计算机网络仿真技术概述,浅谈计算机网络仿真技术及其研究

浅谈计算机网络仿真技术及其研究

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摘要：在信息化和工业化相互促进的现代化进程中，计算机网络仿真技术将逐步深入到国民经济的各个领域，并将扮演越来越重要的角色。该文正是基于此背景，对当前比较常用的计算机网络仿真软件进行了介绍，并对计算机网络仿真技术进行了研究。

关键词：网络仿真；仿真工具；仿真研究

中图分类号：TP391.9　文献标识码：A　文章编号：1006-8937(2010)18-0088-01

近年来，由于传统网络设计和规划方法过于依靠经验，对复杂的大型网络设计抓不住要点，这已经完全不能适应网络发展的新形势，因而需要一种能够快速地建立网络模型的新方法来满足网络发展的需要，该方法还必须能够方便地对模型进行修改，正是基于网络发展的这种新要求，现代计算机网络仿真技术便应运而生。该技术是进行网络技术研究的一种基本手段，并已经发展成为一种最佳的可供选择的测试、评估和验证手段之一。

1　计算机网络仿真技术概述

1.1　计算机网络仿真技术的定义

在阐述计算机网络仿真技术之前，首先要了解“仿真”的含义。“仿真”一词最早于1961年由G.W.Morgenthater提出，他将“仿真”理解为一种对实际不存在事物或现象的模拟。后来。1978年Kom又在Morgenthater的基础上对“仿真”的内涵进行了扩充，他将“仿真”定义为用能代表所研究的系统的模型做实验。直到1984年，Oren才提出现代仿真技术这一重要概念，他认为“仿真是一种基于模型的活动”。在此之后“仿真”的技术含义不断地得以发展和完善。

从“仿真”的含义发展过程可以看出，无论哪种定义，“仿真”是基于模型的这一基本观点是共同的，其是对真实世界的模拟。因此，我们可以将计算机网络仿真技术理解为它是一种通过建立网络设备、链路和协议的模型，并通过模拟网络流量的传输、信息的处理，以获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的技术。

1.2　计算机网络仿真技术的特点

计算机网络仿真是一门比较前沿，技术含量较高的技术，具有如下特点：一是仿真总是基于统计模型，是统计复用随机性的精确再现；二是遵循全新的模拟实验机理，这种新的机理使得计算机对高度复杂的网络环境具有很强的适应性，并产生信任度很高的实验结果；三是具有其他任何方法都无法比拟的预测功能；四是具有广泛的适用范围，无论是对现有网络的优化与扩容，还是对新网络的规划与设计都适用；五是网络建设的初期应用成本与传统方法相比较低，并且建成后的网络模型可以重复使用，对网络管理与维护的后期投入也会持续下降。

2　计算机网络仿真工具介绍

现阶段的计算机网络仿真主要是借助仿真软件来实现，历史上的第一个仿真软件诞生于1955年。根据软件设计功能的不同，仿真软件有高端和低端之分，高端产品的建模机制较为复杂、模型库比较完备、外部接口比较多且功能强大，其所得到的仿真结果也比较真实可靠。下面就介绍几款最具有代表性的计算机网络仿真工具。

2.1　OPNET网络仿真软件

OPNET软件是一款最常见的网络仿真软件，它主要由ItDecisionGuru、Modeler和Modeler／radio三个模块组成。ItDecisionGuru由于只具有仿真、分析功能，只适合最终用户使用；Modeler则以ItDecisionGuru为基础构建，并在此平台上增加了建库功能，因而功能更加全面：Modeler／radio则以Modeler为基础，并增加了对移动通信和卫星通信的支持，从而对其功能进一步进行了完善。

