毕业设计(论文)-基于OPNET的OSPF与EIGRP路由协议性能比较分析

湖南理工学院毕业设计论文第1章绪论1.1研究背景随着现代信息技术的发展，人们对于通信质量的要求越来越高，尤其是对于承载实时应用系统的IP通信网络，要求具备较高的故障处理速度、较小的端到端时延、高可靠性等(关于承载实时应用系统的IP通信网络的性能要求，国际电信联盟在ITU-TY.1541《IP网络服务性能要求》中提出了推荐值)。路由协议作为影响IP通信网络质量的关键，在实际使用过程中，应根据具体的网络建设环境，选择所合适的路由协议。路由协议用于判断、找出通信网络中各个设备进行通信的最优路径。在众多路由协议当中，EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol)和OSPF(OpenShortestPathFirst)这两种路由协议由于其快速收敛性、稳定性、不产生环路等优点，在当前得到最为广泛的应用。其中，EIGRP路由协议是思科私有的基于距离矢量的路由协议，该路由协议是在DUAL(DiffusingUpdateAlgorithm)算法基础上形成的。而OSPF路由协议是一种基于链路状态的内部网关路由协议，基于Dijkstra(ShortestPathFirstAlgorithm)算法形成的。这两种路由协议具有不同的结构、适用性、路由处理时延和收敛能力。1.2论文章节安排本文第二章对对网络仿真、OSPF协议和EIGRP协议进行了大概的阐述。第三章对网络技术进行了比较详细的叙述，并且主要介绍了OPNET仿真工具软件，介绍了其工作模式和工作特点。第四章详细的对OSPF路由协议和EIGRP路由协议进行工作原理和协议的特点进行分析，并概总的对两者异同性进行了综合比较。第五章对OSPF协议和EIGRP协议用OPNETModeler仿真工具进行仿真建模，收集统计量分析三个方面的通信性能（网络收敛性、路由协议开销、网络延时），比较OSPF协议和EIGRP的工作性能并得出结论。论文最后是鸣谢，感谢指导老师的悉心指导，还有参考文献的简述。1.3网络仿真网络仿真技术是利用仿真软件工具在计算机上对现实以及理论需求的网络规划以及设计技术进行模拟分析，通过数学方法和动态蒙特卡罗方法模拟现实中的网络建模行为，从而使为网络的规划设计客观和可靠的定量依据，缩短网络的规划建设周期，提高网络建设中决策的科学性，减低网络建设期间的投资风险。网络仿真包括网络建模（网络设备、通信链路等）和流量建模两个部分。目的是获取网络特性参数，网络全局性能统计量、网络节点的性能统计量、网络链路的流量和延迟等，这样既可以获取某些业务层的统计数据，也可以得到协议内部的某些特殊参数的统计结果。全新的模拟实验机制使得网络仿真在具有高度复杂下的网络环境下得到高科信度的结果，从而得到所需要的高质量的数据信息。可以看出网络仿真的预测功能是其他方法无法比拟的。对于现有网络的扩容或者优化在网络仿真上实行的话更加方便更加简单，不用在现实实际用设备去进行统计结果，这样可以节省资源，并且，在已经建好的网络模型下，使用者可以对网络模型延续使用，后期投资也会减小。所以，网络仿真在目前的信息时代起着至关重要的位置。1.4OSPF协议和EIGRP协议 OSPF是一个内部网关协议(InteriorGatewayProtocol,简称IGP)，用于在单一自治系统内决策路由，是一种链路状态路由协议。链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。OSPF通过路由器间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由表。开放最短路径协议(OSPF)协议不但能够计算两个网络结点之间的最短路径，还能计算通信费用。可根据用户的通信要求来平衡费用和性能，选择相应的路由。是目前最为重要的内部网关路由协议（InteriorGatrwayProtocol,简称IGP）。 EIGRP即增强内部网关路由线路协议。也翻译为加强型内部网关路由协议。EIGRP是Cisco公司的私有协议。Cisco公司是该协议的发明者和唯一具备该协议解释和修改权的厂商。EIGRP结合了链路状态和距离矢量型路由选择协议，采用弥散修正算法（DUAL）实现快速收敛，可以不发送定期的路由更新信息，用来减少带宽的占用，支持Appletalk、IP、Novell等多种网络层协议。EIGRP协议继承了IGRP协议的最大优点—矢量路由权。EIGRP协议在路由计算中要对网络时延、网络带宽、信道占用率、信道可信度等因素作综合考虑，所以EIGRP的路由计算更准确，更能确切反映网络的实际情况。

