OPNET计算机网络仿真实验作业1

OPNET工程：作业1_网络拓扑创建https://download.csdn.net/download/Cx2008Lxl/79476340

　　在这项实验室作业中，将实施第一个完备的仿真研究。本实验室作业的目标是提供一项练习，该练习将使您可对OPNET软件的各种基本功能进行实践操作。具体而言，在第一个实验室作业中，将实施如下基本OPNET操作，如建立一个OPNET仿真项目、创建网络拓扑、配置个体对象、收集仿真统计量、运行仿真、管理场景和比较所收集的统计量。

　　在这项介绍性的实验室作业中，包括附加的配置细节，帮助新手OPNET用户通过创建第一个OPNET仿真的各项挑战。

　　本节难点：问题3.2、问题4。需要明确什么是以太网MTU，以太网协议及MAC帧格式，IP协议及IP数据包格式。

步骤与结果

1. 创建仿真项目和场景

2. 创建网络拓扑

3. 配置网络拓扑

4. 配置和运行仿真

5. 收集统计结果

6. 复制场景。

7. 收集仿真统计量，显示如下统计量。

问题与解答

总结

参考文献

步骤与结果

1. 创建仿真项目和场景

　　使用Startup Wizard，创建一个新的项目和一个空场景Initial_Network。配置初始场景设置时，在Network Scale（网络规模）窗口中选择选项Logical（逻辑的），并在Select Technologies（选择技术）窗口中选择internet_toolbox模型族。

2. 创建网络拓扑

　　创建如图1.1所示的网络拓扑。

　　1）在场景中，放置以下对象模型：ethernet_ip_station、ip32_cloud、ethernet_slip8_gtway和ppp_server，并将其名称依次设置为：Ethernet IP Station、The Internet、Router、PPP Server。

　　2）用10BaseT_int的链路模型连接ethernet_slip8_gtway和ip32_cloud，使用PPP_DS1链路模型连接ip32_cloud和ppp_server。

3. 配置网络拓扑

　　1）设置The Internet节点的属性：Performance Metrics…Packet Discard Ratio为1.0%，Performance Metrics…Packet Latency(secs)为50ms，即配置通过互联网传输的报文所经历的丢失和延迟，如图1.2。

　　2）配置节点PPP Server属性，Address为192.0.5.2，Subnet Mask为255.255.255.0，指定其IP地址和子网掩码，如图1.3。

　　3）配置Ethernet IP Station节点属性为如下参数，配置其流量产生源：

　　　　① Packet Inter – Arrival Time (seconds) = constant(0.5)

　　　　② Packet Size(bytes) = constant(2000)

　　　　③ Destination IP Address = 192.0.5.2

　　　　④ Start Time(seconds) = 100.0

　　如图1.4。

　　4）使用Annotation Palette创建被仿真网络注释，并绘制区域图形，填充对应颜色，如图1.1。

4. 配置和运行仿真

　　1）配置要收集的统计量：

　　　　① 类IP中的全局统计量：Traffic Dropped(packets/sec)

　　　　② 类IP中的节点统计项，要针对所有节点单独收集：Traffic Dropped(packets/sec)、Traffic Received(packets/sec)、Traffic Sent(packets/sec)。

　　　　③ 类point-to-point中的链路统计量：Throughput(bits/sec)->、Throughput(bits/sec)<-、Throughput(packets/sec)->、Throughput(packets/sec)<-。

　　2）按如下参数配置仿真：Duration = 500seconds、Seed = 128、Values per statistic = 100。

　　3）运行仿真。

5. 收集统计结果

　　1）结果1：IP…Traffic Dropped(packets/sec)的全局统计量、Ethernet IP Station节点统计量、Router节点统计量、The Internet节点统计量、PPP Server节点统计量，如图1.5。

　　2）结果2：Ethernet IP Station节点统计量IP…Traffic Sent(packets/sec)、PPP Server节点统计量IP…Traffic Received(packets/sec)、The Internet节点统计量IP…Traffic Dropped(packets/sec)，如图1.6。

　　3）结果3：Ethernet IP Station节点统计量IP…Traffic Sent(packets/sec)、链路Ethernet IP Station<->Router统计量point-to-point…throughput(packets/sec)->，如图1.7。

　　4）结果4：链路Ethernet IP Station<->Router统计量point-to-point…throughput(bits/sec)->，如图1.8。

6. 复制场景。

　　1）复制Initial_Network场景，命名新场景为Packet_Size_1000bytes，在Ethernet IP Station节点中修改流量产生源的配置，从而使每条新产生的报文为1000字节而不是2000字节。

　　2）复制Initial_Network场景，命名新场景为500_values_statistic。通过设置属性Values per statistic为500，修改仿真配置。

　　3）复制Initial_Network场景，命名新场景为5000_values_statistic。通过设置属性Values per statistic为5000，修改仿真配置。

7. 收集仿真统计量，显示如下统计量。

　　1）结果5：场景Initial_Network和Packet_Size_1000Bytes显示Ethernet IP Station节点统计量IP…Traffic Sent(packets/sec)，如图1.9。

　　2）结果6：场景Initial_Network和500_values_static和5000_values_statistic显示The Internet节点统计量IP…Traffic Dropped(packets/sec)，如图1.10。

