1 引言

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愃朴诼肪€圖，它詳細(xì)描述了關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件，諸如節(jié)點(diǎn)和鏈路是如何互連的。目前，常用的互連方案有點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、廣播網(wǎng)絡(luò)和多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。其中點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)由僅能與相鄰設(shè)備通信的節(jié)點(diǎn)組成(相鄰節(jié)點(diǎn)是指相互鄰接的節(jié)點(diǎn))，它包括數(shù)千個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間互連的節(jié)點(diǎn)，這些相鄰節(jié)點(diǎn)再連接到其他相鄰節(jié)點(diǎn)，以此類推。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要與不相鄰的節(jié)點(diǎn)通信，則可通過其他相鄰的節(jié)點(diǎn)間接地完成通信。源節(jié)點(diǎn)先將消息傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)，然后按順序在各中間節(jié)點(diǎn)傳輸直到最終達(dá)到目的節(jié)點(diǎn)。從相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)到另一節(jié)點(diǎn)的過程稱為橋接或路由。目前最常見的點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)溆行切?、環(huán)形和樹形3種類型。

2 基于OPNET的局域網(wǎng)拓?fù)浣?br />
優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程工具(Optimized Network Engineering Tool，簡稱OPNET)是OPNET公司開發(fā)的商用仿真平臺，支持各類通信網(wǎng)絡(luò)和分發(fā)系統(tǒng)的模擬與仿真，可通過離散事件仿真分析模型化系統(tǒng)的行為和性能，是目前較為流行的網(wǎng)絡(luò)建模仿真工具。它涉及到仿真研究的各階段，如模型設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)據(jù)搜集和數(shù)據(jù)分析。OPNET Modeler仿真模型分為網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)和進(jìn)程3個(gè)層次，分別在界面的Projeet Editor、Node Editor和Process Editor工具中建立。

2．1 星形拓?fù)?br />
星形網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征是存在一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)的線路中心。一旦建立了通道連接，就能無延遲地在連通的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。要說明的是：工作站到中央節(jié)點(diǎn)的線路是專用的，不會出現(xiàn)擁擠的瓶頸現(xiàn)象。圖1給出在OPNET Modeler中建立的星形拓?fù)洹Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)是：①容易診斷并隔離故障。如果網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或通信介質(zhì)出現(xiàn)問題，只會影響到該節(jié)點(diǎn)或通信介質(zhì)相連的節(jié)點(diǎn)，不會涉及到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因而比較容易判斷故障的位置。②方便服務(wù)。中央節(jié)點(diǎn)和中間接線都有一批集中點(diǎn)，可方便提供服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)重新配置。③控制簡單。其存在的不足是：①對中央節(jié)點(diǎn)的依賴性強(qiáng)。星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中的外圍節(jié)點(diǎn)對中央節(jié)點(diǎn)的依賴性強(qiáng)，如果中央節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，則全部網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。②擴(kuò)展困難、安裝費(fèi)用高。增加網(wǎng)絡(luò)新節(jié)點(diǎn)時(shí)，無論有多遠(yuǎn)，都需要與中央節(jié)點(diǎn)直接連接，布線困難且費(fèi)用高。③各站點(diǎn)的分布處理能力較低。星形拓?fù)涞腛PNET建模模型由10個(gè)工作站、1個(gè)交換機(jī)和1個(gè)服務(wù)器組成。為便于分析，環(huán)形和樹形拓?fù)涞慕Ｒ踩?0個(gè)工作站和1個(gè)服務(wù)器。

2．2 環(huán)形拓?fù)?br />
環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是星形網(wǎng)絡(luò)的修改版本。在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通過專用的線路連接。一種可靠昂貴的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是將每個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接到其他節(jié)點(diǎn)上，通常稱為完全環(huán)形，也稱全網(wǎng)狀設(shè)計(jì)，部分環(huán)形網(wǎng)絡(luò)一般稱為不完全網(wǎng)狀設(shè)計(jì)。圖2給出在OPNET Modeler中建立的環(huán)形拓?fù)?，該模型?0個(gè)工作站和1個(gè)服務(wù)器組成。
 

