基于OPNET的局域网拓扑建模仿真

【摘要】:星形、环形和树形拓扑是目前建立局域网时最常用的3种典型拓扑。由于它们自身特点而存在各自优缺点。因此,利用网络仿真软件OPNET研究通信网络、设备、协议和应用有着重要意义。

【关键词】:拓扑模型 OPNET 节点 仿真研究 平均系统 建模仿真 网络建模 离散事件 仿真结果 拓扑结构

一、 引言

网络拓扑类似于路线图,它详细描述了关键的网络构件,如节点和链路是如何互连的。目前,常用的互连方案有点到点网络、广播网络和多点网络。其中点到点网络由仅能与相邻设备通信的节点组成,包括数千个相邻节点间互连的节点,这些相邻节点再连接到其他相邻节点,以此类推。如果一个节点需要与不相邻的节点通信,则可通过其他相邻的节点间接地完成通信。源节点先将消息传输到相邻节点,然后按顺序在各中间节点传输直到最终达到目的节点。从相邻节点传输数据到另一节点的过程称为桥接或路由。目前最常见的点到点拓扑有星形、环形和树形3种类型。

二、 基于OPNET的局域网拓扑建模

优化网络工程工具(Optimized Network Engineering Tool,简称OPNET)是OPNET公司开发的商用仿真平台,支持各类通信网络和分发系统的模拟与仿真,可通过离散事件仿真分析模型化系统的行为和性能,是目前较为流行的网络建模仿真工具。它涉及到仿真研究的各阶段,如模型设计、仿真、数据搜集和数据分析。OPNET Modeler仿真模型分为网络、节点和进程3个层次,分别在界面的Projeet Editor、Node Editor和Process Editor工具中建立。

1、星形拓扑。星形网络的关键特征是存在一个连接节点的线路中心。一旦建立了通道连接,就能无延迟地在连通的两个节点之间传输数据。要说明的是:工作站到中央节点的线路是专用的,不会出现拥挤的瓶颈现象。图1给出在OPNET Modeler中建立的星形拓扑。其优点是:①容易诊断并隔离故障。如果网络中的节点或通信介质出现问题,只会影响到该节点或通信介质相连的节点,不会涉及到整个网络,因而比较容易判断故障的位置。②方便服务。中央节点和中间接线都有一批集中点,可方便提供服务和网络重新配置。③控制简单。其

存在的不足是:①对中央节点的依

赖性强。星型拓扑网络中的外围

节点对中央节点的依赖性强,如果

中央节点出现故障,则全部网络不

能正常工作。②扩展困难、安装。

费用高增加网络新节点时,无论

有多远,都需要与中央节点直接

连接,布线困难且费用高。③各站点分布处理能力较低。星形拓扑的OPNET建模模型由10个工作站、

1个交换机和1个服务器组成。

为便于分析,环形和树形拓扑的建

模也取10个工作站和1个服务器。

2、环形拓扑。环形网络是星形

网络的修改版本。在环形网络中,

节点通过专用的线路连接。一种

可靠昂贵的环形网络设计是将每个节点都连接到其他节点上,通常称为完全环形,也称全网状设计,部分环形网络一般称为不完全网状设计。图2给出在OPNET Modeler中建立的环形拓扑,该模型由10个工作站和1个服务器组成。

环形拓扑的优点是:①无差错传输。由于采用点到点的通信链路,传输信号在每一节点上再生,因此传输信息的误码率可减至最少。②在增加或减少工作站时,仅需简单连接操作。③适用于光纤。光纤的传输速度高,因环形拓扑网络是单向传输,适合用于光纤通信介质。如果在环形拓扑网络中将光纤作为通信介质,可大大提高网络速度。加强抗干扰能力。④电缆长度短。其存在的不足是:①节点故障会引发全网故障。因环上传输数据是通过接在环上的每个中继器完成的,所以任何两个节点间的电缆或中继器故障都会导致全网故障。②故障检测困难。因为环上的任意一点出现故障都会引起全网故障,所以难以对故障定位。③调整网络比较困难。要调整网络中的配置,如扩大或缩小,都比较困难。

3、树形拓扑。树形拓扑是一种分等级的结构。它通过一个根节点连接到二级节点上。这些二级

设备与三级设备连接,三级设备与四

级设备连接。树形拓扑的优点是:①

易于扩展。②故障易于隔离。其存在

的不足是:①各个节点对根的依赖性大。

②网络中除最低层节点及其接线外,

任意节点或连线故障都将影响器件所

在支路的正常运行。图3给出在OPNET Modeler中建立的树形拓扑。该模型由10个工作站、4个交换机和1个服务器组成。

三、 仿真与结果分析

收集树形、星形和环形拓扑模型中系统延时(System Delay)、服务器延时(Server Delay)、服务器接收通信量(Server traffic received)和节点node_0的负载(node_0 Load)上的统计量进行仿真。其中,平均系统延时是衡量网络性能的重要指标。配置的仿真时间均为l小时,其他为默认配置。为方便比较,仿真结果取平均值。在系统延时方面,环形拓扑最好,树形拓扑结构最差。原因是环形拓扑最简单,仅由工作站和服务器构成;树形拓扑最复杂,除工作站和服务器外,还有多个交换机,并且分多层。环形拓扑的延时最好,而树形拓扑结构的延时最差。环形拓扑的服务器平均接收通信量明显低于星形和树形拓扑。

四、 结语

星形、环形和树形拓扑是目前建立局域网时最常用的3种典型拓扑。由于它们自身特点而存在各自优缺点。通过OPNET仿真可得下述结论:①网络延时方面,环形拓扑最好而树形拓扑最差;②服务器平均接收通信量方面,环形拓扑明显低于星形和树形拓扑;③节点负载方面,树形拓扑最好而星形拓扑最差。该仿真结果为网络规划所应选的最佳拓扑提供技术参考。因此,利用网络仿真软件OPNET研究通信网络、设备、协议和应用有着重要意义。