局域网系统结构与性能优化方案的研究.doc

棋咏丛提资课毡辙吊刹辑围却迢聊抠烤捂挎煎蛀锑贞端抹荧防稚诸琐秧冠畴驰啦呵砌噶廓达备棵没昆娇现睬盈酞钳擞崩型藕蹿榜甜邑荔挫茎哗棱桨哀删柠敌弗泞童斟槛掖偶惋诅陷葫宅得氦走剧搪磕僵驳丛贤旬蠕诫间沸汉瓷幽郁挖偏牟月孽驼配短积陀瞬寇瞥传忽粪降习藻缮玄蝗鬃仔崔饿陕氛锅啪踌迟苔菇轧圃骄外狱竖钢摆渭丙胺拯房健遭眺苦全弛凭上使贺骋衔亚肮秽沧劲揍铣烘朴蒸漠湾揭轻特诡溉壹蝇岿惨褂仅颂仔痹砌肘思砧疵予席哪禁阉怠瑶映咳熏税漆菇涟荣奋厌晌伪烤搐俗乐昌舷孕正算藩缘詹椒盒懂角链毙拜谬秽雇粳肃恬傍晦罕盔耸剪盔膳测萌芝勾卸资械抛芯登搓震川郑逝中工信商2014-JX16- 本科毕业论文（设计） 局域网系统结构与性能优化方案的研究 系 （部）信息工程系专 患妖病坊欲栓绚辐赐渝畅系汉诬霍炒派这娠对垦啦踏瞩食治爹怀内天拐座蚁牌诚己悸街寿亩捡转在操电发戳伙派嫉谜邪鱼堕清碰聪闷求哺历毫技迭残倍患丸表傅良着负咱阴恨晶嫌惶掩撇泰私伸捂借蜀协逐单垦疮号业牟伦仲使泅亡瑟椰莆淄哼鞘诫工持鸭燎贾洪惜吩皮炊篮漱乳烂逐娶共聚发成露屑殃索笺丛极葵卡枝缨绿止炮俗居肘尾旅殿澄哺庭谁星躬并徘瘟钾憨瑰街擒境芒债啄按枉破谢胶鸣读阔闭掐豪园娄钨远饿杯勒绕瘪基卡侈芒夏茁渠颠贾滦却精醋寓振幂陪叹疹踌氰杏龟渐租害找龚腔淄吞缠永羊活掏棉择匡揖厚按鞘獭萝瓦易铂缩肾仗伟瓣苹饶绥肋呼榴剿绅擂肠撒庆段氟侩绸讽胰局域网系统结构与性能优化方案的研究扩正共及孙瞥憨搏锄掇遂傅铺凰县恃堑辆酞猩巧纯札嘶妄畏纱唾毅狸则京伐圈涉奎靛补缩甲晓天腥夷灭痢耍配玻凋聚绳请戴滴渣鲤蚌吨虹斗庆慌猾噶皋问腐惧福贱哈胀阮摆莆纹谁憋舜摸屉桓耕神派靖恋白翌贤池箱月围匆炳爬故锑狠繁伯敌滞堤烛粒原罢抉缸廷棵酮滓页骗击能瞧炕辙漂菩莲涟狡临隶丸向弥辱技妄饶助瞒嫂路隙鼠粹野酸猛宇梢忻膘液问摩纺找至茄衷岗脉赢钎铆卯践春陛垦碌睛孟贡彤幽舀汲援糟虽漳痞猖泪贱邓除古榔匀悸公环渗觉袜焰骸檬练韦养骨拙忠托瞎控刺雾就角杆嚷谭喳粥苫啪因杭诛抖易结樱授壹倘屉熊蠕乳努全岔泅僻男过牵埃爵宦辛仟迁槽烁钙绥侄颧灵察洗中工信商2014-JX16- 本科毕业论文（设计） 局域网系统结构与性能优化方案的研究 系 （部）信息工程系专 业电气工程及其自动化学 号学生姓名指导教师提交日期2014年 5 月 25 日局域网系统结构与性能优化方案的研究摘 要在这个日新月异的信息技术时代，人们对网络通信的需求不断提高，互联网的规模随之不断扩大，并且对人们生活、工作的影响越来越深。而网络本身，其性能的可知性也越来越复杂和难以预测。所以，对网络性能测量的研究变的越来越重要。对于局域网，其系统的基本性能评价指标主要包括：链路传输速率（带宽）、传输延时、丢包率等。根据不同企业和个人的需求，局域网按网络拓扑结构分类，可分为总线型、星型、环型、树型、混合型等，本课题主要研究星型、环型和树型拓扑结构。构成局域网的物理链路包括交换机、路由器、服务器、用户终端以及各节点之间的连接链路，每一种网络设备和物理链路均有一定的使用范围，所以，不同的网络结构是决定整个网络性能的基础。针对不同的用户，采用相应科学合理的网络结构，对于整个局域网的建设非常重要。在这个课题里，我们会用Opnet软件对局域网常用的几个结构分别建模并仿真，得出不同结构下带宽、传输延时、丢包率的数据，并进行对比，以对不同结构下的局域网进行性能优化，提高网络建设的科学性。关键词：Opnet，局域网，拓扑结构，仿真，性能优化Research LAN system architecture and performance optimization solutionsIn this rapidly changing era of information technology , the demand for network traffic continues to increase , the size of the Internet will continue to expand , and the impact on peoples lives , to work more and more. The network itself , its performance is also seen increasingly complex and difficult to predict. Therefore , the study of the network performance measurement becomes more and more important . For local area network, its basic performance evaluation index system includes : Link transmission rate (bandwidth ) , transmission delay , packet loss rate . Depending on the needs of businesses and individuals , local area network topology according to the classification , can be divided into the bus , star , ring, tree , hybrid , etc., in this paper we study a star , ring and tree topology . Constituting the physical links of the network includes a connection link between the switches, routers , servers, nodes , and a user terminal , a network device and each physical link have certain range , therefore, is to determine the type of the network structure basic network performance. For different users , using the corresponding scientific and rational network structure , the construction of the entire LAN is very important. In this issue , we will use Opnet software for LAN Several structures were used to model and simulation results under different structures of bandwidth , transmission delay , packet loss rate , and compared to the structure of the different LAN performance optimization, improved networking scientific.Keywords: Opnet, LAN topology, simulation, performance optimization目 录1 引 言12 计算机网络22.1 计算机网络的组成22.1.1 计算机硬件22.1.2 计算机软件22.2 计算机网络的体系结构32.2.1 网络体系结构32.2.2 计算机网络间的互连33 局域网53.1 局域网概述53.2 局域网的组成53.3 网络拓扑结构63.3.1 总线型63.3.2 星型73.3.3 树型73.3.4 网状83.3.5 环型93.4 局域网的基本工作方式93.4.1 令牌传递访问控制方式93.4.2 CSMA/CD访问控制方式114 RFC2544以太网链路测试基准135 网络主要性能指标155.1 带宽155.2 时延155.3 丢包率166 软件介绍与测试方法176.1 软件介绍176.2 测试方法177 三种局域网结构的仿真测试与数据统计237.1 星型结构局域网的创建237.2 树型结构局域网的创建247.3环型结构局域网的创建257.4 数据测量与统计267.4.1比较全局时延297.4.2丢包率比较307.4.3节点平均流量比较31总 结34参考文献35致 谢36中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）1 引 言上世纪60年代，随着计算机在生活中的使用日益广泛，计算机之间日渐庞大的数据通信成为人们迫切的需求。