论文导读:：将OPNET网络仿真技术引入到计算机网络课程的实验教学中，介绍了OPNET及其研究背景，发挥其应用优势，设计与实现基于OPNET的网络仿真实验教学，并通过将局域网划分多个子网的应用实例，取得良好的实验效果。采用OPNET开展网络仿真实验，缓解网络硬件设备局限与实验需求之间矛盾，拓宽实验教学的途径，是使实验教学走在前沿且行之有效的方法和手段。
论文关键词：网络仿真，OPNET，实验教学
0 引言
随着计算机网络技术的飞速发展，计算机网络的应用从教育、科研已渗透到社会的各个领域，计算机专业学生不仅需要学习计算机网络的基础知识，而且还需要掌握网络的应用和开发技术，以及进行网络性能方面的研究。目前，各高校都建设了网络实验室以提供对计算机网络理论研究和教学的硬件支持，使学生可以通过实验教学系统地掌握网络技术，但是由于新的网络技术层出不穷，网络结构和规模日趋复杂庞大，大部分高校因为网络设备价格昂贵而实验经费有限、实验设备和场地不足等因素影响，网络硬件设施的配置和更新跟不上课程内容的更新速度，使得新的网络知识和技术难以在真实环境下通过实验来实现，从而不能有效地帮助学生理解所学。另外，采用真实的网络环境开展网络设计和开发、性能测试等实验，不仅需要耗费大量的设备资金投入，增加了网络设计成本, 而且在更改方案时也要花费大量的时间和精力，这样，不利于搭建教学模型，以及数据的收集和统计，实验教学效果不理想。针对以上这些存在问题，我们尝试将OPNET网络仿真技术引入计算机网络课程的实验教学中，发挥其应用优势，探究基于OPNET的网络仿真实验教学方法。
1 OPNET的概述及其研究背景
网络仿真作为一种新的网络规划和设计技术，为网络的规划设计提供了客观、可靠的定量依据，大大缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性。网络仿真技术已经逐渐成为网络规划、设计和开发的主流技术，得到日益广泛的应用。OPNET是Windows环境下功能完善的网络仿真软件远程教育论文，具有在通信网络和信息系统方面的专业化设计, 是当前世界上先进的网络仿真开发和应用平台。它所创建的系统由一系列属性可配置的对象组成，采用模块化的设计和数学分析的建模方法，能够对各种网络设备、通信链路和各层网络协议实现精确建模，提供了全面的网络建模和协议支持。目前，有名的通信设备公司如华为、中兴、AT&T、3COM等均采用OPNET进行网络仿真和开发新协议。国外高校已普遍把网络仿真技术作为计算机网络课程教学的有效辅助手段，网络仿真教学的实验环境也比较成熟，美国有些高校甚至已经有十多年的经验，使用OPNET来构建网络仿真实验环境中国知网论文数据库。在国内对OPNET的研究和应用方兴未艾，高校也逐渐重视并尝试利用仿真技术来进行网络实验教学。例如：吉林大学软件学院与吉林中软吉大信息有限公司联合开发了网络协议仿真教学系统，并利用到网络协议的教学和实验中；北京理工大学、武汉大学都使用OPNET网络仿真软件开展计算机网络的教学与实践应用。
2 OPNET在计算机网络仿真实验教学中的优势
在高校计算机网络的实验教学中应用OPNET网络仿真这种先进技术，可以在计算机上搭建起虚拟的网络平台，模拟真实的网络环境，在这个实验环境中学生可以方便地进行各种网络实验，以及收集、分析数据，获取特定网络的性能参数进行分析和评价；也可以比较多个方案的优劣，为网络的升级或优化改造提供定量依据，另外，OPNET网络仿真软件还可以用于故障分析、开发新的网络协议等，具有优越的性能，在实验教学中发挥着以下的优势：
(1)采用OPNET对各类计算机网络进行仿真，从实验过程到实验结果都比理论推导形象生动，让学生对计算机网络课程的学习更加直观深入，通过这种网络仿真实验更加容易理解和掌握计算机网络知识和技术，激发学生的学习兴趣和积极性，加强学生的专业技能训练，促进创新实践能力的培养，从而提高计算机网络课程的实验教学效果。
(2)利用OPNET建模之后，可以让学生自己搭建不同参数的网络仿真平台,更全面地了解网络协议的性能。通过OPNET网络仿真技术可以拓展实验项目，有利于综合性、创新性实验的开展，突破教学重点难点，提高实验教学质量。
(3)无论是建设新的网络，还是升级或改造现有网络，都需要对网络进行可靠地规划和设计。利用OPNET网络仿真实验能够有效地提高网络规划和设计的可靠性和准确性，而不需要对网络硬件设施进行升级或改造，降低网络建设的投资风险，节约实验成本。
(4) OPNET所提供的仿真运行和结果分析功能使开发人员能够快速、直观地获得网络性能参数,为优化设计或决策提供更便捷、有效的手段，也可以使学生掌握一个网络研究和开发的工具，拓宽实验教学的途径。