问题与解答

1. 详细研究显示统计量结果1（图5）的分析平板。

　　1）被仿真网络中的哪些节点丢弃报文？在被仿真网络中的哪些节点不丢弃任何报文？为什么？

　　从图1.5中可见，全局丢包率与The Internet的丢包率相同，因此只有The Internet节点产生丢包。因为在配置The Internet节点属性时，为其设置了1.0%的丢包率（图1.2）。

　　2）全局统计量和节点统计量之间的区别是什么？对于丢弃报文的全局统计量和节点统计量，您观察到IP…Traffic Dropped(packets/sec)图形之间的任何区别了吗？为什么有区别或为什么没有区别？

　　全局统计量反映的是整个网络中各个节点的情况综合，而节点统计量只反应该节点的具体情况。由于整个网络中只有The Internet节点会产生丢包，因此对于丢弃报文的全局统计量和节点统计量，他们的IP…Traffic Dropped(packets/sec)图形没有任何区别。

2. 详细研究显示统计结果2（图1.6）的图形平板。相比于由PPP Server接收到的流量和由The Internet丢弃的流量，Ethernet IP Station发送的流量总是什么样的？请解释。

　　开始发送后，Ethernet IP Station发送的流量总是恒定速率的，因为在配置该节点属性时，报文大小和报文产生速率都配置的恒定值（constant）。其等于PPP Server接受到的流量+The Internet丢弃的流量。

3. 详细研究显示统计结果3的图形平板（图1.7）。

　　1）以报文数每秒为单位由仿真报告的Ethernet IP Station发送速率是多少？以报文数每s为单位，由仿真报告的Ethernet IP Station和 Router之间链路上的吞吐速率是多少？这些值相同还是不同？为什么？

　　Ethernet IP Station发送速率是4packets/sec。Ethernet IP Station和Router之间链路上的吞吐率也是4packets/sec，他们俩相同。因为Router的出口带宽和处理速度足够，Ethernet IP Station的发送速率不足以使链路产生拥塞导致Router降低发送速率。

　　2）依据流量产生源配置，Ethernet IP Station每0.5s产生一条报文,，对应于每2个报文的发送速率。以报文数每s为单位，由仿真报告的Ethernet IP Station发送速率是多少？这些数值相同还是不同？为什么？就在Ethernet IP Station处发生的情况，您的假定是什么？

　　仿真报告的Ethernet IP Station发送速率是4packets/sec，而配置的发送速率是2packets/sec。因为数据链路层中，以太网的MTU被指定为1500字节，超过MTU就会对数据包进行分片。配置的IP数据包数据部分大小为2000Byte，因此一次发送被分为了两个数据包，出现了4packets/sec的发送速率。

4. 详细研究显示统计结果4的图形平板（图1.8）。以比特每秒为单位，在Ethernet IP Station和Router之间的链路上的发送速率是多少？由仿真报告的结果对应于流量源机制吗？

　　在他们之间链路的发送速率是是33472bit/s。

　　流量源中，IP数据报数据部分配置为2000Byte，因此需要对其进行分片，第一片为1500B-20B=1480B，第二片为2000B-1480B=520B。因此，含前导码和帧开始定界符的数据链路层发送数据总长度=(1480+20)+(520+20)+18*2+8*2=2092B。0.5s发送一个2000B内容的IP数据报，1s则发送2个，因此1s的发送数据速率=2092B*2=4184B=33472bit/s。因此链路发送速率与流量源机制是对应的。

5. 在结果5（图1.9）中您观察到什么，该图显示由Ethernet IP Station节点发送的流量？在 Initial_Network和Packet_Size_1000bytes场景中收集的结果所报告的报文发送速率方面，有什么差异吗？为什么？注意您没有在节点Ethernet IP Station处改变报文到达间隔連率。这些结果确认还是反驳了在1.6节为问题3的2）形成的假设。

　　结果5显示由Ethernet IP Station节点发送的流量。由于IP数据包数据部分的大小配置为1000Byte了，此时IP数据包总长度1020B<MTU=1500B，因此不会对其进行分片，由于包发送间隔为0.5s，因此发送的包速率就是2packets/sec。这些结果确认了1.6节中问题3的2）假设。

6. 在第二幅图中您观察到什么，该图显示由The Internet节点丢弃的流量？在每个场景中丢弃的报文数量是相同还是不同？为什么相同或不同？

　　该图显示的并非The Internet节点真实丢弃的流量。OPNET默认以bucket模式收集统计量，Values per statistic配置用于计算在桶中收集的每个统计量的值数。如果其值过高，将会出现对同一时刻记录多个统计值，存在重复的数据点，得到的结果将不准确。因此在这几个场景中，不同的Values per statistic出现了不同的丢弃报文数量。

总结

　　本实验建立了简单的数据通信模型，掌握了OPNET场景建立、节点配置与数据统计的基本操作。通过比较全局统计量与节点统计量，明白了二者之间的关系。通过分析不同IP数据包数据部分大小对发送速率的影响，进一步回顾了MTU限制对数据包的影响。通过实验查看传输链路上的比特率，并利用理论计算MAC帧的比特率，回顾了IP数据包、以太网V2的MAC帧格式和IP数据包分片原理。

参考文献

[美]Adarshpal S. Sethi, Vasil Y.Hnatyshin. 计算机网络仿真OPNET实用指南[M]. 王玲芳, 母景琴, 译. 北京:机械工业出版社, 2014.

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