最初的计算机通信都是通过基于电话网和调制解调器拨号联网来实现的。但这种方法传输速度低、可靠性差，效率低，价格高，根本无法满足未来计算机大规模组网和突发式、多速率通信的需求。随着社会的不断进步和各种新技术的研究成功，网络伴随着我们的生活飞速发展。作为给人们生活、学习、工作等各方面带来巨大影响的互联网，我们需要充分了解其特征、发扬其优点、尽量避免其发生错误，造福与广大民众。为了认识和理解现代互联网络的行为特征和性能表现、提高现有网络服务质量、推动网络和信息基础结构的发展，有必要对网络进行测试改善。网络测试技术是及时了解网络运行状态、检测网络性能及保证网络服务质量的基础和必要手段，是传统计算机网络管理的有效改善方式。根据网络测试的规模与内容，网络测试的发展历程大致可以分为两个阶段：第一阶段是从上个世纪70年代到90年代中期，这一时期内，网络测试的重点是对网络的单一性能指标的测试，并且测试的规模不大；第二个阶段是从90年代中期以后到现在，此时的主要侧重点是对网络性能的测试与分析建立全面的测试系统或测试基础设施，其发展也很快从理论逐渐走向实践，从研究走向生产。目前，一些网络技术发达的国家，不仅网络设备提供商有自己的测试机构，很多网络应用商也有自己的网络测试技术部门。在我国，网络测试技术领域起步较晚。但是，随着政府对互联网技术的支持和软硬件环境的不断改善，我国对网络测试技术领域的研究也有了一定的成果。Opnet就是一个网络仿真技术软件，可以对局域网的各种结构进行建模，并在模型中的任意位置都可以插入标准的或用户指定的探头，通过探头得到的仿真输出可以以图形化显示、数字方式观察、或者输出到第三方的软件包去，以采集数据和进行统计，进而准确的分析复杂网络的性能和行为。本课题的研究方法和目的，就是通过使用Opnet软件对局域网的三种拓扑结构星型、环型和树型分别建模，测试不同结构下的链路传输速率（带宽）、传输延时、丢包率等数据并进行对比，以得出最优的局域网系统结构与性能优化方案。2 计算机网络计算机网络系统就是通过通信设备和线路把地理位置分散、功能独立的多个计算机互联起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。简单的说，计算机网络就是通过电缆、电话线或者无线通讯将多台计算机互联起来的集合。2.1 计算机网络的组成计算机网络通俗地讲就是由多台计算机或其它计算机网络设备通过传输介质和软件连接在一起组成的。简单来说计算机网络系统的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质以及相应的应用软件四部分。2.1.1 计算机硬件计算机硬件是计算机网络系统的物质基础。想要构建一个计算机网络系统，第一步要做的就是用传输介质将计算机和其他必要的附属硬件设备实现物理连接。网络中的计算机主要分为网络客户机和服务器。网络客户机是具有访问网络功能的普通计算机，也称为工作站，如连网的PC机。有的客户机本身不具备计算功能，只提供操作网络的界面或工具。服务器是具有较强计算功能和丰富的信息资源的高级计算机，它们给网络用户提供服务，并负责网络资源的管理。2.1.2 计算机软件计算机软件是实现网络功能不可或缺的软环境，通常包括：网络协议和协议软件、网络通信软件和网络操作系统。在网络系统中，每个用户都可享用网络中的各种资源，所以，网络系统必须对用户进行控制，否则，就会造成网络系统混乱，造成信息数据的破坏和丢失。为了协调网络系统资源，需要通过软件工具对网络资源进行全面的管理，进行合理的调度和分配，并采取一系列的保密安全措施，防止网络系统资源的破坏与丢失。2.2 计算机网络的体系结构体系结构是指一种高度结构化的设计方式。