网络环境仿真平台的建立与网络性能模拟毕业论文.doc
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1、学士学位论文论文题目 网络环境仿真平台的建立与网络性能模拟英 文 Network Emulation Platform For The Simulation Of Network Performance目录摘要1第一章 绪论21.1 网络环境仿真平台产生背景21.2 网络环境仿真平台的定义21.3 网络环境仿真平台的需求21.4 网络环境仿真平台的设计目标21.5 网络性能的研究方法211.6 仿真和模拟的意义211.7 论文主要工作21.8 论文的组织结构4第二章 网络仿真与网络模拟212.1 网络仿真概述212.1.1 常见的仿真软件212.2 网络模拟概述212.2.1 常见额的模拟软件
2、212.3 网络仿真模拟的现状212.3.1 现有方法的不足212.3.2 仿真与模拟的结合212.3.3 NIST net工具的选取21第三章 NIST net的安装与调试3.1 NIST net安装43.2 配置网络接口卡83.3 配置TDMoP 113.4 LINUX路由设置153.4 开始NIST net 16第四章 NIST net的使用以及网络性能模拟案例184.1 如何使用仿真包184.2 Cnistnet 184.3 Hitbox 194.4 Xnistnet 204.5 案例21第五章 结论与展望23致谢23摘要随着互联网规模的迅猛发展以及网络应用种类的不断增多,研究网络行为
3、和性能成为了一项艰巨而又重要的任务。网络仿真模拟作为研究网络行为性能的一种工具,发挥了重大作用。网络模拟是再现复杂网络环境的有效途径,模拟方法主要分为两类:一类是仿真法(Simulation),通过软件方法搭建一个完全虚拟的网络环境,优点是成本低、方便快捷,缺点是无法再现真实的网络,失真较高,且主流的仿真软件操作和使用较复杂;另一类是模拟法(Emulation),在实验网络中运行真实的业务数据流,并提供给研究者可控制、可重复的网络状态控制接口,该方法结合了实测和仿真方法的优点,灵活高效且模拟效果好。 本文旨在研究网络仿真平台的搭建和网络模拟的效果。通过安装在LINUX平台上的NIST net网
4、络模拟软件,建立一个需要研究的网络模型,在计算机上运行这个模型,并分析结果。通过在IP层运作,NIST的网络可以模拟的关键终端到终端的性能各广域网的情况(如拥塞丢失),或通过各种潜在的子网技术(如xDSL和电缆调制解调器的非对称带宽的情况下实施的特点)。通过模拟我们发现运用仿真平台可以根据用户的需求设计不同的模型,并用很少的时间和金钱解决和预防网络隐患,是一项重要的网络技术。AbstractWith the rapid development of Internet-scale applications and network types of the growing research net
5、work behavior and performance has become a difficult and important task.Network simulation of network behavior as a tool for performance, played a major role.Network simulation is a reproduction of a complex network environment an effective way, simulation is divided into two categories: one is the
6、simulation method (Simulation), set up by software a complete virtual network environment, the advantage of low cost, convenient and disadvantage is notreproduce the real network, the higher distortion, and the mainstream of the simulation software operation and use of more complex; the other is sim
7、ulation (Emulation), the experimental network, running a real business data flow, and made available to researchers can control,Repeat the network state control interface, the method combines the advantages of the measured and simulation methods, flexible efficient and effective simulation.But the c
8、urrent simulation software, provides only general parameters of the interface modify the network performance, but not with a specific network scenarios associated.Next-generation network simulator (emulator) can resolve these issues within a certain range.It not only provides a controlled, reproduci