第2章网络仿真技术和仿真软件OPNET 本章首先阐述网络仿真技术及其技术特点，然后对OPNET仿真工具软件，尤其是仿真的一般操作步骤进行了介绍。2.1网络仿真技术及其特点网络仿真是一种利用数学建模和统计分析的方法来模拟网络实际运行的时候的行为，得到特定的网络参数特性的技术。网络仿真获取的网络特性参数包括网络全局性能统计数据，节点性能统计数据，网络链路流量和延迟参数等，这样既可以得到某些特定业务层的统计数据，也可以得到协议内部的某些特殊参数的统计结果。 作为当今广泛运用的网络仿真技术，他有两个显著的特点：(1)、网络仿真可以给网络规划设计提供可靠的定量依据，网络仿真技术能够迅捷的建立起所需要的或者当前已经存在的网络模型，并能够方便的对网络模型进行修改并进行网络仿真，这使网络仿真非常适用于预测网络的应用性能，能在仿真过程中回答“what……if……”这样的问题，例如：“假设网络需要扩大网络规模，骨干中继链路带宽需要扩容多少？”“如果在现有网络增设新的业务，对网络性能上会有什么影响？网络上的哪些链路或者网络设备需要升级和改造？”“如果网络拟用新的技术升级，网络性能会发生多大幅度的提升？这种改善与投入成本是不是值得？同时新技术的引进是否带来负面影响？” (2)、网络仿真能够验证实际的网络设计方案或对多个设计方案进行比较。在网络规划过程中经常会出现多个设计方案，这些方案往往是各有优缺点，仅凭主观判断是很难做出正确的选择，因此，如何进行科学比较和取舍往往是网络设计员们感到头疼的事，网络仿真技术的出现，使得设计员能够通过为不同的设计方案进行建模然后对其进行模拟仿真获取特定数据进行网络性能预测，为方案的验证和比较提供可靠的依据。在这里所指的设计方案可以使网络拓扑结构、路由设计、业务配置、实际应用设备的模拟等等。不过，网络仿真技术只是网络规划设计手段之一，不能完全代替传统的网络设计方法，而应该和传统的设计方法结合在一起适用才会得到更好的应用效果。传统的设计方法是指物理设计方法。2.2OPNET仿真软件 OPNET是OPNETTechnologies公司研发的一种应用在网络规划设计、网络仿真分析的高科技软件工具，该软件包含了关于如何运作网络设备、服务器、网络协议等专业知识。OPNET公司最早是由麻省理工学院的信息决策实验室受美国军方委托而成立。1987年OPNET公司发布了第1个商业化的网络仿真软件，提供了具有重要意义的网络性能优化工具，使得具有预测性的网络管理和仿真成为可能。1987年以来，OPNET迅速而稳步地发展，作为高科技网络规划、仿真及分析工具，OPNET在通信、国防及计算机网络领域已经被广泛认可和采用。成千上万的组织使用OPNET软件来模拟优化网络性能、最大限度地提高通信网络和应用的可用性。 OPNET的产品主要针对网络服务提供商、网络设备制造商还有一般企业这3类客户。本文所用到的OPNETModeler产品几乎是拥有OPNET其他所有产品中的功能，对于不同的应用领域，它表现出了功能的多样化：(1)对于一般企业网的模拟，Modeler调用标准模型搭建网络。如果出现某些业务达不到服务质量需求的情况，Modeler捕捉关键性的流量进行分析，从业务、网络服务器三方面找出瓶颈；(2)对于比企业网更复杂的运营商（ISP）网的模拟，Modeler的焦点放在整个业务层和流量的模拟，使运营商可以有效快速的查出业务配置中产生的错误，例如有哪个服务器配置不好，让黑客有机可趁，有哪些业务的参数配置不合适等情形；(3)针对技术研发的需求，Modeler提供了一个开放的环境，可以让用户能够自主建立新的协议和配备，并且能够将细节定义并模拟。2.2.1OPNET仿真软件的特点OPNETModeler主要适用于的用户为专业的网络设计人士，能够满足大型复杂网络的仿真需求，它主要有如下特点:(1)自身携带三层建模机制，最底层称作进程（Process）模型，用状态机来描述路由协议;中间一层是节点（Node）模型，由相对应的协议模型组成，反映了主设备特性;最上层称作网络结构模型。三层模型和实际的网络、设备、协议层次完全对应，全面反映了网络的相关特性;(2)提供了一个基本网络模型模型库，包括:路由器、交换机、服务器、客户终端、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等等。同时，OPNETTechnology公司会对不同的企业用户提供附加的专用模型库，但需另外付费;(3)离散事件驱动的仿真模拟机制(discreteeventdriven)，用驱动模拟机理来与时间驱动相比，很大程度上加快了运算速率。(4)采用混合建模机制，把建立在包的基础分析方法和建立在统计的数学建模方法的基础上相结合，在得到非常细节的模拟结果的同时，又大大提高了仿真效率。(5)OPNET具有丰富的数据分析功能。它允许直接收集常用的各个网络层次的通信性能统计参数，能够非常方便地编制和输出仿真报告。(6)携带和网管系统、流量监测系统相结合的接口，能够方便的利用现有的网络拓扑拓扑和流量数据建立仿真模型和业务流量模型，同时还可对仿真结果进行理论上的验证。2.2.2OPNET的主要应用范围（1）用于网络仿真，可以研究端到端（End-to-End）之间的性能，确定增加应用或者增加用户对网络的影响，对网络规划设计起到获取关键性性能参数和对参数进行伸缩性比较，对网络主设备完成基线预算成本的调整，使网络设计得到最优的性价比。(2)用于网管，研究业务量的增长会对网络产生什么样的性能需求，识别网络设备、网络服务器的瓶颈，识别网络阻塞的原因使得网管人员更好的管理网络，有助于网管人员合理分配新的业务，新的服务，设计新的网络部署。