仿真软件OPNET具有如下特点：

①提供三层建模机制，即以状态机来描述协议的最底层Process模型；由相应的协议模型构成，反映设备特性的中间层Node模型；最上层为网络模型。

②与时间驱动相比，OPNET软件采用离散事件驱动的模拟机理，极大地提高了计算效率。

③其采用把基于统计的数学建模方法和基于包的分析方法结合起来混合建模机制，这样得到的实验结果比较贴近仿真对象，并且仿真效率也有所提高。

④OPNET软件具有强大的统计量收集和分析功能，可以直接收集常用的各个网络层次的性能统计参数，从而可以方便地编制和输出仿真报告。

⑤OPNET软件提供了和网管系统、流量监测系统的接口，能够方便的利用现有的拓扑和流量数据建立仿真模型，同时还可对仿真结果进行验证。

2.2　网络仿真软件NS

NS是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，主要用于仿真各种网络协议和网络体系结构，该软件支持包含各种单播和多播路由模型在内的TCP协议。该软件尤其适合于对基于TCP／IP的网络进行仿真。如果NS中没有所需的网络元素，则可以利用Ns的扩展功能对其添加所需网络元素。NS采用c++和TcL两种程序设计语言，由于NS的内核变动少，与操作系统的底层交互多，往往选择c++实现，而由于对实验模型的配置、参数的传递的改动频繁，则使用TcL进行描述较为合适。

2.3　仿真工具NAM

NAM最早于1990年由StevenMcCanne开发完成，主要用于动画演示网络研究中数据包的传输过程。NAM是一种基于TcL的网络动画演示工具，具有进行分组级或指定协议级的网络运行的动画演示功能。此外，NAM还可以向用户动态演示网络在仿真过程中发生的事件，这样用户就可以对NAM的网络仿真中的复杂行为获得更容易、更直观的理解。

目前，NAM主要由ISI组织进行开发和维护，比较常用的版本为ham-1.11。NAM的功能主要是运行动画，动画的运行是根据网络模拟软件或真实环境里的特定格式的输出文件来确定的。NAM演示过程可以自动保存和转换为GIF和MPEG短片，以便在教学过程中进行播放。此外，在实验室环境中，NS和NAM结合使用可以很容易对不同网络问题进行验证。

3　计算机网络仿真技术研究

3.1　仿真研究准备阶段

计算机网络仿真技术研究准备阶段首先要对仿真的对象和课题进行研究，这一步是仿真研究最为基础的一项工作，研究过程要准备好要研究业务的基本资料和相关知识，这些知识对研究工作的进一步开展起到至关重要的作用；其次仿真所要研究的问题和目标也要明确和规范化，并能够针对研究对象的具体性质提出相应的仿真描述性能参数；再次要针对研究的业务和对象制订详细的仿真研究计划。

3.2　仿真模型设计阶段

在计算机网络仿真技术研究设计阶段首先要确定模型的边界，模型边界的确定是根据研究和分析的目的进行的，边界确定后就要建立模型，并对模型进行形式化处理，形式化处理的目的是为了得到计算机仿真所要求的数学描述，并按仿真的要求选择合适的算法，算法的选择直接决定整个仿真研究工作的结果，算法选择后就要收集用于仿真模型实现和验证的相关数据；其次就是程序设计，主要是用计算机能执行的程序来描述仿真模型；接着对模型进行检查，该过程除了调试程序以外，更重要的是要检验所选仿真算法的合理性；最后进入模型的验证阶段，为了确保模型的正确性、完整性和一致性，需要验证代码实现的仿真模型是否和相应确定条件下的实际情况相符合。

3.3　仿真分析阶段

在仿真模型建立以后，要对模型进行仿真分析。首先要利用仿真模型完成具体仿真场景，仿真场景的设计应充分考虑仿真统计内容、运行次数、运行周期和运行时间长度、启动条件和终止条件等参数的影响；其次要在正确的仿真模型的情况下，对模型进行实实在在的仿真活动：最后利用分析工具和数学知识对仿真输出结果进行分析，在必要时还要将多次独立运行的仿真结果进行统计分析。

3.4　仿真结束阶段

在计算机网络仿真技术研究的结束阶段主要任务是根据仿真研究过程编写网络仿真的研究报告。

4　结语

计算机网络仿真技术是一项极具挑战性的新兴技术，它被广泛地应用在国民经济的各个领域，并已经发展成为现代科技研究和应用的有效手段。尽管这一技术还有待完善，但随着计算机网络的日趋复杂化和网络规模的日渐庞大，计算机网络仿真技术的应用也将越来越广泛，并将成为数据网络规划设计不可缺少的工具。

参考文献：

[1]康凤举.现代仿真技术与应用(第2版)[M].北京：国防工业出版社,2006.

[21刘广.网络仿真工具在高校计算机网络教学中的应用探索[J].现代教育技术,2009,(10).

[3]蒋丽影，惠晓威，章永来.仿真技术及网络仿真的研究[J].办公自动化，2007，(4).

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