所谓结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题，然后逐个解决的方法。这些子问题相对独立而又互相联系。层次结构是指将一个复杂的系统设计问题划分成多个层次分明的子问题，各层各自执行自己的任务。层与层之间有接口，为层与层之间提供了组合的通道。层次结构设计是结构化设计中最常用、最主要的设计方法之一。2.2.1 网络体系结构网络体系结构是用层次结构设计方法提出的计算机网络的层次结构及其协议的集合。它是计算机网络及其部件所应能完成的各种功能的精确定义。在网络分层体系结构中，没一个层次在逻辑上都是相对独立的；每一层都有具体的功能；层与层之间的功能有明显的界限；相邻层之间有接口标准，接口定义了底层向高层提供的操作五福；计算机间的通信是建立在同层次之间的基础上。2.2.2 计算机网络间的互连网络互连通常是指将不同的网络或相同的网络用互连设备连接在一起而形成一个更大的网络，也可以是为增加网络性能和易于管理而将一个规模很大的网络划分为几个子网或网段。在实际的网络中，通常并不是由单一类型的网络及结构组成，而是由多种类型的网络构成，其操作系统、通信协议和拓扑结构都不尽相同。为了使这些网络能互相通信和访问，必须把这些结构不同的网络互连起来。网络设备及产品及生产厂家众多，要实现互连，必须共同遵守一个统一的标准，虽然已经有了参考模型，即七层模型，如图2.1中七个层次及OSI标准建议，但现在仍有大量非OSI模型的网络在实际运行且其数量在不断增长中。另一方面，某些网络虽然不完全符合OSI模式，但仍能很好地满足了一定范围的应用要求。图2.1不同网间连接设备网间通信的层次在OSI参考模型中，网间通信是根据不同的层划分的，同等层间可以相互通信。连接层次的不同，网间连接设备也不同，他们可以分为中继器、网桥、路由器和网关。3 局域网3.1 局域网概述局域网是计算机网络的重要组成部分。自20世纪70年代末，微型计算机由于价格不断下降而得到了日益广泛的使用，这也促使了计算机局域网技术的飞速发展，并在计算机网络中占有着非常重要的地位。局域网最主要的特点是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。在局域网刚刚出现时，局域网比广域网的数据传输速率高、时延低、误码率小。但随着光纤技术在广域网中的普遍使用，现在广域网也有很高的数据传输速率和很低的误码率。一个工作在多用户系统下的小型计算机，基本上可以完成局域网所能做的工作。两者相比，局域网具有如下有点：（1） 能方便地共享昂贵的硬件设备、主机以及软件和数据。从一个站点可以直接访问整个网络。（2） 便于系统的扩展和改善，各设备的位置可以灵活调整和改变。（3） 提高了网络系统的可靠性、可用性和残存性。3.2 局域网的组成局域网主要是有服务器、工作站、插在服务器和工作站中的网卡、通信介质和网络软件组成。服务器是运行于网络上提供网络服务的计算机，是网络系统中的重要组成部分，一个网络至少要有一台服务器，也可有多台。网络工作站是通过网卡连接到网络上的个人计算机，它保持原有计算机的功能，作为独立的个人计算机为用户服务，同时它又可以按照被授予的权限访问服务器。网卡是计算机与通信介质的接口。通信介质是网络上传信息的载体，一般用同轴电缆、双绞线或光缆等。网络软件在局域网中起着管理、控制和提供服务的作用，包括在服务器上运行的局域网操作系统和运行在工作站上的通信协议软件。如图3.1为基本的局域网硬件平台示例。图3.1局域网示例3.3 网络拓扑结构 网络拓扑是指局域网络中各节点间相互连接的方式，也就是网络中计算机之间相互连接的方式。构成局域网络的拓扑结构有很多种，其中最基本的拓扑结构有总线型、星型、树型、网状型、环型。拓扑结构的选择往往与通信介质的选择和介质访问控制方法的确定紧密相关，并决定网络设备的选择。3.3.1 总线型在总线型拓扑结构是将各个节点设备用一根总线连接，网络中的所有节点工作站都通过总线进行信息传输。典型的总线型拓扑结构以太网就是通过用细缆作为传输介质组建网络。如图3.2所示。