 　　環(huán)形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是：①無差錯(cuò)傳輸。由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信鏈路，傳輸信號在每一節(jié)點(diǎn)上再生，因此傳輸信息的誤碼率可減至最少。②在增加或減少工作站時(shí)，僅需簡單的連接操作。③適用于光纖。光纖的傳輸速度高，因環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是單向傳輸，適合用于光纖通信介質(zhì)。如果在環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中將光纖作為通信介質(zhì)，可大大提高網(wǎng)絡(luò)速度。加強(qiáng)抗干擾能力。④電纜長度短。其存在的不足是：①節(jié)點(diǎn)故障會引發(fā)全網(wǎng)故障。因環(huán)上傳輸數(shù)據(jù)是通過接在環(huán)上的每個(gè)中繼器完成的，所以任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的電纜或中繼器故障都會導(dǎo)致全網(wǎng)故障。②故障檢測困難。因?yàn)榄h(huán)上的任意一點(diǎn)出現(xiàn)故障都會引起全網(wǎng)故障，所以難以對故障定位。③調(diào)整網(wǎng)絡(luò)比較困難。要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的配置，如擴(kuò)大或縮小，都比較困難。

　　2．3 樹形拓?fù)?/p>

　　樹形拓?fù)涫且环N分等級的結(jié)構(gòu)。它通過一個(gè)根節(jié)點(diǎn)連接到二級節(jié)點(diǎn)上。這些二級設(shè)備與三級設(shè)備連接，三級設(shè)備與四級設(shè)備連接。樹形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是：①易于擴(kuò)展。②故障易于隔離。其存在的不足是：①各個(gè)節(jié)點(diǎn)對根的依賴性大。②網(wǎng)絡(luò)中除最低層節(jié)點(diǎn)及其接線外，任意節(jié)點(diǎn)或連線故障都將影響器件所在支路的正常運(yùn)行。圖3給出在OPNET Modeler中建立的樹形拓?fù)?。該模型?0個(gè)工作站、4個(gè)交換機(jī)和1個(gè)服務(wù)器組成。

 　　3 仿真與結(jié)果分析

　　圖4(a)～圖4(d)給出仿真結(jié)果。分別收集樹形、星形和環(huán)形拓?fù)淠Ｐ椭邢到y(tǒng)延時(shí)(System Delay)、服務(wù)器延時(shí)(Server Delay)、服務(wù)器接收通信量(Server traffic received)和節(jié)點(diǎn)node_0的負(fù)載(node_0 Load)上的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行仿真。其中，平均系統(tǒng)延時(shí)是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)。配置的仿真時(shí)間均為l小時(shí)，其他為默認(rèn)配置。為方便比較，仿真結(jié)果取平均值。圖4(a)所示為3種拓?fù)涞钠骄到y(tǒng)延時(shí)曲線?？梢娝鼈兎謩e穩(wěn)定在0．002 l s，0．001 3 s，0．0006 s。很明顯，在系統(tǒng)延時(shí)方面，環(huán)形拓?fù)渥詈?，樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最差。原因是環(huán)形拓?fù)渥詈唵危瑑H由工作站和服務(wù)器構(gòu)成；樹形拓?fù)渥顝?fù)雜，除工作站和服務(wù)器外，還有多個(gè)交換機(jī)，并且分多層。圖4(b)為3種拓?fù)涞姆?wù)器平均延時(shí)曲線。由圖可見，環(huán)形拓?fù)涞难訒r(shí)最好，而樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的延時(shí)最差。圖4(c)為3種拓?fù)涞姆?wù)器平均接收通信量曲線。由圖可見，其環(huán)形拓?fù)涞姆?wù)器平均接收通信量明顯低于星形和樹形拓?fù)洹D4(d)為3種拓?fù)涞墓ぷ髡竟?jié)點(diǎn)node_0平均負(fù)載。由圖可見，經(jīng)過波動后，星形、環(huán)形、樹形拓?fù)涞墓ぷ髡竟?jié)點(diǎn)node_0平均負(fù)載最終分別穩(wěn)定在約800 bit／s，650 bit／s，500 bit／s。由此可見，樹形拓?fù)涞墓ぷ髡竟?jié)點(diǎn)node_0平均負(fù)載最好，而星形拓?fù)渥畈睢?/p>

 　　4 結(jié)語

　　星形、環(huán)形和樹形拓?fù)涫悄壳敖⒕钟蚓W(wǎng)時(shí)最常用的3種典型拓?fù)?。由于它們自身特點(diǎn)而存在各自優(yōu)缺點(diǎn)。通過OPNET仿真可得下述結(jié)論：①在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)方面，環(huán)形拓?fù)渥詈枚鴺湫瓮負(fù)渥畈?；②在服?wù)器平均接收通信量方面，環(huán)形拓?fù)涿黠@低于星形和樹形拓?fù)洌虎墼诠?jié)點(diǎn)負(fù)載方面，樹形拓?fù)渥詈枚切瓮負(fù)渥畈?。該仿真結(jié)果為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所應(yīng)選擇的最佳拓?fù)涮峁┝思夹g(shù)參考。因此，利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET研究通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議和應(yīng)用有著重要意義。