9、ble network environment, it is more important in a true physical network, running a real business flow, while on the run to be analyzed in its agreements and services, notthen need to re-encode for the simulation environment for network research provides a good environment.NIST is one such tool, it
10、runs on Linux.NISTs network allows a single Linux PC set to the router to emulate various network conditions.NIST network emulator is a network of IP network performance in general-purpose tool for dynamic simulation.The tool is designed to allow control with network performance sensitive / adaptive
11、 applications and a simple laboratory environmental control protocol repeatability.Through the IP layer operation, NIST network can simulate the key end-to-end performance of the wide area network (such as congestion loss), or through a variety of potential subnet technologies (such as xDSL and cabl
12、e modem, asymmetric bandwidth situationsimplementation characteristics).NIST within the network as a kernel module, extended to the Linux operating system and X Window System-based user interface applications.关键词:仿真平台 NIST net 网络模拟第一章 绪论1.1 网络环境仿真平台产生背景网络仿真是进行网络技术研究的一种基本手段。在新技术的研究过程中,由于各种原因,实际网络系统的实
13、现往往是代价较高或是不现实的。在这种情况下,仿真就成了最佳可供选择的测试、评估和验证手段之一。网络仿真有着周期小、成本低等特点,而且可以是研究者更容易利用他人的研究成果,可以是研究者更专注于自己所研究的部分而不必为系统的其他部分耗费更多的精力。进行网络技术的研究大概有以下3种手段:(1)分析方法,就是对所研究的对象和所依存的网络系统进行初步分析,根据一定的限定条件和合理假设,对研究对象和系统进行描述,抽象出研究对象的数学分析模型,利用数学分析模型对问题进行求解。(2)实验方法,就是设计出研究所需要的合理硬件和软件配置环境,建立测试床和实验室,在现实的网络上实现对网络协议、网络行为和网络性能的研
14、究。(3)模拟方法,应用网络模拟软件(自己开发或选用一个通用的网络模拟软件),建立所研究的网络系统的模拟模型,在计算机上运行这个模型,并分析运行的输出结果。然而,前两种方法都存在很大的局限性。分析方法的有效性和精确性受假设限制很大。当一个系统很复杂时,就无法用一些限制性假设来对系统进行详细描述。实验方法的局限在于成本很高,重新配置或共享资源很难,运用起来不灵活,实验床的规模很难做到很大,不能实现网络中的多种通信流量和拓扑的融合。而模拟方法在很大程度上可以弥补前两种方法的不足。模拟方法可以根据需要设计所需的网络模型,用相对很少的时间和费用了解网终在不同条件下的各种特性,获取网络研究的丰富有效的数
15、据。网络模拟无疑提供了一个方便、高效的验证和分析方法,因此网络模拟技术在现代通信网络设计和研究中的作用正变得越来越大。1.2 网络环境仿真平台的定义 网络仿真也被称为网络模拟,因为对各种网络仿真过程来说,其中也有“模拟”的含义,即,网络仿真既可以取代真实的应用环境得出可靠的运行结果和数据,也可以模仿一个系统过程中的某些行为和特征。顾名思义,网络模拟,就是用计算机程序对通信网络进行模型化,通过程序的运行模仿通信网络的运行过程。1.3 网络环境仿真平台的需求近年来,数据通信网络无论就其物理的规模还是应用范围来讲,都获得了巨大的发展。Internet上不断地有新的需求出现,人们开发新的协议和算法来满
16、足这些变化的需求。这种需求的例子包括服务质量支持、组播传输、安全性、移动组网和策略管理。对这些领域的协议和算法的开发和评价要求人们回答很多设计上的问题。尽管实验室中的小规模评价、大范目的实验测试床和自制的模拟都是很有价值的,但是每一种都有很大的局限性。这些方法经常无法体现真实网络中所发现的大量混杂的业务流和拓扑结构,而它们会带来相当的花费,并且受控多件下的重复实验会很困难。 多协议网络模拟器可以为低成本的实验提供一个良好的环境,可用于完全不同的研究负域的一个通用模拟环境,可以为网络学术界提供相当大的便利。可用于开发新协议的丰富的构件平台,在一个受控环境下研究大规模协议交互的可能性,以及能够更方
