1 引言

網絡拓撲類似于路線圖，它詳細描述了關鍵的網絡構件，諸如節點和鏈路是如何互連的。目前，常用的互連方案有點到點網絡、廣播網絡和多點網絡。其中點到點網絡由僅能與相鄰設備通信的節點組成(相鄰節點是指相互鄰接的節點)，它包括數千個相鄰節點間互連的節點，這些相鄰節點再連接到其他相鄰節點，以此類推。如果一個節點需要與不相鄰的節點通信，則可通過其他相鄰的節點間接地完成通信。源節點先將消息傳輸到相鄰節點，然后按順序在各中間節點傳輸直到最終達到目的節點。從相鄰節點傳輸數據到另一節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、環形和樹形3種類型。

2 基于OPNET的局域網拓撲建模

優化網絡工程工具(Optimized Network Engineering Tool，簡稱OPNET)是OPNET公司開發的商用仿真平臺，支持各類通信網絡和分發系統的模擬與仿真，可通過離散事件仿真分析模型化系統的行為和性能，是目前較為流行的網絡建模仿真工具。它涉及到仿真研究的各階段，如模型設計、仿真、數據搜集和數據分析。OPNET Modeler仿真模型分為網絡、節點和進程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

星形網絡的關鍵特征是存在一個連接節點的線路中心。一旦建立了通道連接，就能無延遲地在連通的兩個節點之間傳輸數據。要說明的是：工作站到中央節點的線路是專用的，不會出現擁擠的瓶頸現象。圖1給出在OPNET Modeler中建立的星形拓撲。其優點是：①容易診斷并隔離故障。如果網絡中的節點或通信介質出現問題，只會影響到該節點或通信介質相連的節點，不會涉及到整個網絡，因而比較容易判斷故障的位置。②方便服務。中央節點和中間接線都有一批集中點，可方便提供服務和網絡重新配置。③控制簡單。其存在的不足是：①對中央節點的依賴性強。星型拓撲網絡中的外圍節點對中央節點的依賴性強，如果中央節點出現故障，則全部網絡不能正常工作。②擴展困難、安裝費用高。增加網絡新節點時，無論有多遠，都需要與中央節點直接連接，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個服務器組成。為便于分析，環形和樹形拓撲的建模也取10個工作站和1個服務器。

2．2 環形拓撲

環形網絡是星形網絡的修改版本。在環形網絡中，節點通過專用的線路連接。一種可靠昂貴的環形網絡設計是將每個節點都連接到其他節點上，通常稱為完全環形，也稱全網狀設計，部分環形網絡一般稱為不完全網狀設計。圖2給出在OPNET Modeler中建立的環形拓撲，該模型由10個工作站和1個服務器組成。
 

 　　環形拓撲的優點是：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，因環形拓撲網絡是單向傳輸，適合用于光纖通信介質。如果在環形拓撲網絡中將光纖作為通信介質，可大大提高網絡速度。加強抗干擾能力。④電纜長度短。其存在的不足是：①節點故障會引發全網故障。因環上傳輸數據是通過接在環上的每個中繼器完成的，所以任何兩個節點間的電纜或中繼器故障都會導致全網故障。②故障檢測困難。因為環上的任意一點出現故障都會引起全網故障，所以難以對故障定位。③調整網絡比較困難。要調整網絡中的配置，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構。它通過一個根節點連接到二級節點上。這些二級設備與三級設備連接，三級設備與四級設備連接。樹形拓撲的優點是：①易于擴展。②故障易于隔離。其存在的不足是：①各個節點對根的依賴性大。②網絡中除最低層節點及其接線外，任意節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個服務器組成。

 　　3 仿真與結果分析

　　圖4(a)～圖4(d)給出仿真結果。分別收集樹形、星形和環形拓撲模型中系統延時(System Delay)、服務器延時(Server Delay)、服務器接收通信量(Server traffic received)和節點node_0的負載(node_0 Load)上的統計量進行仿真。其中，平均系統延時是衡量網絡性能的重要指標。配置的仿真時間均為l小時，其他為默認配置。為方便比較，仿真結果取平均值。圖4(a)所示為3種拓撲的平均系統延時曲線。可見它們分別穩定在0．002 l s，0．001 3 s，0．0006 s。很明顯，在系統延時方面，環形拓撲最好，樹形拓撲結構最差。原因是環形拓撲最簡單，僅由工作站和服務器構成；樹形拓撲最復雜，除工作站和服務器外，還有多個交換機，并且分多層。圖4(b)為3種拓撲的服務器平均延時曲線。由圖可見，環形拓撲的延時最好，而樹形拓撲結構的延時最差。圖4(c)為3種拓撲的服務器平均接收通信量曲線。由圖可見，其環形拓撲的服務器平均接收通信量明顯低于星形和樹形拓撲。圖4(d)為3種拓撲的工作站節點node_0平均負載。由圖可見，經過波動后，星形、環形、樹形拓撲的工作站節點node_0平均負載最終分別穩定在約800 bit／s，650 bit／s，500 bit／s。由此可見，樹形拓撲的工作站節點node_0平均負載最好，而星形拓撲最差。

 　　4 結語

　　星形、環形和樹形拓撲是目前建立局域網時最常用的3種典型拓撲。由于它們自身特點而存在各自優缺點。通過OPNET仿真可得下述結論：①在網絡延時方面，環形拓撲最好而樹形拓撲最差；②在服務器平均接收通信量方面，環形拓撲明顯低于星形和樹形拓撲；③在節點負載方面，樹形拓撲最好而星形拓撲最差。該仿真結果為網絡規劃所應選擇的最佳拓撲提供了技術參考。因此，利用網絡仿真軟件OPNET研究通信網絡、設備、協議和應用有著重要意義。