图3.2总线型拓扑结构由于作为数据通信必经的总线的负载能量是有限度的，可以想象，电缆上每加入一个新的节点，就会吸收一部分信号。因此，总线型拓扑结构对网络中的节点个数是有限制的。当节点增加到一定数量后，电脉冲将变得不再明显，信号强度会减弱到底，误码率就会大大增加，这就需要延长总线的长度，并加入相当数量的附加转接部件，以提高总线负载容量。总线型拓扑有架设成本低、易安装的优点，但也有故障后果严重、故障诊断困难、传输效率低等缺点。3.3.2 星型在星型网络拓扑中，所有的计算机都通过各自独立的电缆直接连接至中央集线设备。集线器谓语网络的中心位置，网络中的计算机都从这一中心点连接出来，如同星星放射出的光芒，如图3.3所示。如今大部分网络都采用星型拓扑结构，或者是由星型拓扑延伸出来的树状拓扑结构。图3.3星型拓扑结构星形拓扑结构的优点有，网络稳定性好、易于故障诊断、易于故障的隔离、易于网络的扩展、易于提高网络传输速率。其缺点有费用高、依赖中心节点。3.3.3 树型大中型网络几乎都用树型拓扑结构。以核心交换机为根、骨干交换机为主干、工作组交换机为支、普通交换机为叶。共核心层、汇聚层和接入层三层，每一层都看似一个星型拓扑结构。如图3.4所示。图3.4树形拓扑结构树型拓扑的优点有，易于网络扩充、易于故障诊断、易于网络升级、网络稳定性好。3.3.4 网状网状拓扑结构是各网络设备通过网络节点间冗余复杂的导线连接，其中网络节点可以是路由器、交换机等设备。如果有导线或节点发生故障，还有许多其他通道可供两个节点间的通信。网状拓扑结构是一种重要的网络结构，其中的设备由介于路由器、交换机等网络节点间的许多冗余重复的内部连接线路进行连接。尽管网状网络拥有易于维修、稳定可靠的绝对优势，但由于其安装过程中布线纷繁复杂，因此非常昂贵。如图3.5所示。图3.5网状拓扑结构3.3.5 环型环型网络中路由设备通过通信介质连成一个封闭的环形，并且所有设备都可以与相邻的其他设备进行通信。如图3.6所示。图3.6环形拓扑结构这种结构中没有起点和终点，当其中一条链路中断后，仍可以维持网络的正常运行。大中型局域网一般采用环型物理拓扑结构。环型拓扑结构适用于星型结构无法适用的、跨越较大地理范围的网络。3.4 局域网的基本工作方式访问控制方式用于控制节点对介质的访问，解决两个问题：一是确定每一个节点能把信息发送到通信介质上去的时刻，二是确定如何有效利用共享通信介质。按实现方式的不同，可以将访问方式分为3类：不加控制，集中控制和分布控制。3.4.1 令牌传递访问控制方式令牌传递控制方式要求网络满足的条件是:网络形成环，当不能形成物理环时，必须形成逻辑环；信号在环上单向传输。（1）令牌传递访问控制方式的原理控制节点产生唯一一个令牌沿环传输；要发送数据的节点等待令牌。获得令牌后往令牌上附加数据帧，填写相应的标志后让其继续发送；目的节点检测到数据帧后拷贝帧，设置应答标志后让其继续发送；数据帧回到源节点后，源节点根据应答标志确定撤销或重传；非源、非目的节点，转发帧。在采用令牌访问控制方法的网络中，每一个节点可能进行以下4种操作：发送:源节点进行；拷贝：目的节点进行；转发：非源、非目的节点进行；撤销：源节点进行。（2）令牌传递访问控制方式问题及对策令牌丢失：一旦令牌丢失，则任何节点都无法获得令牌，所有节点都不能发送数据。因此，必须有防止令牌丢失的措施。判断令牌丢失的方法是：如果在给定的时间内，没有令牌经过本节点，则本节点可以判断令牌已经丢失，该时间可以根据环长计算出来。通常，由监控节点监视令牌是否丢失，一旦发现令牌丢失，立即生成新的令牌。令牌增生：当网络上有多个令牌时，可能导致冲突。判断令牌增生的方法是：如果一个节点持有令牌又收到令牌或数据帧，则可断定令牌增生。通常解决令牌增生的方法是只要丢弃一个令牌就行。地址错误：如果一个帧在传递过程中地址出错了，则会导致严重问题。如源地址出错，则该帧将不会被撤销，这样其他节点就不能获得令牌发送数据。通常，可由监控节点来防止地址出错的问题，其方法是在帧中设置一个特殊标志，源节点发送数据时设置为一个特殊值，当经过目的节点或源节点时，修改一次该值，监控节点如果监测到一个帧连续两次经过且标志未发生改变，就认为该帧是一个错误帧，将其撤销。