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1、CSMA/CD的OPNET仿真分析1实验目的通过本次实验课程，利用OPNET对CSMA这种信道访问协议建模。通过在总线型信道上成立CSMA模型，来分析CSMA协议的共享信道访问机制。把握相关理论知识与学习利用OPNET软件。2 OPNET软件介绍是一个网络仿真技术软件包，它能够准确的分析复杂网络的性能和行为，在中的任意位置都能够插入标准的或用户指定的探头，以搜集数据和进行统计。通过探头取得的输出能够以图形化显示、数字方式观看、或输出到第三方的软件包去。其产品结构有三个组成，能为用户提供一系列的仿真模型库，在电信、军事、航天航空、系统集成、咨询效劳、大学、行政机关等方面被普遍应用。OPNET特点
2、网络仿真能够为网络的计划设计提供靠得住的定量依据。能够迅速地成立起现有网络的模型，并能够方便地修改模型并进行仿真，这使得网络仿真超级适用于预测网络的性能，回答WHATIF如此的问题。例如：若是网络扩容，骨干中继链路带宽需要扩大多少？若是网络上增设新的业务，对网络性能有什么阻碍？网络上的哪些链路或网络设备需要升级和改造？若是网络拟采纳新的技术升级，网络的性能会有多大幅度的改善？这种改善与投入相较是不是值得？同时新技术的引进是不是会带来负面阻碍？网络仿真能够验证明际方案或比较多个不同的设计方案。在网络计划设计进程中常常显现多个不同的设计方案，它们往往是各有优缺点，很难作出正确的选择，因此如何进行科
3、学的比较和取舍往往是网络设计者们感到头疼的事。网络仿真能够通过为不同的设计方案成立模型，进行模拟，获取定量的网络性能预测数据，为方案的验证和比较提供靠得住的依据。那个地址所指的设计方案能够是、路由设计、业务配置等等。OPNET应用程序性能管明白得决方案可确保应用程序在生产中有效执行，系统具有充沛的容量支持这些应用程序，而且网络可提供实现效劳水平目标的应用程序功能。OPNET解决方案提供了一种用于应用程序性能治理的端到端方式。OPNET用于及时准确地了解网络状况的一流分析功能的基础上，OPNET网络设计、运行和计划解决方案又在整个网络治理生命周期内提供了一组补充性功能，其中包括利用预测计划和优化
4、、网络审核和更改验证和快速故障排除。OPNET网络研发解决方案将高保真模型与业内领先的可扩展模拟技术相结合，可增进技术创新并加速网络协议和设备的研发。OPNET层次建模OPNET中的建模工作在3种不同的环境中完成，提供了3层建模机制。最底层为进程模型，由状态机来描述协议；第二为节点模型，由相应的协议模型组成，反映设备特性；最上层为网络模型。3层模型和实际的网络、设备、协议层次完全对应，全面反映了网络的相关特性。进程建模(PrOCeSSmodeling)模拟单个对象的行为，利用有限状态机进行建模。每一个状态内写人任意的CC+十代码和专门为协议编程设计的库函数，用于概念节点内功能模块中各事件之间的
5、操纵流，利用符合工业标准的状态图来描述功能模块内的状态和状态间的操纵流。节点建模(nodemodeling)成立由相应协议模型组成的节点模型，该层建模将进程建模中的各个进程互限联成设备，能够反映设备的特性。用于概念网络节点的结构和描述节点中模块间的数据流。通过节点编辑器(nodeeditor)能够描述协议的层次结构，并通过描述功能模块之间的数据流来实现一个网络器件或系统的体系结构。网络建模(networkmodeling)负责将节点建模中成立起来的设备互联成网络，编辑网络的拓扑结构，通过将模型库中的各类通信实体拖放工作区能够方便地配置网络拓扑，并可对设备的属性进行设置。OPNET通过三层建模机