(3)用于海事卫星系统的研究，每个卫星轨道可以使用OPNET轨道编辑器定义，也可以从STK工具包得到，仿真之前可以用轨道浏览器分析卫星的覆盖。从而可以很好地研究卫星的覆盖率以及信息传送和接受性能。（4）用于ATM仿真，OPNET支持25M、155M、622M的连接速度，用户可以自定义或者自动分配虚拟路径，允许用户研究蜂窝损耗、延迟变化，用户和识别网络瓶颈。（5）基于地形的仿真提供，在给定的地形条件下预测最佳频率，在给定的方案中，预测战术部署、调遣时的通信状态，并且能够对通信偶然性计划提出可行性建议。2.2.3OPNET用于网络规划设计的基本步骤 （1）定义问题，在建立网络拓扑图之前先分析自己要研究的问题，抽取问题的关键性问题进行分析，需要什么主设备，用什么链路连接，需要配置什么业务，需要用到什么网络协议以及标准等。 （2）建立网络结构模型，即建立网络拓扑结构，从OPNET自身携带的软件模型库中抽取自己所需要的各种所需设备用合适的链路连接起来。 （3）建立网络流量模型，网络模型搭建完成后，根据所需研究的实际情况建立网络流量模型，配置好各业务流量和协议配置。 （4）收集统计量，根据仿真目的选择要收集的通信系统的性能研究参数。 （5）运行仿真，查看仿真后的性能参数结果，验证网络模型和仿真方法的正确性或者比较不同设计方案之间的优缺点。

第3章OSPF协议和EIGRP路由协议机制分析当今的信息社会，网络成为了家家户户的主要组成部分，每个企业、学校、家庭都跟互联网形成了密不可分的关系纽带，因此网络的服务质量和网络上的性能上就引起了每个用户的关注，同时也对研究网络上性能传输的新技术提出了更高要求。路由技术是计算机网络通信过程中至关重要的技术，在我们都在用的路由器之中存在的核心功能就是路由协议机制，在网络规划设计中，选择什么样的路由协议也预示了网络性能上的差别或者网络的规模。本章将详细描述动态路由协议OSPF和EIGRP的工作原理和特点。3.1路由协议和路由载体路由器的概述路由协议分为静态路由和动态路由，其相对应的路由表称作静态路由表和动态路由表。静态路由表由网管人员在系统安装时就根据网络配置情况预先设定，一旦网络结构发生变化，只能由网管人员手工修改路由表。动态路由随着网络运行情况的变化而变化。根据路由算法，动态路由协议有两大类，距离向量路由协议（DistanceVectorRoutingProtocol）和链路状态路由协议（LinkStateRoutingProtocol）。距离向量路由协议基于Bellman-Ford算法，主要有RIP、EIGRP（EIGRP为Cisco公司的私有协议）动态路由协议；链路状态路由协议出生在著名的Dijkstra算法的基础下，即最短优先路径（ShortestPathFirst，SPF）算法，如OSPF。路由器是承载路由协议的实际载体，是一种连接因特网中各局域网、广域网之间的设备，它会根据信道的实际情况自动选择和设定路由，按照最佳路径，根据前后顺序发送信号的设备。路由器英文名Router，路由器是互联网络的枢纽、"交通警察"。目前路由器已经广泛应用于社会各个层次上的用户，各种不同档次的路由器产品已经成为互联网互联互通业务的主力军。 路由选择协议主要运行在路由器设备之中，它是一些规则和过程的组合。使得在互联网中的各个路由器能够彼此互通并且有能力通知这些变化，使得路由器能够共享它们知道的互联网的情况或者邻站的数据状态。当前流行的路由选择协议有两大类：内部网关协议和外部网关协议，在一个AS（AutonomousSystem，自治系统，指一个互连网络，就是把整个Internet划分为许多较小的网络单位，这些小的网络有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协议）内的路由协议称为内部网关协议（interiorgatewayprotocol），AS之间的路由协议称为外部网关协议（exteriorgatewayprotocol）。其中正在使用的内部网关路由协议有以下几种：RIP-1，RIP-2，IGRP，EIGRP，IS-IS和OSPF。3.2OSPF路由协议3.2.1OSPF协议的简介和工作原理为了解决RIP协议的不足之处，1988年RFC成立了OSPF工作组，开始着开始对OSPF协议的研究和方案的制定，并于1998年4月在RFC2328中OSPF协议第二版（OSPFv2）以标准形式出现。OSPF全称为开放式最短路径优先协议（OpenShortest-PathFirst），OSPF中的O意味着OSPF标准是对公共开放的，这就意味着它不是封闭的专有路由方案，能广泛应用。工作原理：OSPF采用链路状态协议算法OPF算法，OPF算法也被称为Dijkstra算法。每个路由器维护一个相同的链路状态数据库，保存整个AS的拓扑结构（AS不划分情况下）。一旦每个路由器有了完整的链路状态数据库，该路由器就可以自己为根节点，构造最短路径树，然后再根据最短路径的行走路径来构造路由表。在比较大的网络规模下，为了进一步减少路由协议通信流量，利于管理和计算，OSPF将整个AS划分为若干个区域，区域内的路由器维护一个相同的链路状态数据库，保存该区域的拓扑结构。