3 基于OPNET的网络仿真实验教学设计与实现
3.1 实验教学设计
由于OPNET的体系结构比较复杂，在计算机网络课程的实验教学中引入OPNET网络仿真，需要从加强学生能力培养的角度，对网络仿真模拟网络系统的步骤作相应调整，构建与计算机网络课程相适应的OPNET实验体系。根据仿真理论，网络仿真模拟网络系统的主要步骤及解决的问题包括：①明确仿真目的；②理解系统；③选择需要建模的方面；④定义输入和输出；⑤确定网络模型；⑥确定输入；⑦可信度与模型的完善；⑦仿真结果是否足够详细，仿真结果要能够解释所研究的问题；⑨仿真结果是否可用，本阶段是对仿真模型运行后所产生的数据进行分析。在实验教学的实施过程中，为了避免学生可能会认为OPNET过于复杂而产生畏难情绪，影响实验目标的达到，因此，可以将上述步骤作适当的调整，经过调整后的实验建模步骤设置为：①明确仿真目的；②确定网络功能和网络模型；③选择网络设备；④配置网络(设备)参数；⑤检验仿真结果。再结合调整后的步骤，进一步研究相应的实验内容开设。由于OPNET的建模采用三个层次，分别是网络域(network model)、节点域(node model)、进程域(process model)，而且在实验教学中可以分别开设：验证性实验、综合性实验、创新性实验，所以需要在以上三种不同类型的仿真实验中运用不同的建模层次，使OPNET建立起来的三层模型与实际的网络、设备和协议等层次完全对应远程教育论文，全面反映网络的相关特性。
3.2 OPNET在网络仿真实验教学中的应用
OPNET网络仿真软件具有丰富的协议、业务模型、设备模型库和适合各个层次的建模工具，以及强大灵活的仿真分析工具，其图形化的界面方便用户使用， OPNET强大的功能和全面性几乎可以模拟任何网络设备，支持各种网络技术，具有广阔的应用前景，在计算机网络课程的实验教学中主要实现以下几个方面的应用：
(1)计算机网络实验中的常用各类网络，如：总线型、星型、环形局域网、快速以太网等，不可能都用现实网络给学生进行实验，而OPNET的网络域建模可以模拟从简单到复杂的各种现实网络，技术支持良好，学生可以在图形模式下，利用OPNET自带的各类设备、协议、链路、子网等模型，使用鼠标把它们拖曳到项目编辑器中，然后选择相应链路将它们连接起来，即可进行模拟实验，这样，能够较快地实现对某一现实网络的模拟，映射现实网络，加深学生对各类网络的理解。
(2)OPNET能够迅速地建立起现有网络的模型，方便地修改模型并进行仿真，非常适用于预测网络性能，例如：利用OPNET对Email流量模型进行仿真与建模。HTTP、FTP、Data Base等各种网络应用对网络的影响，也可以通过OPNET的建模来模拟分析。OPNET功能完善的结果分析器为网络性能的分析提供了有效又直观的工具，能够准确地分析复杂网络的性能和行为，采集相关数据进行分析统计，而且仿真运行的结果（如各项性能指标：链路利用率、丢包率、吞吐量、网络延迟等）被自动整理到一个OPNET输出文件中，便于进一步比较分析，以提高学生对网络应用的分析能力。
(3)计算机网络的分层体系结构是分层技术使用的典范，OPNET层次化的网络模型，可使用多层次嵌套的子网来建立复杂的网络拓扑结构，可以对物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层全部建模，也可以仅对某些特定层进行建模，其简单明了的建模方法能够使学生易于理解网络体系结构中分层的概念和意义。
(4)通过OPNET网络仿真技术对网络结构、设备、链路和协议的建模实验，获取网络设计或优化所需要的网络性能数据，而且它有集成的调试器，还支持和VC联合调试，能够快速地验证仿真或发现仿真中存在的问题。
(5)在实验教学过程中，采用仿真技术丰富实验项目。使用OPNET提供的各种模型加深对网络的基本概念、网络性能、网络业务的相关原理的学习和理解，也可以利用节点编辑器、进程模型编辑器学习各种网络协议的工作原理和执行过程，并应用仿真自行研究和设计网络协议中国知网论文数据库。例如：教学局域网理论时，为了让学生从负载、延时等方面了解所组建局域网的性能，可利用OPNET进行仿真实验。另外，OPNET提供了完全开放性的应用程序接口功能，学生可以根据需要添加、修改已有的源代码，使得网络模型和数据文件很容易被其它编程工具调用，通用性好。
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