6、制成立起来的三层模型和实际的协议、设备、网络层次完全对应，能全面反映实际网络的相关特性。OPNETModeler仿真步骤利用Modele大体能够分为以下6个步骤：1）配置网络拓扑；2）配置业务；3）搜集结果统计量；4）运行仿真；5）调试模块再次仿真；6）发布结果和拓扑报告。3 CSMA协议的基本思想该协议是在Aloha随机信道访问的基础上增加了载波监听的功能。当站点有数据发送，先监听信道；假设站点发觉信道空闲，那么发送数据；假设信道忙，那么继续监听直至发觉信道空闲，然后完成发送；假设产生冲突，该站等待一段随机的时刻，然后从头开始发送进程。在本协议中，当一个站发觉信道空闲时，它传输数据成功的概率
7、为UCarrierSenseMultipleAccess,载波侦听多路访问。采纳散布式操纵方式，附接总线的各个结点通过竞争的方式，取得总线的利用权。只有取得利用权的结点才能够向总线发送信息帧，该信息帧将被附接总线的所有结点感知。包括以下三个要点：载波侦听一一发送结点在发送信息帧之前，必需侦听媒体是不是处于空闲状态；多路访问一一具有两种含义，既表示多个结点能够同时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧能够被多个结点所接收；冲突检测一一发送结点在发出信息帧的同时，还必需监听媒体，判定是不是发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）。IEEE或ISO8802/3概念了CSMA/CD的标准。CSM
8、A是载波检测（侦听）多路访问，它检测其他站的活动情形，据此调整自己的行为分为以下几类：1） 1-持续CSMA（1-persistentCSMA）：当信道忙或发生冲突时，要发送帧的站，不断持续侦听，一有空闲即可发。其中，长的传播延迟和同时发送帧，会致使多次冲突，降低系统性能。大体思想：该协议是在Aloha随机信道访问的基础上增加了载波监听的功能。当站点有数据发送，先监听信道；假设站点发觉信道空闲，那么发送数据；假设信道忙，那么继续监听直至发觉信道空闲，然后完成发送；假设产生冲突，该站等待一段随机的时刻，然后从头开始发送进程。在本协议中，当一个站发觉信道空闲时，它传输数据成功的概率为Io2)非持续
9、CSMA：它并非持续侦听信道，而是在冲突时：，但致使更长延迟。大体思想：当一个节点要发送数据时，第一监听信道；若是信道空闲就当即发送数据；若是信道忙那么舍弃监听，随机等待一段时刻，再开始监听信道。非持续CSMA会减少发送数据致使冲突的概率，但会使得数据在网络中的平均延不时刻增加。3)P-持续CSMA：它应用于分槽信道，依照P概率发送帧。即信道空闲时，那个时槽，欲发送的站P概率发送，下一时槽仍空闲，同理进行发送。假设信道忙那么等待下一时槽，假设冲动那么等待随机的一段时刻，从头开始。P-持续CSMA用于时分信道，其大体思想是：当一个节点要发送数据时，第一监听信道；若是信道忙那么坚持监听到下一个时隙
10、；若是信道空闲，便以概率p发送数据，以概率l-p推延到下一个时隙；若是下一个时隙信道仍然空闲，那么仍以概率p发送数据，以概率l-p推延到下一个时隙；如此一直持续下去，直到数据被发送出去，或因其他节点发送而检测到信一本正经忙为止，假设是后者，那么等待一段随机的时刻后从头开始监听。P-持续CSMA的性能依托于概率P的选取。以上都是对ALOHA的改良，当信道忙时，所有站都不传输帧。4)带冲突检测的CSMA(CSMA/CD:CSMAwithCollisionDetection)：它一旦检测到冲突，当即终止当前传输中的帧，节省时刻和带宽，并等待一段时刻，从头尝试。它普遍用于LAN中MAC子层，是当前以太