OSPF路由器相互间交换信息，但交换的信息不是路由，而是链路状态。OSPF定义了5种分组：（1）Hello分组用于建立表和维护连接；（2）数据库描述分组，它是初始化路由器的网络拓扑数据库；（3）当发现数据库中的某些信息已经过时后，路由器发送链路状态请求分组，请求邻站提供更新后的数据信息；（4）路由器使用链路状态更新分组来主动扩散自己的链路状态数据库或对链路状态请求分组进行响应；（5）OSPF是直接运行在IP层协议中，协议本身需要提供确认机制，链路状态应答分组是对链路状态更新分组进行确认。3.2.2OSPF协议的特点OSPF协议是一个极为复杂的IP路由协议，在配置的过程中极为复杂，当然这也在另一个方面凸显出了该路由协议的优势性，用一个词来形容OSPF协议那就是可伸缩性。由于其复杂性，OSPF协议更适用于中大型网络或者大型网络的配置。OSPF协议的主要优点如下：（1）快速收敛：OSPF是真正的LOOP-FREE(无路由自环)路由协议｡究其原因就是其算法本身——链路状态和最短路径树算法,OSPF收敛速度快,能够在最短的时间内将路由变化传递到整个自治系统｡（2）区域划分：提出区域(Area)划分的概念,将自治系统划分为不同区域后,通过区域之间的对路由信息的摘要,大大减少了需传递的路由信息数量,也使得路由信息不会因为网络规模的扩大而造成急剧膨胀的恶劣影响｡（3）开销控制：将协议自身的开销控制到最小。目的如下：用于发现和维护邻居关系的是定期发送的不含路由信息的hello报文｡包含路由信息的报文是触发路由更新的机制,而且只有在路由变化时才会发送｡但为了增强协议的健壮性,每1800秒全部重发一次｡（4）在广播网络中,使用组播地址(而非广播)发送报文,这样可以减少对其他不运行OSPF的网络设备的干扰｡（5）在各类可以多址访问的网络中(广播型网络和非广播型多路访问),通过选举DR(指定路由器),使得相同网段的路由器之间的路由交换(同步)次数由O(N×N)次减少为O(N)次｡（6）OSPF协议提出STUB区域的概念,使得STUB区域内不再传播引入的ASE路由｡（7）在ABR(区域边界路由器)上支持路由聚合,进一步减少区域间的路由信息传递｡（8）在点到点接口网络类型中,通过配置按需播号的属性(OSPFoverOnDemandCircuits),OSPF不再定时发送hello报文及定期更新路由信息｡只是在网络拓扑真正变化时才发送更新信息｡（9）路由可信度高：严格划分路由的级别(共分4级),提供更可信的路由选择｡（10）高质量的安全性：OSPF支持基于接口的明文及MD5验证｡（11）适应性极为广泛：OSPF可以适应各种规模的网络,最多可达数千台｡当然，世界万物都是具有双刃剑的特性，OSPF也有以下的主要缺点：（1）配置相对复杂｡由于网络区域划分和网络属性的复杂性,要求网络分析员有较高的网络知识水平，这样才可能很好地配置和管理OSPF网络｡（2）路由负载均衡能力较弱｡OSPF虽然能根据接口的速率､连接可靠性等信息,自动生成接口路由优先级,但在通往同一目的的不同优先级路由中,OSPF只选择优先级较高的路由转发,不同优先级的路由中,不能实现负载分担｡只有相同优先级的,才能达到负载均衡的目的。3.3EIGRP路由协议3.3.1EIGRP协议的简介和工作原理 EIGRP和早期的IGRP协议都是由思科公司发明的，它的全称是（EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol），增强型内部网关路由选择协议，它是Cisco公司的私有协议，所以在思科路由器设备与其它非合作性产商的路由器设备相连时不能使用EIGRP协议。它是由距离矢量和链路状态两种协议相结合而成的一种路由协议。所以，它即像距离矢量协议那样，EIGRP从它的相邻路由器那里得到更新信息；也像链路状态协议那样，保存着一个拓扑表，然后通过自己的DUAL算法选择一个最优无环路径。EIGRP有很快的收敛时间，而且不用发送定期的路由更新数据；但是又不完全像链路状态协议那样，运行过程中，EIGRP并不知道整个网络是什么样的，它只能依据邻居公布的信息来更改自身的路由信息。EIGRP使用与IGRP相同的路由算法DUAL(扩散更新算法)，DUAL机制是EIGRP的核心，通过它才能实现无环路径。EIGRP的内部管理距离为90，外部EIGRP的管理距离为170，支持等价和非等价负载均衡。IP数据包中，EIGRP的协议字段为88。EIGRP协议的工作原理：EIGRP包含有三种表，邻居表（NeighborTable），拓扑表（TopologyTable）,路由表（RoutingTable）。首次运行EIGRP的路由器都要经历发现邻居、了解网络及选择路由的过程，在这个过程中建立三张独立的表格：NeighborTable、TopologyTable、RoutingTable。其中NeighborTable保存了和路由器建立了邻居关系的且直连的路由器；TopologyTable包含路由器学习要到达目的地的所有路由条目；RoutingTable则是生成后的最佳路径路由表。 