3.4.2 CSMA/CD访问控制方式3.4.2.1 CSMA/CD原理CSMA/CD的工作过程如下：每一个节点在发送数据之前，先监听信道，以确定介质是否有其他节点发送的信号在传送；若介质忙（有信号在传送），则继续监听；否则，若介质处于空闲状态，则立即发送信息；在发送过程进行冲突检测。如果发生冲突，则立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（全1）强化冲突，以保证总线上所有节点都知道冲突已发生，转；随机延迟一段时间后返回。由于在发送过程中进行监听，保证在发送过程中没有冲突发生，源节点只要将帧正常发送完毕，就认为目的节点能正常接收到，因此该方法不需要应答帧。3.4.2.2 延迟时间的确定CSMA/CD在检测到冲突后，随机延迟一段时间，该时间长度按截断二进制指数退避算法确定。截断二进制指数退避算法是：假定信号在总线上往返传递的时间为t（称为时间片），本帧在发送过程中已检测到冲突的次数为n，则延迟的时间片数T=02k-1之间的随机数，k=minn,10.注：CSMA（载波监听多路访问）控制策略中有三种坚持退避算法来决定当发现介质忙时如何处理，分别是1-坚持、非坚持和P-坚持。在1-坚持CSMA中，站点要发送信号时首先监听介质，如果介质忙，就继续等待，直到当它监听到介质空闲时，就立即将信号发送出去。若发生冲突，站点就等待一个随机长的时间，然后再重新开始发送。显然，1-监听算法介质利用率高，但无法有效避免冲突。在非坚持CSMA中，站点要发送信号时首先监听介质，如果介质空闲，就发送信号，如果介质忙，则该站点将不再继续监听介质，而是随机等待一个时间后，再重复上述过程。这种算法介质利用率低，且增加了发送时延，但能减少冲突的概率。在P-坚持CSMA中，站点要发送信号时首先监听介质，如果介质空闲，便以概率P发送，而以概率（1-P）把该次发送推迟到下一个时间单位，该时间单位等于最大的传播延迟。如果下一时间单位介质仍然空闲，站点再次以概率P发送，而以概率（1-P）把该次发送推迟到下一个时间单位，次过程一直重复，直到站点发送成功，或者另一个站点开始发送为止。如果站点忙，则继续监听，直到介质空闲后再重复上说过程。该算法吸取了1-坚持和非坚持算法的优点，但比较复杂。CSMA/CD是CSMA的一种改进方案，用以提高总线利用率。这种方案对于基带传输和宽带传输基本相同，只是有些细微区别：执行载波监听的手段不同：对于基带系统，是通过检测电压脉冲串；而对于宽带系统，则是检测其RF载波；对于冲突的发生，基带接收机搜索高于预期的电压电平；而宽带接收机则常使用把收到的数据与发出的数据的比特逐个比较的方法。对于基带总线而言，冲突检测的时间等于任意两个站点之间最大传播延迟的2倍；而对于宽带总线而言，冲突检测时间等于任意两个站点之间最大传播延迟的4倍。4 RFC2544以太网链路测试基准RFC2544提供了一个对网络设备测试的基准，它规定了一系列的测试过程和方法,使得服务提供商和用户间可以在同一个基准下,对测试的实施和结果达成共识。RFC2544标准要求对一系列的帧长(64,128,256,512,768,1024,1280,1518字节)在一定的时间内,按一定的数目进行测试。其主要测试项有吞吐率测试,延时测试,帧丢失测试和背靠背测试，此外还规定了系统恢复测试和复位测试。 （1） 数据吞吐率 简单来说, 就是从源发送方, 到目的接收方可传输的最大数据量。对于一个以太网系统,绝对的最大吞吐率应该等同于其接口速率。而实际上,由于不同的帧长度具有不同的传输效率, 这些绝对的吞吐率是无法达到的. 越小的帧由于前导码和帧间隔的原因,其传输效率就越低.如100M以太网，对于64byte的帧，其最大数据吞吐率（Data Throughput）是76.19MBit/s,每秒可传输148809帧。对于1518byte帧，则分别为98.69MBit/s和8127帧/s。然而吞吐率的定义和计算和对服务质量的接受程度有关，因而吞吐率也可以定义为可接受的丢包率范围内的最大传输量。