网络仿真工具在高校计算机网络教学中的应用


浅谈网络仿真工具在高校计算机网络教学中的应用
摘 要:针对计算机网络实验教学存在的问题,介绍了目前应用 较为广泛的网络仿真工具 ns2 在该课程实践教学中的应用。重点介 绍了 ns2 进行网络仿真的基本方法和步骤,并通过具体实例详细阐 述了其在网络实践教学中的应用。 关键词:ns2 软件;网络仿真;实践教学 计算机网络是一门理论与应用紧密结合的课程,其中涉及了大量 的概念、原理以及各种协议和算法等。这些内容大多抽象晦涩,单 纯通过理论教学难以让学生理解和掌握。实践教学是解决上述问题 的有效方法。然而,一方面由于受到现有教学条件和资金的制约, 另一方面由于机房多是单机环境,使得网络原理、网络应用的实践 教学无法开展。 近年来,国内外许多高校纷纷利用各种网络仿真软件,将它们应 用于计算机网络课程的实践教学中,并且取得了一定的成效。从某 种程度上来讲,借助各种网络仿真软件以弥补硬件资源条件的不 足,这已经成为高校计算机网络实践教学发展的一种趋势。本文将 ns2 网络仿真技术应用于计算机网络课程的实践教学中,重点介绍 了利用 ns2 进行网络仿真的基本方法和步骤,并通过具体实例详细 阐述了其在无线网络实践教学中的应用。 1.计算机网络实践教学现状 由于实验设备比较陈旧,硬件基础薄弱,从而导致教师和学生难

以及时追踪和掌握一些最新的网络技术。特别是在实践中理解和掌 握这些新技术,更是显得相当困难。例如,针对目前流行的无线网 络、ipv6 技术等,现有的实验设备根本无法开展相关的实践教学活 动。另一方面,购置新的实验设备则意味着需要投入大量的资金, 而我校目前在资金投入方面尚存在困难。 ns2 是加州大学伯克利分校开发的一种离散事件驱动的网络模拟 器。作为一款开源的网络仿真软件,ns2 已被广泛用于计算机网络 的相关教学和科研工作中,且已取得了良好的效果。因此,将 ns2 技术引入到计算机网络课程的实践教学是非常有必要和有意义的。 2 利用 ns2 进行计算机网络实践教学 ns2 的功能非常强大, 能够提供有线和无线网络中各种协议的仿真 与模拟。比如:网络层 rip、ospf 和 bgp 路由协议,传输层 tcp 和 udp 协议,应用层 ftp 和 telnet 协议等。 2.1 ns2 仿真的基本方法和步骤 在 ns2 中,网络构件采用分裂对象模型方式实现。即,用户接口 在 otcl 脚本中实现,而构件的主要功能则在 c++中实现。与此对应 地,ns2 包含两个层次: (1)用户层次。对于简单的网络模拟,只 需通过编写 otcl 脚本就可将各种已有的网络元素组合起来,而无 需对 ns2 本身进行任何修改。 (2)系统层次。对于一些复杂的模拟 情形, 可以首先采用 c++语言对 ns2 内核进行功能扩展并重新编译, 然后编写相应的 otcl 脚本进行仿真。

总的来说,利用 ns2 进行网络仿真分为以下三个步骤: 1)问题定义。首先,根据被模拟的网络对象,分析并确定网络仿 真所涉及的层次。 2)模拟实现。其次,根据仿真层次来决定编写必要的 otcl 脚本 或构造可能需要的 c++和 otcl 类。例如,根据仿真具体要求可能 需要添加新的网络元素等。 3)结果分析。最后,执行模拟并通过 nam 将整个仿真过程用动画 的方式展现出来,采用 xgraph 或 gnuplot 等绘图工具对结果文件 进行分析和处理。同时,根据分析结果决定是否需要进一步修改和 完善。 图 1 给出了 ns2 进行网络仿真的基本流程。 2.2 实践教学仿真实例 tcp 协议是重要的传输层协议, 要求学生不仅要理解 tcp 协议的工 作原理,而且还要理解在网络发生拥塞时,如何在 tcp 协议控制下 实现拥塞控制的过程。针对这一教学内容,我们建立仿真场景,实 验采用了图 2 所示的拓扑结构, 假设有一 4 结点星型网络, 节点 s\-0 和节点 s\-1 作为发送方分别经过节点 r\-1 向接收方节点 r\-2 发 送数据。 节点 n\-0、 n\-1 与节点 n\-3 之间分别建立一条 tcp 连接。 节点 s\-0 和 s\-1 到节点 r1 的链路带宽设置为 10mb/s,延迟时间 为 10ms,排队策略为末尾丢弃(droptail) ;节点 r\-1 到节点 r\-2 链路带宽为 8mb/s,延迟时间为 20ms。仿真实现 2 个目标: (1)通

过动态显示工具 nam 了解网络中数据流流向; (2)学习理解 tcp 拥 塞控制协议的工作原理。开始时结点 0 以 4mb/s 速率发送数据;在 1.0s 时结点 1 以 2mb/s 速率 cbr 方式开始向结点 3 发送数据; 此后 结点 1 的发送速率每过 1s 增加 2mb/s。 在实验结束后,还可以利用图形工具 xgraph 或 gnuplot 对住址产 生的数据进行处理,以图形方式输出,得到直观满意的图形结果。 3 结束语 计算机网络课程教学需要不断探索和研究先进的教学方法和手 段,以激发学生对该门课程的学习兴趣,提高教学质量。本文充分 利用网络仿真技术,将 ns2 仿真软件应用到计算机网络课程的实践 教学过程中。不仅在一定程度上解决了现有教学条件和资金不足的 问题,而且能够满足本课程对学生的理论知识和实践能力的培养要 求。更重要的是,它还能够提高学生的自我学习和自主创新能力。 因此,这将对提高我校计算机网络教学的质量和水平,具有十分重 要的意义。 参考文献: [1] 陈建锐.ns2 仿真与网络实验教学 [j] .实验科学与技术,2010, 8(2): 75-77 [2]张琪, 谢慧等.基于 ns2 的网络仿真实验教学研究[j].计 算机教育,2010(10): 144-146 [3]付雪峰,刘有珠等.计算机网络课程实验教学探讨[j].南昌

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