EIGRP通过收发5种报文即数据包生成邻居表和拓扑表，并通过差分更新法DUAL算法得出路由表，步骤如下：（1）Hello:形成邻居关系,以多播方式发送，用于发现邻居路由器，维持邻居关系。（2）更新（Update）:一旦路由器收到某个邻居路由器的第一个Hello报文时，它就会以单点传送方式回送一个它知道的路由信息的更新报文。当路由信息发生变化时，以多播的方式发送一个只包含变化信息的更新报文。这里需要注意的是，两个更新报文内容是不一样的。（3）查询（query）:一条链路失效之后，路由器就会重新进行路由计算。但在拓扑表中没有可行的后继路由时，路由器就以多播的方式向它的邻居发送一个查询报文，询问它们是否有一条可以到目的地的可行后继路由。（4）答复（reply）:以单点的方式回传各查询方，对查询数据报文进行应答。确认（ACK）:以单点方式传送，用来确认update、query、reply数据报文，确保传输的可靠性。3.3.2EIGRP协议的特点 （1）100%无环路由：如果网络包含在一个AS系统中，EIGRP使用DUAL能够保证一张0环路由转发表； （2）收敛速度极快，行内称收敛速率王：EIGRP使用DUAL通过备份路由而实现，当S失去用处时，快速切换到FS上从而达到快速收敛； （3）使用多播，单播方式：使用组播地址（0）或者单播进行路由更新，节省链路带宽； （4）允许大规模的网络：RIP最大只能是15跳，但是EIGRP最大可以支持255跳，IGRP为224跳，其中EIGRP和IGRP默认都是100跳； （5）支持了三种网络层协议：EIGRP支持IP、IPX、AppleTalk三种网络层协议，这就意味着EIGRP的使用范围扩张； （6）支持VLSM和非连续的不同规模网络； （7）减小了网络带宽的消耗：EIGRP使用触发式更新和增量更新，只有当某个目的网络的路由状态发生了改变或者路由的度量值发生了变化时，才向邻居发送路由更新，更新路由所需要的带宽比RIP和IGRP小得多 （8）MD5认证：为了确保路由正确性，运行EIGRP协议进程的路由器之间配置MD5认证，对不符合认证的报文丢弃，以此方法确保路由获取的安全。 （9）配置简单：使用EIGRP协议组建网络，路由器配置非常简单，没有复杂的区域设置，不用针对不同网络接口类型实施不同的配置方法。 然而，这么优秀的路由协议也还是有它的不足之处： （1）没有区域的概念，不像OSPF在大规模网络额情况下可以通过区域划分来规划和限制网络规模。所以EIGRP协议适用于网络规模相对较小的网络，这也是矢量--距离路由算法的的局限所在。（2）必须定时发送HELLO报文。运行EIGRP协议的路由器必须通过定时发送HELLO报文来维持之间的邻居关系，这种邻居关系及时在拨号网络中，也需要定时发送，这样就会导致无法定位这是有用的业务报文还是定时发送的探寻报文。有可能触发按需拨号发起连接，引起不必要的麻烦。（3）私有协议。EIGRP是Cisco公司私有协议，Cisco公司是该协议的发明者和唯一具备协议解释权和修改权的厂商。如果要支持EIGRP协议必须要向Csico公司购买版权，这就限制了该协议的使用广泛性。3.4OSPF协议和EIGRP协议的理论性差别表3.1OSPF和EIGRP的异同区别EIGRPOSPF协议类型距离矢量路由协议链路状态路由协议协议的由来Cisco私有路由协议工业标准适应的网络设计平面网络设计具有层次性的网络设计（网络稳定性、可扩展性强）多区域区域类型StubStub、完全末节数据包类型Hello、update、query、reply、ackHello、DBD、LSR、LSU路由的算法DUAL（FD、AD、FC=AD<FD在路由表中存在备份路由）所以收敛速度极快SPF(以自己为根节点，计算到达目标网络的最佳路径)，同一区域的链路状态数据库同步认证只支持链路认证（接口）密文或者明文支持链路认证和区域认证（明文或者密文）形成不了邻接关系的原因进程ID不同K值不同（可以在协议模式下修改）区域ID不同Hello或者Dead间隔不同认证或者认证数据不同末节标识不同MTU不同OSPF下的网络类型不一致负载均衡等价负载均衡最大支持6条，默认支持4条非等价负载均衡，可以在协议模式下修改Variance的值，默认是1，该值是不等价负载均衡的倍数支持负载均衡管理距离内部管理距离是90外部管理距离是170汇总的管理距离是5110支持的网络层协议IP协议IPX协议AppleTalk协议，因为EIGRP包含PD模块仅仅支持IP协议组播地址0DRDRotherDRotherDRp-t-p网络收敛后采用hello数据包维护邻居关系，采用触发式更新（只是当网络发生变化时，才宣告给需要该信息的路由器（部分更新））使用组播或者单播方式快速链路：周期更新Hello5s、dead15s低速链路：hello60sDead180s使用hello数据包建立维护邻居关系普通的链路更新周期hello10sdead40sNBMA更新周期是：Hello30sdead120周期更新LSA链路通告，每隔30分钟更新一次，老化时间60分钟拓扑表存放的是通过EIGRP路由协议学到的所有路