实验4：RIP与OSPF路由协议分析(常用版)

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实验4：RIP与OSPF路由协议分析实验4：RIP与OSPF路由协议分析（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）1实验题目采用Opnet仿真并分析RIP和OSPF协议2实验目的和要求掌握路由协议RIP、OSPF的工作原理掌握Opnet仿真RIP和OSPF协议的方法3实验设备及材料操作系统：Windows2003/XP主机网络模拟器：OPNET4实验内容4.1RIP路由模拟与性能测试本实验的环境如下：Intel(R)Core(TM)2DuoCPUT7100@1.80GHz，0.98GB内存；WindowsXPProfessionalv.2002SP2；网络仿真平台为0PnetModeler14.0。网络模型的规模为10kmx10km的大小。导入RIP-RIPv1场景。图1导入场景、图2选择RIP-RIPv1图3显示了进行路由协议性能分析所建立起来的网络模型，该模型主要包括四个主干路由器以及一些子网，每个子网是两个局域网，通过路由器连到主干路由器上（图4），且配置了相应的业务流量。路由器间互连的链路采用的是PPPDS3链路。该模型中共四个子网，其IP地址配置如下表所示。表1IP地址分配网络IP地址子网IP地址子网West子网EastNothNetEastNetSouthNetWestNet图3RIPv1网络仿真模型图4子网络内的仿真模型子网内的仿真模型如图2所示，由West和East两个局域网和一台中心路由器组成。两个局域网拥有相同的网络结构，均是采用100BaseT的局域网模型，该模型是快速以太网模型，它包括任何数量的工作站和一个服务器，在本模型中工作站的数量是十个。针对协议的性能仿真主要是从路由协议网络收敛性，协议开销，网络延时三个方面进行仿真分析。路由协议网络收敛性是指路由域中所有路由器对当前的网络结构和路由转发达成一致的状态。收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上所有的相关路由器都得知这一变化，并且相应的做出改变所需要的时间。协议开销是指网络节点为了获得路由信息所引入更新网络状态信息的通信开销，它随网络规模的扩大而增加，触发状态信息更新发布策略与QOS路由性能密切相关。此外，网络拓扑和流量分布对协议开销也有一定的影响。时延定义了一个IP包穿越一个或多个网段所经历的时间。时延由固定时延和可变时延两部分组成。固定时延基本不变，由传播时延和传输时延构成；可变时延由中间路由器处理时延和排队等待时延两部分构成。添加统计信息量：添加路由协议收敛性和协议开销场景空间空白处右键单击，在弹出菜单中选择”ChooseIndividualDESStatistics”图5添加路由器协议的统计信息量在弹出窗口中选择RIP协议统计量，如图6所示：图6选定RIP统计量添加子网时延统计量选择EastNet中的East子网进行统计分析，统计量选择的是局域网的延时。图7选择子网时延统计量仿真时间30分钟。4.1.1RIP路由协议收敛仿真结果分析由于收敛时间与仿真时间相差很大，需要截取指定时间范围来观察收敛效果。图8编辑面板属性图9截取0-20s的数据图10RIP协议的路由收敛仿真结果RIP.NetworkConvergenceActivity图中的横轴代表时间，是以秒为单位显示的，纵轴代表协议收敛活动，y坐标值为1表示有收敛活动，y坐标值为0表示没有收敛活动。RIP.NetworkConvergenceDuration(sec)图中的横轴代表时间，是以秒为单位显示的，纵轴代表收敛周期。从图中可以看出RIP网络收敛大概开始于仿真进行6秒后，在16秒后结束，收敛周期大概为10秒。4.1.2RIP协议开销的仿真结果图11RIP协议的开销仿真结果图12平均开销比较仿真结果图中的横轴代表仿真时间，是以分钟为单位显示的。纵轴代表流量比特数。从图中我们发现RIP会定时的产生协议的开销，这个定时周期就是路由更新定时器的时间。并且这种开销一直维持在较高的水平上，在2500到3500bits/s之间。4.1.3RIP协议延时的仿真结果图13RIP协议延时仿真结果图中横轴代表仿真时间，是以分钟为单位显示的，纵轴代表的是延时时间，是以秒为单位显示的。从图中我们发现采用RIP协议时，我们选择的局域网的延时大概在0.00006秒左右。4.2OSPF路由模拟与性能测试针对OSPF协议进行的性能仿真研究主要也是从路由协议网络收敛性、协议开销，网络延时三个方面进行。图14OSPF网络仿真模型仿真时间30分钟。