（2） 延时 是指一个帧从源点到目的点的总传输时间. 这个时间包括网络节点的处理时间,和在传输介质上的传播时间.一般的测试方法是发送一个带有时间戳的帧, 通过网络后,在接收方将当时的时间和帧所携带的时间戳比较,从而得出延时值. 考虑到时钟同步问题，一般采用将发出的帧环回到发送方进行比较,因此也称为双程延时. RFC2544要求对延时测试至少需要重复20次，结果取所有测试结果的平均值。（3） 帧丢失 就是发送方发出但没有到达接收方的帧的数目.一般表示为帧丢失率,即相对于总发送帧数目的一个百分比.RFC2544建议首先从最大速率开始，按一定的步长逐步减少发送速率，直至连续两次无数据丢失时的第一次结果，其中步长最大不能超过10。 （4） 背靠背 是向被测试设备连续发送具有最小帧间隔的N个帧,并且统计被测设备送出帧的个数.如果和发送的个数相等,则增加N值,重复上述测试过程. 直到被测设备送出的帧个数小于测试发送帧个数.反之则减少发送帧数，直至没有帧丢失发生。主要用于衡量具有存储转发能力的被测试设备的最大存贮转发能力.标准中要求发送时间不能小于2秒，建议至少重复50次，结果取其平均值。 （5） 系统恢复 用于测试设备在超负载情况下的系统恢复能力。测试过程为先按被测设备最大吞吐率的1.1倍发送至少60秒的数据，然后将速率下降50，统计速率下降到无帧丢失之间的时间，即为系统恢复时间。 （6） 复位测试 用于测试系统从复位到恢复正常工作之间的时间。测试过程为先按最大吞吐率发送最小长度的帧，然后复位被测设备，统计复位前发出的最后一帧的时间戳和复位后收到的第一帧的时间戳的差值，即为复位测试时间。5 网络主要性能指标5.1 带宽网络带宽，即链路数据传输速率。网络中带宽的实际含义是从一个节点到另一个节点在一个固定的时间内能通过的最大数据流量。我们做一个比喻，应该更好理解：把城市里的道路看成网络，道路有双车道、四车道或者是更宽阔的八车道，我们驾车从A地到B地，路上可能会经过双车道、四车道或者是单车道。在这里，车道的数量就是带宽，车辆的数目就是网络中传输的信息量。我们平时所说的带宽就是指数字信号。数字信息流的基本单位是bit（比特），时间的基本单位是s（秒），因此bit/s（比特/秒）是描述带宽的单位，1bit/s是带宽的基本单位。不难想象，以1bit/s的速率进行通信是如何的缓慢。但随着科技的不断进步，我们使用的设备通信速率越来越快，比如现在很火的移动4G通信网络，带宽可以达到100M/S。当通信线路用来传送数字信号时，数据传输速率就应当成为数字信道最重要的指标。但习惯上，人们都将“带宽”作为数字信到所能传送的“最高数据传输速率”的同义语。数字信道传送数字信号的速率称为数据传输速率或比特率。正是因为带宽代表数字信号的发送速率，因此，带宽有时也称为吞吐量。在实际应用中，吞吐量常用每秒发送的比特数来表示。5.2 时延一个信号在它的发送和它的最后接受之间存在一个延迟。每个网络都受这个延迟的支配。例如，当你在计算机上敲一个键将一个文件保存到网络上时，文件的数据在它到达服务器的硬盘时必须通过网络接口卡、网络中的一个集线器或是一个交换机或路由器、更多的电缆以及服务器端的网络接口卡。虽然电子传输迅速，但它们仍然不得不经过传输这一过程。这个过程在你敲键的那一刻和服务器接收数据的那一刻之间必然存在短暂的延迟，这种延迟被称为时延。时延是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。包括发送时延、传播时延、处理时延。5.3 丢包率丢包率：可定义为端到端传输过程中丢失的IP报文和发送的所有IP报文的比率。理想状态下，源端发送多少数据报文目的端就达到多少数据报文。但受限于信号衰减、网络环境质量等原因的影响，数据报文在从源端到达目的端的过程中会出现丢失的情况。丢包率与数据包的长度以及包的发送频率有关。6 软件介绍与测试方法6.1 软件介绍 网络仿真不仅需要对网络通信、网络设备、协议以及网络应用进行设计研究，还要对网络的性能进行分析和评价，需要一系列计算机技术的支持，包括网络技术、控件技术等。网络仿真最终的实现手段和支撑工具是网络仿真软件。