由存放的是同一区域内同步链路状态数据库Router-id只是对外部路由而使用Router-id,防止环路标识路由器，在进行路由更新时要使用Router-id，在选举DR、BDR时也能用到Router-id应用的网络类型EIGRP不要求对OSI参考模型2层协议进行特别的配置支持工业标准：非广播多路访问（NBMA）、点对多点网络Cisco标准：广播多路访问、点对点网络，点对多点非广播网络共同点都拥有邻居表、拓扑表、路由表都采用得是触发式更新（仅仅包括发生变化的网络信息）本身都是不可靠协议（Eigrp88(RTP)OSPF89）都是直接封装在IP包中，但是都采用可靠机制保证传输的可靠性都区分外部路由信息（EIGRP显示的是路由代码是DEX），OSPF协议显示的路由代码是OE1,OE2都存在Stub区域（功能不同，Eigrp的stub区域是阻止查询包的传递，OSPF协议的stub区域是优化路由表，阻止是LSA5或者是3类LSA（完全末节））路由协议都是基于链路都是无类路由协议，无环路协议

第4章OSPF协议和EIGRP性能仿真分析 前几章我们了解了网络仿真、网络仿真工具OPNET并且重点介绍了OSPF协议和EIGRP路由协议的工作原理和工作特点。但是呢，哪些都是理论上的性能分析，这一章将会把理论知识应用到仿真实际操作上来验证理论知识的正确性。这章用OPNET14.5仿真软件对OSPF协议和EIGRP协议进行建模仿真得出网络性能参数进行验证分析。4.1仿真建模方案本次实验环境以其平台：仿真工具用的是OPNET仿真软件，版本是OPNETmodeler14.5。机器配置是Inter(R)Core(TM)I5CPU@2.5GHZ,4GB内存，操作系统是Windows7旗舰版。对路由协议进行分析时，路由协议的网络收敛性、协议开销和网络时延是体现该路由协议通信性能的主要参数，那本次实验将从这三个性能参数方面对OSPF协议和EIGRP协议进行比较分析4.1.1仿真模型为了对比分析两者路由协议的差别性，本次实验通过OPNETmodeler搭建了如图4.1所示的网络拓扑模型，图4.2为子网结构模型。该网络模型规模大小是10Km*10Km,该模型由五个子网通过链路PPP-DS3链路相互连通并配置了相应的基本业务流量。每个子网内都包括有路由器、服务器以及局域网终端，局域网终端采用相同的网络结构，均是采用100BaseT的局域网模型，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，本次模型中工作站数量为10个。在路由器与局域网终端之间采用100M网线连接。本次实验的OPSF协议和EIGRP协议的网络模型都是基于如图的网络模型，在该模型下将搭建两个场景进行模拟仿真尽心性能比较分析，只是在细节上的参数处理进行改变。图4.1网络层结构模型图4.2子网结构模型4.1.2仿真性能参数说明本次实验主要研究网络收敛性，协议开销以及网络时延三个通信性能指标。网络收敛性是由于一个路由项发生变化的时候，网络中所有节点为了达成一致全部更新路由表所需要的时间。协议开销是指网络节点为了获取路由信息因此引入更新网络状态信息的通信开销，它随着网络规模的扩大而增加。网络时延定义出了一个IP数据包穿越一个或者多个网段所花费的时间。它由固定时延和可变时延两个部分组成。固定时延基本不会发生改变，由传播时延和传输时延组成，可变时延包含中间路由器处理时延和排队等待时延两个部分。4.2OSPF路由协议的仿真设计和仿真结果分析4.2.1仿真实验步骤 （1）创建一个新项目和搭建场景打开仿真工具软件OPNETModeler在菜单栏项选择File/New/Project。命名项目名字为RoutingProtocolTest场景命名为OSPF；OK确认，如图4.3所示。图4.3创建项目和场景 在接下来的设置向导StartupWizard:InitialTopology面板中选择创建一个空场景，单击Next,如图4.4所示：图4.4创建空场景 弹出对话框，如图4.5所示。选择Campus,模拟校园网络，点击Next。图4.5选择模拟网络类型 弹出对话框SpecifySize，这里我们做的网络规模大小是10Km*10Km,设置好之后单击Next。如图4.6所示：图4.6创建网络规模接来下弹出SelectTechnologies对话框，在这里可以选择OPNET工具内自带的现有模型，找到相应的模型把No改为Yes就可以简单使用里面的设备了，这里我们为了方便操作就选择Sm_Int_Model_List模型，然后点击Next,如图4.7所示：图4.7选择相应的模型工具 接下来弹出Review窗口，可以让用户对自己前面的操作进行一个检查，没错的话就点击Finish,如图4.8所示：图4.8设置向导完成后会自动弹出ObjectPalette对象模板，如图4.9，在这里可找到你所需要用到的各种主设备和链路连接线等，找到相应的设备往工作窗口拖过去就可以慢慢搭建成网络模型，这里就已经搭建好的网络模型如下图：4.9对象模板图4.10网络模型图4.11子网结构模型 这里我们要搭建的是OPSF协议网络模型结构，所以在主菜单栏上选择Protocol->IP->Routing->ConfigureRoutingProtocols,如图4.12所示。