

李愛平

(西藏民族大學咸陽712082)

摘要OPNET是計算機網絡仿真軟件之一,可構建和實際網絡完全一致的圖形網絡模型,并通過運行仿真,可提取任意統計量,結果非常直觀。論文通過OPNET仿真軟件,搭建相應的交換式局域網網絡模型,并收集相應的統計量,主要用來測試交換機和集線器在局域網中怎樣連接,才能達到更好的性能。

關鍵詞OPNET; 交換式局域網; 集線器; 交換機

Class NumberTP393

1引言

在普通的商用網絡中由于交換機性能高,擴展性強等優勢,逐漸成為了以太網互聯的主流技術,而集線器技術已經基本不再使用,逐漸淡出市場。但集線器還有傳輸延時小、響應速度快等特點,對于要求實時性能的系統而言也是一種優勢[1]。本文通過OPNET仿真軟件,搭建相應的交換式局域網網絡模型,并收集相應的統計量,主要用來測試交換機和集線器在局域網中怎樣連接,才能達到更好的性能。

2交換式局域網的建模

將網絡拓撲結構映射到OPNET中,建立如圖1中所示的模型,此場景名稱為:4hubandswitch。在此局域網中共由32臺主機,4臺集線器,1臺交換機組成。32臺主機被劃分為4個子網,每個子網由8臺主機組成,并通過10M雙絞線連接到相應的集線器,4個集線器也通過10M雙絞線連接到交換機。為了比較交換機和集線器在局域網中怎樣連接,才能達到更好的性能,把圖1中所有的集線器全部換成交換機,從而搭建圖2中所示的網絡模型,此場景名稱為:4switchandswitch1。

圖1　用集線器組成的交換式局域網

圖2　用交換機組成的交換式局域網

3設置輸入參數

在建立好的網絡模型中,要對節點0～31進行參數設置。開始時間為5s,On的平均持續時間為100s,Off的平均持續時間為0.1s,包產生間隔時間為0.02s,包分組大小為1500bytes,仿真參數設置如圖3所示。

圖3　仿真輸入參數設置

4設置輸出參數

本次仿真選擇了“global statistics”全局狀態下的網絡時延delay,“node statistics”下的網絡沖突次數collision count作為輸出統計量,這些統計量聯合起來,可以大致反映交換式局域網的性能[2]。

5仿真結果發布與分析

設定仿真時間為2min,隨機種子為128,運行仿真后,在網絡場景空白處單擊右鍵,選擇“view results”查看仿真結果[3],其中收集的網絡延時的統計量如圖4所示。從圖4中觀察網絡延時,可以看到用交換機進行網絡互連時的網絡延時較小,時間低于0.5ms;而用集線器進行網絡互聯時,網絡延時相對較大,時間在3ms～10ms之間。

圖4　網絡延時

其原因在于集線器和交換機的工作原理不一樣。集線器所形成的網絡是一個共享介質的局域網,所以當上下行一同傳輸數據時信號容易出現碰撞現象,形成網絡阻塞[4～5],圖5為收集到的節點沖突次數統計量。從圖中可以看出,用集線器進行網絡互聯時,節點產生的沖突次數較多,所以它不具備單獨應用于大型網絡中的能力。

圖5　節點沖突次數

交換機采用的工作方式是獨享帶寬,它根據MAC地址尋址,通過站表中的地址選擇路由,完成信號由設備入口到出口的轉發,所以傳輸數據時不會產生阻塞。但因在數據轉發過程中需查找路由,所以會產生相應的網絡延時[6～8]。

6改進后的交換式局域網建模與仿真分析

由前述分析可知,集線器的規模一般不能太大。改進后的網絡拓撲結構如圖6所示,此場景名稱為:8hubandswitch1,在此局域網中,32臺主機被劃分為8個子網,每個子網由4臺主機組成,并通過10M雙絞線連接到相應的集線器,8個集線器也通過10M雙絞線連接到交換機。對比場景4switchandswitch1和場景8hubandswitch1,收集的網絡延時統計量結果如圖7所示。由圖7結果分析可知,集線器的規模變小以后,網絡延時減小,其性能比用交換機組網時要好。圖8為收集到的節點沖突次數統計量,對比圖5可知,集線器規模變小以后,網絡沖突次數也減小很多[9]。

圖6　用集線器組成的交換式局域網

圖7　改進后的網絡延時

圖8　改進后的節點沖突次數

7結語

將OPNET網絡仿真技術引入網絡設計中,不需要耗費大量的設備資金投入、從而可以減少網絡設計成本[10]。本文借助于OPNET仿真軟件,對不同的交換式局域網進行了仿真,最后收集到相關的統計量,分別從網絡延時、沖突次數方面對比了各種不同組網情況下的網絡性能。由結果分析可知,集線器具有傳輸延時小、響應速度快等特點,因此對于要求實時性能的系統而言是一種優勢。

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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

基金項目:西藏民族大學通信工程專業重點課程建設資助。

作者簡介:李愛平,女,講師,研究方向:無線通信、通信網絡仿真。

中圖分類號TP393

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.05.034