4.2.1OSPF路由协议收敛仿真结果分析图15OSPF协议的路由收敛仿真结果OSPF.NetworkConvergenceActivity图中的横轴代表时间，是以秒为单位显示的，纵轴代表协议收敛活动，y坐标值为1表示有收敛活动，y坐标值为0表示没有收敛活动。OSPF.NetworkConvergenceDuration(sec)图中的横轴代表时间，是以秒为单位显示的，纵轴代表收敛周期。从图中我们可以看出OSPF网络收敛大概开始于仿真进行2秒后，在57秒后结束，收敛周期大概为55秒。4.2.2OSPF协议开销的仿真结果图16OSPF协议的开销仿真结果OSPF.TotalOSPFProtocolTrafficSent(bits/sec)图中的横轴代表仿真时间，是以分钟为单位显示的，纵轴代表流量比特数。从图中我们可以看出OSPF在刚开始的一段时间内，路由交换的数据量非常的大，达到98,000bitS/s，随后数据量下降，在大约1分钟以后，即OSPF达到收敛状态之后，数据量趋于稳定，维持在一个比较低的水平上，约3000bits/s。4.2.3OSPF协议延时的仿真结果图17OSPF协议延时仿真结果以Northern_California的Engineering_LAN为例，其网络时延为0.00045秒。5实验报告实验报告3：RIP与OSPF路由协议分析参考本文档格式，最后写上姓名、班级和日期。实验四基于Matlab的序列比对分析实验目的了解MATLAB7.x生物信息工具箱中的序列比对方法；熟悉从数据库获取序列信息,查找序列的开放阅读框,将核普酸序列转换为氨基酸序列,绘制比较两氨基酸序列的散点图,用Needleman-wunsch算法和Smith-Waterman算法进行比对,以及计算两序列的同一性的方法；熟悉与序列比对相关的生物信息学函数。所需软件MATLAB7.0或MATLAB7.0以上的版本实验内容序列比对是生物信息学的重要基础。进行序列比对的目的之一是判断两个序列之间是否具有足够的相似性，从而判定二者之间是否具有同源性。序列比对的基本算法主要有两个，一个是用于全局比对的Needleman-Wunsch算法，另一个是主要用于局部比对的Smith-Waterman算法，而后者又是在前者的基础上发展起来的。在MATLAB生物信息工具箱中，序列比对主要用这两种算法。确定两个序列的相似性是生物信息学的基础工作，通过序列比对（又称序列联配），可以确定两个序列是否具有同源性。查找序列信息Tay-Sachs症是一种由于缺乏ß-氨基已糖苷酶A（HexA）而导致的常染色体隐性遗传疾病。这种酶能分解大脑和神经细胞中的神经节苷脂（GM2）。基因HEXA编码该酶的ß亚基，而第三个基因GM2A编码活化剂蛋白质GM2。查找目的基因Tay-Sachs在NCBI（）上查找信息，在Search列表中选择[Nucleotide],在for框中输入[Tay-Sachs],点击Go。读入序列数据查找结果返回编码酶HexA的α和β亚基的基因和编码活化剂酶的相关页面。NCBI中人类基因HEXA的登录号是NM_000520。用fastaread或genbankread函数可将基因信息被以结构列表的形式导入MATLAB工作区。方式1：HumanHEXA=fastaread('NM_000520.fasta');humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')；方式2：HumanHEXA=genbankread('NM_000520.gb')；humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')读入另一序列的信息mouseHEXA许多基因的序列和功能通过同源基因在进化过程中被保留下来。同源基因就是有共同祖先或是相似序列的基因。查找公共数据库的目的之一就是找出相似的基因。如果用户能在数据库中定位一个未知的基因，那么这个未知基因和已知基因的功能和特征很可能是相同的。用fastaread或genbankread函数可将鼠类HEXA基因信息被以结构列表的形式导入MATLAB工作区（NCBI中鼠类基因HEXA的序列号是AK080777）。方式1：MouseHEXA=fastaread('AK080777.fasta');mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')方式2：MouseHEXA=genbankread('AK080777.gb')；mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')2．确定蛋白质编码序列一个核苷酸序列在蛋白质编码段的前后都包含了调控序列。