计算机网络实验讲义(10版).doc

计算机网络实验讲义
物理与电子科学系电子信息教研室
2012年8月
绪论
开设计算机网络实验课的目的和意义
计算机网络课程不仅是一门理论性很强的课程，同时也是一门实践性很强的课程。学生必须通过严格的实践训练才能真正掌握和深入理解计算机网络的基本理论、协议和算法。因此，在计算机网课程教学中合理的安排一定数量的计算机网络实验，将十分有助于学生理解计算机网络的基本理论、协议和算法。
但随着计算机网络技术的迅猛发展，网络结构和规模日趋复杂庞大，表现在多种类型的网络日益走向融合，业务种类增加，网络负载日益繁重，新的网络技术也层出不穷，因此如何对网络进行优化设计和规划是个非常有挑战性的课题。同样，在计算机网络教学如何合理的安排网络实践教学方式随着新的技术不断的加入教学内容也变得越来越复杂。实际组网的实验方式对于我们这样的中小学校来说，由于资金和技术实力的薄弱，将面临巨大的困难和挑战。
在国外，网络仿真的研究和应用已经有十多年的历史。以前主要用于网络协议和网络设备的开发和研究，使用者大都是大学和研究所的研究和开发人员，近年来网络仿真软件生产厂商纷纷把应用和开发重点转向网络规划和设计方面，将用户由原来的研究开发人员转向网络规划和设计人员，另一方面网络仿真规划设计软件的使用和操作相当复杂，在教学中引入网络仿真实验有一定的困难。
具体来说，网络仿真技术是一种通过建立网络设备、链路和协议模型，并模拟网络流量的传输，从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。从应用的角度上看：网络仿真技术有以下特点：（1）全新的模拟实验机理，使其具有在高度复杂的网络环境下得高可信度结果的特点。网络仿真的观测功能是其他任何方法都无法比拟的；（2）使用范围广，既可以用于现有网络的优化和扩容，也可以用于新网络的设计，而且特别适用于大中型网络的设计和优化。（3）初期应用成本不高，而且建好的网络模型可延续使用，后期投资还会不断下降。
随着网络仿真软件的出现，网络仿真技术得到了进一步的发展和快速普及，应用网络仿真软件将网络仿真技术应用到计算机网络教学实践中成为可能。本书就是在使用网络仿真软件OPNET下，设计相应的网络仿真实验环境，通过网络仿真实验帮助学生进一步理解计算机网络的基本理论、协议和算法。
OPNET仿真平台简介
OPNET最早是在1986年由麻省理工大学的两个博士创建的，并发现网络模拟非常有价值，因此于1987年建立了商业化的OPNET。目前共有大概2700个OPNET用户，包括企业、网络运营商、仪器配备厂商以及军事、教育、银行、保险等领域。OPNET近几年赢得的大量奖项是对其在网络仿真中所采用的精确模拟方式及其呈现结果的充分肯定。在设备制造领域，企业界如Cisco，运营商如AT&T，采用OPNET做各种各样的模拟和调试。在国防领域，主要被美国广泛采用，其他国家大多低调处理。在OPNET各种产品中，Modeler几乎包含其他产品的功能，针对不同的领域，它表现出不同的用途：(1)对于企业网的模拟，Modeler调用已经建好的标准模型组网。在某些业务达不到服务质量要求的情况下，如网上交易、数据库等业务响应时间慢于正常情况，Modeler捕捉重要的流量进行分析，从业务、网络、服务器三方面找出瓶颈：(2)对于比企业网更复杂的运营商(ISP)网的模拟，Modeler焦点放在整个业务层、流量的模拟，使运营商有效查出业务配置中产生的错误，例如有哪个服务器配置不好，让黑客容易进攻，有哪些业务的参数配置不合适等情形； (3)针对研发的需求，Modeler提供了一个开放的环境，使用户能够建立新的协议和配备，并且能够将细节定义并模拟出来。本书侧重于使用Modeler进行研发的场合，使得其能将深层次的细节完全精确模拟的特点体现出来，这是传统方式不足以做到的。
Modeler所能应用的各种领域包括端到端结构(End to End Network Architecture Design)、系统级的仿真(System Level Simulation for Network Devices)、新的协议开发和优化(Protocol Development and Optimization)、网络和业务层配合如何达到最好的性能 (Network Application Optimization and Deployment Analysis)。举例来说，在端到端结构上的应用中，从Ipv4网络升级为IPv6，采用哪种技术方式对转移效果比较好：新协议的开发，如目前流行的3G无线协议。在系统级的仿真中，分析一种新的路由或调度算法如何使路由器或者交换机达到QOS；在网络和