11、网LAN的基础。其概念时刻模型分为三个时期：传输周期，竞争周期和空闲周期。值得一提的是，监听的机制：传输数据时，他的硬件进行监听电缆，若是读回来的信息与发送的不一致，便知发送冲突了。那个地址，固然需要一种特殊的信号编码方案，能够检测出两个OV信号冲突(或在此冲突下，故意不检测，因信号没有损坏）在有线网中，冲突检测的最核心内容是帧碎片（即检测到网络中有小于那个大小的帧就以为是帧碎片，因为传输两端都在传输造成冲突，两端数据在网络中都只有1部份）。在无线网中由于有隐藏结点（即每一个结点不明白也不可能明白整个网络的实时情形），因此无法“检测”因此CSMA/CA（CSMAwithCollisionAvo
12、idance）载波侦听多路访问冲突检测就应运而生了，它是利用RTS/CTS（即类似TCP的握手协议）的应答策略来保证在传输中结点可不能再同意请求，从而解决了无线网中的冲突。4CSMA/CD模型设计工作站节点模型设计网络采纳总线拓扑结构，每一个节点代表一个工作站。节点的模型设计如图1所示。工作站节点模型：工作站节点包括四个处置器模块，一个队列模块和一对收发信模块。工作站节点模型实现了OSl数据链路层的部份功能，即mac子层功能。总线发射机和总线接收机模型作为总线链路的接口。这两个模型用以太网标准的数据速度10Mbits发射和接收数据。sink模型表示更高层，它简单的接收从mac传输来的数据包。d
13、efer模型独立的监视链路的状态和标记，mac从状态线读取不同值，那个值用来决定是不是许诺发射机进行发送。burstygen模型表示更高层用户，那个用户向发射机提供数据。它通过ON/OFF模拟方式来操纵包发送量。图1工作站节点模型mac模块处置要接收和发送的包。接收到的包被解封并传送到更高一层。要发送的包被封装而且当统计标志从大的数值变成小的数值时，一个包通过发射机发送出去。那个模型也检测是不是发生了碰撞，假设发生一次，那么发信机就停止发送,而且稍后再从头发送。进程模型设计mac进程模型设计mac模块的进程用来治理发射和接收包。mac进程模型设计如图2所示。它能够分为三个功能： 封装并对要发送
14、的包进行排队 解封并传送接收到的包 决定是不是从头进行发送ethmacintf进程模型设计eth_mac_intf模块把应用数据转换成适合mac处置的格式。它从数据源取得数据，标志一个许诺的目标地址（假设是随机的分派地址），然后把数据送到mac模块。它也同时接收从mac来的包，并把包传送到更高一层的sink模块。进程设计如图3所示。defer进程模型设计defer模块用来判定状态标志值是升高仍是降低。标志值被mac模块读取以用来决定发射机是不是被许诺发送或信道是不是被分派给另外的用户。进程模型设计如图4所示。图2mac进程模型&4KLMJPiVUB44mCrtlwi*aXa1O.CEEEUED
15、O=图3ethmacintf进程模型图4defer进程模型网络模型成立为了对前面成立的节点进行仿真,需要把它们放在网络模型中，在网络中咱们成立一个有十个工作站的总线拓扑结构的网络，连路模型的数据传输速度为10Mbits,如图5所示。JiltBeltVicvSc4riBTcpclgyTrEfacFrotc0lsIQtDOCtorFlCVAnLyscDC。立PVinl三瑞瑞居ep囱昉河*通晅国盟24,室兴昱5仿真结果与分析查看运行结果如图6所示。从图6可知，尽管两个图形的趋势是相同的，可是他们的纵坐标表示是不一样的。上面的统计图是表示接收机在单位时刻里成功收到的平均包数。从理论上来讲，这种统计值仅仅计算了无碰撞包的比特数和在10Mbitss信道下能抵达的最大值。从图上能够看出，吞吐量在仿真到40秒时开始变得稳固，大约6.7Mbitso也能够从utilization图上看出信道利用率大约是67%,那个值是信道速度为10Mbits的百分比。那个图说明当信道流量达到较高的67%时，以太网协议仍然能够有效的传送数据。图6信道吞吐量和信道利用率6总结本实验通过对CSMA/CD随机访问协议的建模，验证了CSMA/CD随机访问协议的吞吐量和信道利用率，探讨了OPNET仿真技术，表达了基于上
