1 引言
網(wǎng)絡(luò)拓撲類似于路線圖，它詳細描述了關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件，諸如節(jié)點和鏈路是如何互連的。目前，常用的互連方案有點到點網(wǎng)絡(luò)、廣播網(wǎng)絡(luò)和多點網(wǎng)絡(luò)。其中點到點網(wǎng)絡(luò)由僅能與相鄰設(shè)備通信的節(jié)點組成(相鄰節(jié)點是指相互鄰接的節(jié)點)，它包括數(shù)千個相鄰節(jié)點間互連的節(jié)點，這些相鄰節(jié)點再連接到其他相鄰節(jié)點，以此類推。如果一個節(jié)點需要與不相鄰的節(jié)點通信，則可通過其他相鄰的節(jié)點間接地完成通信。源節(jié)點先將消息傳輸?shù)较噜徆?jié)點，然后按順序在各中間節(jié)點傳輸直到最終達到目的節(jié)點。從相鄰節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)到另一節(jié)點的過程稱為橋接或路由。目前最常見的點到點拓撲有星形、環(huán)形和樹形3種類型。
2 基于OPNET的局域網(wǎng)拓撲建模
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、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)點和進程3個層次，分別在界面的Projeet Editor、Node Editor和Process Editor工具中建立。
2．1 星形拓撲
星形網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征是存在一個連接節(jié)點的線路中心。一旦建立了通道連接，就能無延遲地在連通的兩個節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)。要說明的是：工作站到中央節(jié)點的線路是專用的，不會出現(xiàn)擁擠的瓶頸現(xiàn)象。圖1給出在OPNET Modeler中建立的星形拓撲。其優(yōu)點是：①容易診斷并隔離故障。如果網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點或通信介質(zhì)出現(xiàn)問題，只會影響到該節(jié)點或通信介質(zhì)相連的節(jié)點，不會涉及到整個網(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)點和中間接線都有一批集中點，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)點的依賴性強。星型拓撲網(wǎng)絡(luò)中的外圍節(jié)點對中央節(jié)點的依賴性強，如果中央節(jié)點出現(xiàn)故障，則全部網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。②擴展困難、安裝費用高。增加網(wǎng)絡(luò)新節(jié)點時，無論有多遠，都需要與中央節(jié)點直接連接，布線困難且費用高。③各站點的分布處理能力較低。星形拓撲的OPNET建模模型由10個工作站、1個交換機和1個服務(wù)器組成。為便于分析，環(huán)形和樹形拓撲的建模也取10個工作站和1個服務(wù)器。
2．2 環(huán)形拓撲
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)計是將每個節(jié)點都連接到其他節(jié)點上，通常稱為完全環(huán)形，也稱全網(wǎng)狀設(shè)計，部分環(huán)形網(wǎng)絡(luò)一般稱為不完全網(wǎng)狀設(shè)計。圖2給出在OPNET Modeler中建立的環(huán)形拓撲，該模型由10個工作站和1個服務(wù)器組成。
環(huán)形拓撲的優(yōu)點是：①無差錯傳輸。由于采用點到點的通信鏈路，傳輸信號在每一節(jié)點上再生，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，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)形拓撲網(wǎng)絡(luò)是單向傳輸，適合用于光纖通信介質(zhì)。如果在環(huán)形拓撲網(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。加強抗干擾能力。④電纜長度短。其存在的不足是：①節(jié)點故障會引發(fā)全網(wǎng)故障。因環(huán)上傳輸數(shù)據(jù)是通過接在環(huán)上的每個中繼器完成的，所以任何兩個節(jié)點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。因為環(huán)上的任意一點出現(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，如擴大或縮小，都比較困難。
2．3 樹形拓撲
樹形拓撲是一種分等級的結(jié)構(gòu)。它通過一個根節(jié)點連接到二級節(jié)點上。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。樹形拓撲的優(yōu)點是：①易于擴展。②故障易于隔離。其存在的不足是：①各個節(jié)點對根的依賴性大。②網(wǎng)絡(luò)中除最低層節(jié)點及其接線外，任意節(jié)點或連線故障都將影響器件所在支路的正常運行。圖3給出在OPNET Modeler中建立的樹形拓撲。該模型由10個工作站、4個交換機和1個服務(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)形拓撲模型中系統(tǒng)延時(System Delay)、服務(wù)器延時(Server Delay)、服務(wù)器接收通信量(Server traffic received)和節(jié)點node_0的負載(node_0 Load)上的統(tǒng)計量進行仿真。其中，平均系統(tǒng)延時是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標。配置的仿真時間均為l小時，其他為默認配置。為方便比較，仿真結(jié)果取平均值。圖4(a)所示為3種拓撲的平均系統(tǒng)延時曲線。可見它們分別穩(wěn)定在0．002 l s，0．001 3 s，0．0006 s。很明顯，在系統(tǒng)延時方面，環(huán)形拓撲最好，樹形拓撲結(jié)構(gòu)最差。原因是環(huán)形拓撲最簡單，僅由工作站和服務(wù)器構(gòu)成；樹形拓撲最復(fù)雜，除工作站和服務(wù)器外，還有多個交換機，并且分多層。圖4(b)為3種拓撲的服務(wù)器平均延時曲線。由圖可見，環(huán)形拓撲的延時最好，而樹形拓撲結(jié)構(gòu)的延時最差。圖4(c)為3種拓撲的服務(wù)器平均接收通信量曲線。由圖可見，其環(huán)形拓撲的服務(wù)器平均接收通信量明顯低于星形和樹形拓撲。圖4(d)為3種拓撲的工作站節(jié)點node_0平均負載。由圖可見，經(jīng)過波動后，星形、環(huán)形、樹形拓撲的工作站節(jié)點node_0平均負載最終分別穩(wěn)定在約800 bit／s，650 bit／s，500 bit／s。由此可見，樹形拓撲的工作站節(jié)點node_0平均負載最好，而星形拓撲最差。
4 結(jié)語
星形、環(huán)形和樹形拓撲是目前建立局域網(wǎng)時最常用的3種典型拓撲。由于它們自身特點而存在各自優(yōu)缺點。通過OPNET仿真可得下述結(jié)論：①在網(wǎng)絡(luò)延時方面，環(huán)形拓撲最好而樹形拓撲最差；②在服務(wù)器平均接收通信量方面，環(huán)形拓撲明顯低于星形和樹形拓撲；③在節(jié)點負載方面，樹形拓撲最好而星形拓撲最差。該仿真結(jié)果為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所應(yīng)選擇的最佳拓撲提供了技術(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。