17、便地比较不同方法的结果。1.4 网络性能的研究方法 基于包的模拟:传统网络模拟一般在数据包级进行,可以对每个包在网络中经过所有队列的到达、排队、处理以及离开等进行各种模拟。当前主流网络模拟器NS2,OPNET 等所采用的方法几乎都是基于包事件的离散事件驱动模拟。离事件驱动的基本思想是通过一个调度器(Scheduler)的调度,对一个事件队列中的事件依次调度。每次取出时间最小的一个事件,在对这个事件的计算处理过程中可能会产生下一个新的事件,将新的事件插入到事件队列中,当其在队列之前的所有事件都执行完后,就会执行这个新事件。在离散事件模拟中,模拟所采用的时间不同于现实世界的“挂钟”时间,而是一个逻
18、辑时间,而且并不连续,只要当某一事件所在的时间点之前的所有事件都已被调度,就可以将当前时间移植该时间点执行该事件。在基于包的离散事件驱动模拟中,每个事件都是关于单个数据包的信息或者状态变化,比如说一个包的进队列、出队列、丢包、计算延迟等,每一项都是作为一个独立的事件来处理的,并很可能由该事件引发新的事件。基于流的模拟:流模拟一般将具有相同性质的一组数据包集合抽象成一个流,用几个参数刻画这个流,将流的参数的变化作为事件,这样不再关注某个包的细节,而是关注整体,大大减少了需要模拟的事件数量,提高模拟效率。提高网络模拟能力的方法可以分成以下三种类型:计算能力、模拟技术以及模拟模型。在计算能力方面,可
19、以用更快速及能力更强的计算机来加快模拟速度;在模拟技术方面,可以应用新的高效算法来加快模拟速度,比如日历队列调度算法和扩展树算法已经用于提高处理事件列表的效率;在模拟模型方面,可以引入更高层的抽象来简化模拟模型、提高模拟效率。流模拟就是从模拟模型方面入手,采用基于流的技术对实际的网络业务建模,从而得到更高的模拟能力。另一方面,最近的研究结果表明,网络流量正在变得日益复杂,难以用简单的模型来刻画。比如说,在一定时间尺度上的网络流量一般具有自相似性。自相似性指的是不同时间尺度上,网络堆叠流量的统计特性相同或者相似。引起自相似的主要原因包括:(1)通过TCP协议传输的文件,尤其是WEB文件(包括用户
20、请求的文件、实际传输的文件、文件的传输时间、服务器端存储的文件等)具有重尾分布。若文件大小符合重尾分布,则对应的文件传输均导致链路层的自相似性。(2)TCP重传机制产生自相似性。(3)TCP拥塞控制的的混沌特性(非线性、确定性、混乱中的有序(Order in disorder)、对初始状态的敏感性(蝴蝶效应)、不可预见性)。由此可见,网络行为性能的复杂化,是由于 TCP 传输机制及其自身性质造成的,同时也是大量数据叠加的结果。采用传统的数据包的模型来研究这些现象,不能从整体上去把握事物的规律和特点,而且效率比较低。比如说,为了模拟自相似流量的产生,可以采用大量 On/Off 源的叠加来实现,这
21、是一种产生自相似流量的等效方法,但是效率却十分低下。 因此,我们可以考虑,当用户不关心单个包的细节特征,而更关心网络整体表现时,可以采用流模拟方式来完成网络的模拟。 包和流的混合模拟:包模拟和流模拟都有自己的优势,又同时有自己的不足之处。模拟准确,但代价是计算量大,尤其是对大规模网络缺乏能力。流模拟在模拟大规模网络时效率要高很多,但是其关心和得到的往往是整体特征,缺乏每个包的细节。于是,我们考虑是否可以将包模拟和流模拟混合,结合二者的优点,既提高模拟效率,又能获得一定的精度。有很多理由让我们希望能够提出一个模拟方法,能将流模拟和包级别模拟两种方法的优点合并在一起。首先,通过有效的模拟大规模网络
22、和为选中的流提供详细信息,使得研究通过高速广域网通信的端到端协议的性能称为可能。关于已经存在的和未来的 Internet 通信协议的研究都会从这种方法中受益。第二,它允许小的末端网络的性能研究,如同广域网交换数据的无线网络,无线网络最好用包级别来模拟,而 WAN 则用流模型模拟更有效。最后,引入非 TCP 流量到流模型中提供了研究广域网流量的一种替代方法,可能产生更好的真实 Internet 流量模型。这些对于创造更有效的模拟方法和研究更大范围的网络问题都十分有用。1.5 仿真和模拟的意义在目前网络性能的研究方法中,计算机模拟仿真技术是重要的手段之一,具有成本低、灵活可靠、可重构、易模拟大规模
23、网络的特点,在网络建设、网络协议和网络业务开发中起着不可替代的作用。在中文文献中常用“仿真”来表示 Simulation,而用“模拟”来表示 Emulation,本文也沿用这样的惯例。仿真强调的是模仿一个系统过程的某些行为特征,而模拟强调模仿者可以取代被模仿者或嵌入到被模仿的系统中,接受同样的数据,执行同样的程序,获得同样的结果。仿真方法专注于在完全由计算机软件仿真的环境中进行实验,模拟方法则采取了直接控制网络层参数的方法在实验网上进行性能测试。本文将仿真方法的网络仿真思想引入到模拟方法中,实现了网络损伤模拟与网络仿真的关联,提高了网络损伤模拟的针对性。1.5 网络环境仿真平台的设计目标仿真平
24、台在设计思路上试图满足网络研究界在网络模拟方面的多种需求。已被众多网络研究者广泛使用。(1)抽象:模拟器要能提供不同粒度的抽象,允许通过单一的模拟器既能模拟出详细的细节,又能进行在一定程度上忽略细节的高级别的模拟。很多情况下,网络协议要在不同层次上进行研究,并且有许多数据流的汇聚和许多协议的交互。(2)仿真:大多数模拟实验是限制在一个单一的模拟世界里的,仅仅包括模拟器中有的一个强有力的工具。NIST net提供了将真实网络中的分组引入到模拟器中的手段。 (3)场景生成:在一组适当的网络条件下测试协议,对于得到可用的和有用的结果来说是很关键的。自动的创建复杂的业务模式、拓扑结构和动态事件(例如链
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