然后在接下来弹出的诸多协议选项下只选择OPSF协议，应用于全网，如图4.13所示。图4.12勾选IP层协议图4.13选择OSPF路由协议选择OPSF协议后的网络模型如下图所示：图4.14OSPF网络模型图4.15OSPF子网内结构模型（2）收集性能参数统计量添加路由协议收敛性和协议开销，在场景空白处单击鼠标右键，选择ChooseIndividualDESStatistics,如下图所示：图4.16 在接下来弹出的面板中选择GlobalStatistics下的OSPF统计量，如图4.17：图4.17收集OSPF统计量 然后收起Global选项，选择NodeStatistics下的LAN收集局域网终端的时延性能参数，Ok选择结束，如图4.18所示：图4.18收集时延统计量（3）进行仿真：1、设置仿真参数：在主菜单栏上Edit下的子菜单栏上选择Preferences弹出面板，在Searchfor中查询关键词Kernel_type，设置它的Value为optimized（优化仿真速度），接着继续查询关键词repositories，设置它的Value值为stdmod，Ok关闭，分别如下图所示：图4.19设置仿真参数图4.20设置仿真参数 2、点击图标运行仿真，弹出如图4.21的对话框，将仿真时间设置为0.5，即模拟半个小时的仿真，然后单击Run按钮进行开始仿真，运行完毕后单击Close关闭对话框即可。图4.21仿真操作4.2.2OSPF仿真结果分析 （1）OSPF协议的网络收敛仿真结果在场景空白区右键鼠标选择ViewResults，然后展开GlobalStatistics，选择OSPF的前两个选项NetworkConveragenceActivity和Duration(sec),仿真结果如图4.22所示：图4.22OSPF路由协议的网络收敛仿真结果在仿真结果图4.22中，OSPF.NetworkConvergenceActivity图中的横轴以秒（s）为单位显示代表时间，纵轴代表路由协议收敛活动，当纵坐标值为1时，表示有收敛活动，值为0则表示没有收敛活动。OSPF.NetworkConvergenceDuration(sec)图中横轴以秒为单位代表时间，纵轴也是以秒为单位，代表收敛周期。本次仿真是从11:27:16开始仿真的，从图中可以看出OSPF网络收敛大概开始于仿真进行5秒后，在60秒又出现网络收敛，收敛周期大概为60秒。（2）OSPF协议开销的的仿真结果在OSPF子菜单下勾选TotalOPSFProtocolTrafficSent（bit/sec）选项，然后单击面板中右下方的show按钮就可以观察结果，如图4.23所示：图4.23OSPF协议开销在协议开销仿真结果图4.23中，横轴代表仿真时间，纵轴代表协议开销流量比特，从图中可以观察到在仿真开始的时候，路由协议开销抖动非常大，比特数达到98000bits/sec左右，这说明仿真刚刚开始时路由交换的信息非常大，在在过了收敛周期大概60S之后，流量比特逐渐缩小，缩小到处于一个相对稳定而且比较小的状态，大概在4000bits/sec。（3）OSPF协议网络延时仿真结果在和GlobalStatistics同一等级下有一个ObjectStatistics，展开它然后依次展开CampusNetwork—Subnet_0—node_8--LAN,勾选Delay选项，如图4.24，即可观察到延时的仿真结果如图4.25。图4.24图4.25网络延时仿真结果在仿真结果图4.25中，横轴代表仿真时间，纵轴代表延时大小，从图中可以看出来OSPF协议的网络延迟为大概在0.000020s左右。4.3EIGRP路由协议的仿真设计和仿真结果分析EIGRP路由协议的研究也是从网络收敛性、网络协议开销和网络延时三个方面进行分析。4.3.1仿真实验步骤 （1）EIGRP仿真模型和仿真场景：为了和OSPF协议保持相同的场景，研究相同的性能参数，在原场景中主菜单栏下Scenarios选项中选择Duplicatescenario复制原有场景,命名为EIGRP，如图4.26，单击OK后就会出现跟OSPF场景一样的场景，接着依次展开Protocols—IP—Routing—ConfigureRoutingProtocols,然后只选择EIGRP协议选项，应用所有链路如图4.27和图4.28所示：图4.26复制命名为EIGRP场景图4.27EIGRP网络模型图4.28EIGRP子网结构网络模型 （2）收集统计量，收集网络收敛性和协议开销两个性能指标，在GlobalStatistics勾选EIGRP选项，如图4.29，接着收集网络延时统计量，如图4.30所示： 图4.29收集EIGRP统计量 图4.30收集网络时延（3）进行仿真，观察仿真结果如图4.31：图4.31EIGRP协议网络收敛性仿真结果同样进行模拟0.5小时的仿真，仿真结束后，查看观察结果，如上图所示。