基于OPNET仿真實現網絡性能對比研究

耿強++黃雪琴++姜文波++程思寧++陳顯軍++焦凱

摘要：如今網絡基礎鏈路雖然越來越好，但隨著國家“互聯網+”戰略的不斷深化實施，網絡應用會呈幾何級增加，這樣部分單位會新建或改建現有網絡，如何確保新網絡的性能適應各種網絡業務是個很實際的問題。文中首先分析各類網絡仿真軟件特點，著重介紹OPNET的仿真建模要素，同時利用OPNET對改建前后的網絡性能進行比較，確定改造效果及仿真意義。

關鍵詞：OPNET ； 網絡仿真 ； 網絡建模 ； 網絡性能

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0037-03

隨著“互聯網+”概念的不斷深入與發展，所建網絡的性能能否滿足設計需求，單靠軟硬件所標注性能參數衡量及工程師經驗是不夠準確的。因此能在節約設計成本的條件下，對所建設的網絡環境進行性能前期預測是很有必要的。

1 網絡仿真軟件介紹

網絡仿真是指在計算機系統中，結合實際網絡需求，利用仿真軟件構建一個模擬測試平臺，可以針對網絡通信的數據流、網絡各類硬件、網絡協議、網絡業務等進行設計研究，還可對網絡中的帶寬、負載、CPU利用率、時延、誤碼率等性能參數進行分析比對，并依據仿真結果做出直接有效的網絡建設決策。

下面針對現有主流網絡仿真軟件OPNET和NS2進行介紹：

1.1 OPNET介紹

OPNET出自麻省理工學院，在1987年得以商業化。它可以利用其各個功能仿真模塊，模擬諸如以太網、無線網絡、衛星通信網、物聯網等各類網絡環境的通信，并針對網絡模型中的任意設備或位置設置監視點，采集該點仿真數據，并加以分析，最終以圖形化的方式展現輸出，供網絡規劃人員參照使用。該仿真軟件主要支持的網絡設備廠家有HP、Cisco、3Com等。同時也可在Windows環境下使用C/C++語言來控制有限狀態機的邏輯狀態和轉移細節，實現自定義建模。

1.2 NS2介紹

NS2是一種開源仿真軟件，可以通過C++語言編寫的協議函數以及OTCL編寫的配置文件，來實現針對各種網絡環境下的網絡協議進行模擬或修改，從而實現網絡模型仿真。

1.3 上述二者對比

在現有針對網絡仿真的各類軟件中，NS2和OPNET是應用較為廣泛的兩種。二者區別主要有以下幾點：

1）針對安裝和使用時的系統環境而言，OPNET適配于Windows系統場合，而NS2更匹配于Linux的開發環境；

2）OPNET是商用軟件，因而開發界面和操作方式更加友好，功能上面也更加全面，但對于復雜的節點設計不如NS2靈活。但NS2從新手學習來說更加復雜；

3）NS2是免費開源軟件，這是與OPNET相比最大的優勢。另外NS2對于節點數較多的場景仿真較為占用系統資源。

2 OPNET的重要結構

OPNET軟件包主要由ITDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三個模塊組成。這里重點介紹一下Molder模塊，它既有仿真分析功能，還可以針對不同的網絡層次建立自定義的通信協議。

OPNET Modeler主要由針對網絡拓撲結構進行編輯的網絡編輯器、用于對涉及的網絡模型節點進行數據流編輯的節點編輯器、用于控制節點間事件觸發控制流的進程編輯器、用于創建用戶自定義的各類數據包的包格式編輯器、用于搜集仿真結果的探針編輯器這五部分構成。上述五個部分在整個網絡仿真環節中，按照順序逐一執行，從而得到理想的仿真結果。

3 網絡改建前后性能仿真

單位原有一個以星型結構布局的有15個用戶節點的局域網，并且所有用戶共享一臺服務器資源?，F增加一個接入交換機，并在新增加的交換機上以星型拓撲接入有6個新用戶節點，同時也能直接訪問原有服務器資源?？紤]以前服務器的硬件配置可能性能不足的情況，假設改建后所有21個用戶同時訪問服務器，整個辦公網會不會出現訪問失敗或延遲太大的問題？基于此考慮使用OPNET進行網絡仿真，以確保改造后的網絡性能能夠滿足業務需求。

結合OPNET網絡仿真的一般步驟，進行了以下仿真操作：

1）根據上述需求及問題，明確要仿真的對象和待解決的問題。這里新建一個名為“HKC”的工程，場景名為“Existing Network”；

2）結合仿真目的，利用OPNET軟件進行仿真建模。其中包括設置網絡拓撲結構、網絡的范圍、網絡傳輸介質、網絡連接核心硬件、網絡業務模型等?？墒褂谩翱焖偻負渑渲霉ぞ摺睂崿F原有網絡參數配置。

3）完成基本拓撲模型設置后，可以進行相關結果搜集的準備工作。如CPU占用率、負載、流量、延時等等。為了更加準確的自定義搜集網絡相關參數，也可以打開如圖1和圖2所示關于服務器節點的模型編輯器和進程模型編輯器，在進程模型編輯器中，點擊INIT進程上部或下部，可對該節點進行入口或出口代碼的按需編程。

4）建立完網絡模型并設置好將要采集的狀態后，現在可以選擇收集哪些參數值。在服務器節點上單擊右鍵，從彈出的菜單中選擇Choose Individual Statistics，選擇監視服務器的CPU占用率和負載，另外右鍵點擊網絡編輯器工作空間，監視整個網絡延遲情況。

5）完成上述操作后，即可進行仿真測試?？梢栽O置仿真執行時長為“0.5 hours”，即30分鐘，點擊執行按鈕后，仿真開始運行，直到提示仿真完成。此時可以在項目編輯器中點擊鼠標右鍵，選擇菜單中的“View Results”來查看結果。

在仿真結果中，可以看到剛才設置的監視點捕獲的所有性能參數結果集。但現在為了能夠掌握改建后網絡的參數變化，需要對現有的網絡拓撲結構以及相關設備進行修改，以適應新的網絡規劃。這里通過在OPNET的Scenarios菜單中選擇Duplicate Scenario（復制場景），實現保留原場景，并復制出一個供修改的新場景“New Network”?？梢栽谛聢鼍爸刑砑有碌木W絡拓撲，如圖3所示。

6）針對改建后新的網絡場景，再次配置仿真參數并進行仿真，觀察對比結果，可以對該項目下兩種不同場景的仿真結果進行比較。

圖4是針對整個系統的訪問延遲進行的對比?？梢娧舆t由原來的0.006秒變化為最大0.008秒，但此種變化對于用戶體驗來說，幾乎可以忽略不計；圖5中第1個和第2個小圖所示，可見服務器的CPU利用率維持在0.002%左右，幾乎沒有劇烈變化，可見新增網絡節點對服務器CPU資源占用影響不大；再看圖5中第3個和第4個小圖，服務器的負載均穩定在2000 bits/s附近的狀態，二者變化不大，可見新增網絡節點對服務器的負載影響不大；綜上可知，此次的網絡改建，對于服務器和整個網絡的性能來說，所帶來的影響完全在用戶可接受的范圍之內，可以進行實際改建。

4 結束語

由上述可知，在互聯網不斷發展的今天，各項網絡業務要求不斷變化提升，對于新建和改建的網絡所面臨的網絡技術選型、拓撲規劃、設備選擇、網絡應用部署等實際問題，利用OPNET的網絡仿真均可以提供可靠的網絡模型和性能定量參考依據，據此也可以提出性價比最優的解決方案。

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