通过分析这个序列，可以确定在编码最终蛋白质中亚氨基酸的核苷酸。2.1查找人类HEXA的ORF使用seqshoworfs函数输出人类HEXA的所有阅读框中ORF中起始和终止密码子的位置。humanORFs=seqshoworfs(humanHEXA)结果显示了三个阅读框的ORF,分别以蓝色、红色和绿色标记,其中最长的ORF在第1个阅读框。阅读框部分省略阅读框部分省略阅读框部分省略2.2确定鼠类HEXA的ORF使用seqshoworfs函数输出人类HEXA的所有阅读框中ORF中起始和终止密码子的位置。mouseORFs=seqshoworfs(mouseHEXA)结果得到三个阅读框的ORF,分别以蓝色、红色和绿色标记,其中最长的ORF在第一个阅读框。Frame1阅读框部分省略阅读框部分省略阅读框部分省略3.比较氨基酸序列在确定核苷酸序列中的ORF之后，就可以将核苷酸序列的蛋白质编码段转换为相应的氨基酸序列。并使用比对功能来确定两序列的相似性。3.1将ORF转换为氨基酸序列mouseProtein=nt2aa(mouseHEXA);由于人类的ORF在第一个阅读框,所以需要指出其位置humanProtein=nt2aa(humanHEXA,'Frame',1);3.2绘制散点图比较人类和鼠类的氨基酸序列。seqdotplot(humanProtein,mouseProtein,4,1)ylabel('HumanhexosaminidaseA');xlabel('MousehexosaminidaseA');散点图是确定两序列相似性最简单的方法之一。图中对角线平直连续,表示这两个序列相似性较好。3.3比对这两个氨基酸序列下面nwalign函数有目的地比对两序列。采用的是Needleman-wunsch算法,可返回全局比对的计算统计量。[globalscore,globalAlignment]=nwalign(humanProtein,mouseProtein)showalignment(globalAlignment);Identities=486/753(65%),Positives=570/753(76%)3.4截短序列寻找终点：humanStops=find(humanProtein=='*')mouseStops=find(mouseProtein=='*')下面将序列截短至只含第一个甲硫氨酸至第一个停止符,进行局部比对。截短序列至只包含蛋白质的氨基酸序列和停止符。humanSeq=humanProtein(70:humanStops(2));humanSeqFormatted=seqdisp(humanSeq)mouseSeq=mouseProtein(11:mouseStops(1));mouseSeqFormatted=seqdisp(mouseSeq)3.5比对被截短的氨基酸序列[globalscore,globalalignment]=nwalign(humanSeq,mouseSeq);showalignment(globalalignment);Identities=450/540(83%),Positives=507/540(94%)3.6局部比对两氨基酸序列下面swalign函数有目的地比对两序列。采用的是Smith-Waterman算法,可返回局部比对的计算统计量。[localscore,localAlignment]=swalign(humanProtein,mouseProtein);showalignment(localAlignment);Identities=454/547(83%),Positives=514/547(94%)作业1．进入NCBI任意搜索两条细菌条斑病基因组序列（不同物种，搜索词为bacterialstreak），按照序列比对的步骤进行序列比对，进行如下操作并列出结果：查找序列的开放阅读框,将核普酸序列转换为氨基酸序列,绘制比较两氨基酸序列的散点图,用Needleman-wunsch算法和Smith-Waterman算法进行比对,以及计算两序列的同一性。实验四基于Matlab的序列比对分析实验目的了解MATLAB7.x生物信息工具箱中的序列比对方法；熟悉从数据库获取序列信息,查找序列的开放阅读框,将核普酸序列转换为氨基酸序列,绘制比较两氨基酸序列的散点图,用Needleman-wunsch算法和Smith-Waterman算法进行比对,以及计算两序列的同一性的方法；熟悉与序列比对相关的生物信息学函数。所需软件MATLAB7.0或MATLAB7.0以上的版本实验内容序列比对是生物信息学的重要基础。进行序列比对的目的之一是判断两个序列之间是否具有足够的相似性，从而判定二者之间是否具有同源性。