在图4.31中我们可以观察到，Activity表中横轴代表仿真时间，,纵轴1的值代表有网络收敛，大概在仿真开始后5秒，路由协议开始出现收敛状态，然而在Duration表中可以观察到网络收敛周期是0.018S,这就体现出了EIGRP路由协议的极速收敛性。 图4.32EIGRP协议开销图4.32可以看出仿真开始之后协议开销有一个很大的，上限达到69000bits/s这说明路由器之间交换信息数据量非常大，当数据信息达到统一状态后就降到一个相对稳定的状态值,处于5000bits/s。图4.33子网内网络延时 查看网络延时采用和OSPF采用一样的subnet_0里面的node_8用于观察结果，如图4.33所示，在图中我们可以看出EIGRP协议下，终端延时为0.000019秒。4.4OSPF协议和EIGRP协议仿真结果比较 为了更好的直观的比较两者协议在同一个仿真模型下的仿真结果，以便更好的研究通信性能参数，这里将OSPF协议和EIGRP协议的网络收敛性进行仿真结果曲线叠加得到图4.34，协议开销曲线叠加如图4.35，网络延时曲线叠加如图4.36。图4.34OSPF和EIGRP网络收敛叠加曲线对比在图4.34中蓝色曲线代表EIGRP协议的网络收敛，红色曲线代表OSPF协议的网络收敛活动，横轴代表时间，单位为秒，纵轴代表网络收敛活动，当数值为1是说明发生了收敛活动。从对比发现，OSPF收敛活动晚于EIGRP协议，OSPF收敛周期远远大于EIGRP,说明EIGRP协议的网络收敛速度快于OSPF协议。图4.35OSPF协议和EIGRP协议开销叠加曲线对比图图中横轴代表时间以秒为单位，纵轴代表协议开销的流量比特数，蓝色曲线代表EIGRP,红色曲线代表OSPF，图中可以很明显的看出来OSPF曲线上限远远大于EIGRP协议曲线，说明OSPF协议开销大于EIGRP协议开销。这是因为OSPF用的是最短路径算法，在开始时路由器之间的数据交换非常大的数据量，收敛活动周期的影响，收敛完成后，两者都维持在一个相对稳定和相对相等数值的流量比特下。图4.36网络延时叠加曲线图4.36中，横轴代表时间，纵轴代表延时时间，红色代表OSPF协议，蓝色曲线代表EIGRP,从图中可以清晰的看出EIGRP协议的网络延时小于OSPF协议的网络延时。4.5总结分析本文通过OPNETmodeler14.5软件,设计了一个10Km*10Km大小规模的网络仿真模型，对当前网络路由协议使用广泛的OSPF协议和EIGRP协议进行了仿真并对其仿真结果进行分析比较，结果符合理论分析，此次比较着重从网络收敛性、路由协议开销、网络延时三个性能指标进行对比分析，仿真结果表明，EIGRP协议网络收敛比OSPF协议快，EIGRP协议开销比OSPF协议小，网络延时也是EIGRP协议比OSPF协议小，所以，在此可以得出结论，在同等网络规模较小的情况下，EIGRP协议比OSPF协议性能上更好。

参考文献[1]孙屹，孟晨.OPNET通信仿真开发手册[M].北京:国防工业出版社,2005[2]龙芳，红进永.基于OPNET仿真的EIGRP和OSPF路由协议性能分析[J].电子技术,2010,7(5):100-105.[3]陈敏.OPNET网络仿真[M].北京:清华大学出版社,2004.[4]张金文，王文博.OPNETModeler与网络仿真[M].北京:人民邮电出版社,2003.[5]刘华君.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京:电子工业出版社，2003[6]CiscoSystems.思科网络技术学院教程CCNP高级路由[M].北京:人民邮电出版社,2005.3.[7]IntanagonwiwatC,GovindanR,EstrinD,etal.DirectedDiffusionforWirelessSensorNetworking[J].IEEE/ACMTransactionsonNetworking,2003,11(1):2-15.[8]范艳红.基于OPNET的路由协议性能分析[D].北京邮电大学硕士论文.2008.[9]OPNETTechnologiesOPNETModerlerproductDocumentaionRelease14.5.[10]BostianCW,MidkiffSF.ALinkAdaptationAlgorithmforIEEE802.16[Z].IEEECommunicationsSociety/WCNC,2005.[11]T.ClausenEd,P.Jacquet.Ed.OptimizedLinkStateRoutingProtocol(OLSR)[EB/OL].(2003-10).

致谢在这一个多月的毕业设计过程中，非常感谢周云辉指导老师的悉心辅导，给我提供了参考资料和指导了思考问题和解决问题的方法，让我能够顺利的完成毕业设计论文，非常感谢！毕业设计并不是像平常一般论文那样简单，过程中遇到很多问题，这都需要老师和同学们的帮助并且积极在各渠道寻找解决问题的方案。也祝母校未来的发展越来越好，我为成为湖南理工学院的学生感到骄傲。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用\t"