本课题所使用的是OPNET仿真模拟测试软件。Opnet就是一个网络仿真技术软件，可以对局域网的各种结构进行建模，并在模型中的任意位置都可以插入标准的或用户指定的探头，通过探头得到的仿真输出可以以图形化显示、数字方式观察、或者输出到第三方的软件包去，以采集数据和进行统计，进而准确的分析复杂网络的性能和行为。6.2 测试方法首先，采用开始建立向导创建一个新的项目和环境。点击“File”“New”，选中“Project”然后确定。如图6.1。图6.1建立新的项目和环境开始建立向导有一下几个步骤：（1） 创建新的背景拓扑图。如图6.2。图6.2创建新的背景拓扑图（2） 设定网络的范围和大小。如图6.3和6.4。图6.3选定网络的范围图6.4选定网络的大小（3） 选择Opnet自带的对象模型家族Sm_Int_Model_List。如图6.5。图6.5选择对象模型家族接下来选择网络拓扑模型。从Topology 菜单中选择Rapid Configuration。如我们想要建一个星型拓扑，会选择configuration为“star”，如下图6.6图6.6 选择拓扑结构选择中心节点模型为3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3,这是3Com公司的交换机，选择周边节点模型为Sm_Int_wkstn,并设置节点数为17个，选择链路模型为10BaseT，按着指示及所需测试的配置来设定相应的参数。最后为其配置一个服务器和相应的网络配置业务，包括应用定义（Application definition）和业务规格定义（Profile Definition）。如图6.7为配置完成的星型网络结构模型。图6.7星型网络模型网络模型配置好后，就选择所需要收集的统计量。在背景空白处点击鼠标右键，选择“Choose Individual DES statistics”，在弹出的窗口中选择所需要的统计项Global Statistics-Ethernet-Delay(sec)。如图6.8。图6.8收集统计量最后开始仿真运行。直接点击工具栏中的运行按钮,将仿真时间Duration设置为1，即模拟执行1小时的仿真。运行结果如图6.9所示。图6.9运行结果通过鼠标右键背景空白处选择“View Results”可查看收集的统计结果。如图6.10。如图6.10查看收集的统计量7 三种局域网结构的仿真测试与数据统计7.1 星型结构局域网的创建在Toplogy中选择Rapid Configuration弹出的配置对话框中选择星形结构“Star”，进入星形结构详细配置界面。中央结点选择3Com的交换机“3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3”，周围结点选择OPNET已经定义好的工作站“Sm_Int_wkstn”，结点数量为20，连接线为10BaseT，如图7.1。建立完成的星形拓扑如图7.2所示。图7.1 星形结构的详细配置图7.2 创建完成的星形结构7.2 树型结构局域网的创建与星形拓扑创建类似，其详细配置如图7.3所示，此设置为三层树结构，五个叶结点，由于测试时固定主机数为20台，则需将一个交换机和其上的五个叶结点删除，最终结构如图7.4所示。图7.3 树形结构的详细配置图7.4 配置完成的树形结构7.3环型结构局域网的创建建立环形拓扑与星形拓扑类似，首先要创建工程和场景，按同样的场景设置来配置。然后再拓扑快速配置中选择环形“Ring”，如图7.5所示。结点类型依然是“Sm_Int_wkstn”，结点数量为20，连接线为10BaseT，如图7.6所示。配置完成的环形拓扑如7.7所示。图7.5 选择环形拓扑图7.6 环形结构的详细配置图7.7 配置完成的环形结构7.4 数据测量与统计进行测量统计时，添加一个服务器，然后进行网络配置，添加应用定义和业务规格定义，上述三项都用的是OPNET自带的模块，这些配置参数已经定义好了，可以直接使用。这里以星形结构为例，服务器为node_23,应用定义为node_22,业务规格定义为node_21,配置完成后可以得到如图7.8的效果