序列比对的基本算法主要有两个，一个是用于全局比对的Needleman-Wunsch算法，另一个是主要用于局部比对的Smith-Waterman算法，而后者又是在前者的基础上发展起来的。在MATLAB生物信息工具箱中，序列比对主要用这两种算法。确定两个序列的相似性是生物信息学的基础工作，通过序列比对（又称序列联配），可以确定两个序列是否具有同源性。查找序列信息Tay-Sachs症是一种由于缺乏ß-氨基已糖苷酶A（HexA）而导致的常染色体隐性遗传疾病。这种酶能分解大脑和神经细胞中的神经节苷脂（GM2）。基因HEXA编码该酶的ß亚基，而第三个基因GM2A编码活化剂蛋白质GM2。查找目的基因Tay-Sachs在NCBI（）上查找信息，在Search列表中选择[Nucleotide],在for框中输入[Tay-Sachs],点击Go。读入序列数据查找结果返回编码酶HexA的α和β亚基的基因和编码活化剂酶的相关页面。NCBI中人类基因HEXA的登录号是NM_000520。用fastaread或genbankread函数可将基因信息被以结构列表的形式导入MATLAB工作区。方式1：HumanHEXA=fastaread('NM_000520.fasta');humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')；方式2：HumanHEXA=genbankread('NM_000520.gb')；humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')读入另一序列的信息mouseHEXA许多基因的序列和功能通过同源基因在进化过程中被保留下来。同源基因就是有共同祖先或是相似序列的基因。查找公共数据库的目的之一就是找出相似的基因。如果用户能在数据库中定位一个未知的基因，那么这个未知基因和已知基因的功能和特征很可能是相同的。用fastaread或genbankread函数可将鼠类HEXA基因信息被以结构列表的形式导入MATLAB工作区（NCBI中鼠类基因HEXA的序列号是AK080777）。方式1：MouseHEXA=fastaread('AK080777.fasta');mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')方式2：MouseHEXA=genbankread('AK080777.gb')；mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')2．确定蛋白质编码序列一个核苷酸序列在蛋白质编码段的前后都包含了调控序列。通过分析这个序列，可以确定在编码最终蛋白质中亚氨基酸的核苷酸。2.1查找人类HEXA的ORF使用seqshoworfs函数输出人类HEXA的所有阅读框中ORF中起始和终止密码子的位置。humanORFs=seqshoworfs(humanHEXA)结果显示了三个阅读框的ORF,分别以蓝色、红色和绿色标记,其中最长的ORF在第1个阅读框。阅读框部分省略阅读框部分省略阅读框部分省略2.2确定鼠类HEXA的ORF使用seqshoworfs函数输出人类HEXA的所有阅读框中ORF中起始和终止密码子的位置。mouseORFs=seqshoworfs(mouseHEXA)结果得到三个阅读框的ORF,分别以蓝色、红色和绿色标记,其中最长的ORF在第一个阅读框。Frame1阅读框部分省略阅读框部分省略阅读框部分省略3.比较氨基酸序列在确定核苷酸序列中的ORF之后，就可以将核苷酸序列的蛋白质编码段转换为相应的氨基酸序列。并使用比对功能来确定两序列的相似性。3.1将ORF转换为氨基酸序列mouseProtein=nt2aa(mouseHEXA);由于人类的ORF在第一个阅读框,所以需要指出其位置humanProtein=nt2aa(humanHEXA,'Frame',1);3.2绘制散点图比较人类和鼠类的氨基酸序列。seqdotplot(humanProtein,mouseProtein,4,1)ylabel('HumanhexosaminidaseA');xlabel('MousehexosaminidaseA');散点图是确定两序列相似性最简单的方法之一。图中对角线平直连续,表示这两个序列相似性较好。3.3比对这两个氨基酸序列下面nwalign函数有目的地比对两序列。采用的是Needleman-wunsch算法,可返回全局比对的计算统计量。[globalscore,globalAlignment]=nwalign(humanProtein,mouseProtein)showalignment(globalAlignment);Identities=486