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1、 题 目： 基于OPNET的TCP协议研究与仿真 姓 名： 关记红 学 号： 200905050071 系 别： 物理与电子工程系 专 业： 电子信息工程 年级班级： 2009级1班 指导教师： 姚遥讲师 2013年5月18日毕业论文（设计）作者声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、
2、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本毕业论文内容不涉及国家机密。论文题目：作者单位：作者签名： 年 月 日 目 录摘要1引言11. 绪论21.1 论文研究的背景及意义31.2 国内外研究状况32. 网络仿真软件OPNET42.1 OPNET仿真软件概述42.2 OPNET仿真技术52.3 OPNET仿真流程73. TCP协议分析83.1 TCP协议概述83.2 TCP算法研究124. TCP协议仿真分析144.1 OPNET Modeler中支持TCP协议的节点模型144.2 TCP协议仿真155. 结束语20参考文献21致谢22基于OPNET的TCP协议研究与仿真 摘 要
3、：本文采用网络仿真工具OPNET对TCP协议拥塞控制进行仿真分析。论文首先介绍了网络仿真软件的发展，详细介绍了仿真软件OPNET，重点讨论了OPNET的仿真机制，然后介绍了TCP协议的原理和拥塞控制，以四种不同版本的拥塞控制算法TCP Tahoe、Reno、New Reno、SACK分析不同算法在网络拥塞出现丢包时的窗口变化差异，通过OPNET仿真观察其窗口变化情况。通过仿真结果可以非常准确和直观地得到各TCP版本的特点，从而说明了拥塞控制算法对网络性能的影响。关键词：网络仿真；OPNET；TCP协议；拥塞控制TCP protocol Research and Simulation Based
4、 on OPNETAbstract: This paper uses the network simulation tool OPNET to simulate the TCP congestion control. We first describe the development of the network simulation software and introduce a powerful network simulation software named OPNET in detail, we emphatically discuss its simulation mechani
5、sm. Then we introduce the principle of the TCP protocol and congestion control, With four different versions of the congestion control algorithm named TCP Tahoe, Reno, New Reno, SACK .We analysis the window difference of different algorithms in network congestion when packet loss, and observe the wi
6、ndow changes by OPNET simulation. The simulation results show that we can very accurately and intuitively get the characteristics of the TCP version, thus explain the influence of congestion control algorithm on network performance.Key Words: network simulation; OPNET; TCP protocol; congestion contr
7、ol引言随着社会的发展，计算机被广泛地应用于各个领域，成为现代人的一个不可缺少的工具。同时带来的问题是网络结构和规模的日益复杂以及网络应用日益多样化，网络负载越来越重，容易造成网络拥塞，严重影响了通信。因此，拥塞控制成为现代科学家研究的一个热门话题。单纯依靠网络的规划和设计、网络设备和网络协议开发的研究，已经不能满足网络的发展。因此，迫切需要一种科学的手段来反映和预测网络性能，网络仿真应运而生。本文采用的是网络仿真软件OPNET，其具有丰富的模型库，通过OPNET Modeler仿真软件建立模型对各种拥塞控制算法进行仿真。1. 绪论1.1论文研究的背景及意义随着计算机网络的发展，网络规模和网络
8、应用的迅速增长，对网络的性能评估、协议开发和测试都有了新的需求。由于计算机仿真技术是一个以系统模型为对象的研究方法，利用计算机快速计算的能力，用极短的时间模拟实际系统中的较长周期。因此，计算机仿真技术具有极其重要的应用意义。随着新的网络技术的不断涌现和数据网络变得越来越复杂，网络仿真技术的需求越来越迫切，网络仿真的应用越来越广泛，网络仿真已成为科研、规划、设计网络不可或缺的工具。计算机和通信技术的不断发展，人们能够越来越方便的实现信息的共享，TCP/IP协议使世界上不同架构的计算机网络相互连接形成一个全球性的互联网络Internet，这为各种信息的共享提供了便捷的途径。在Internet中的每
9、一台计算机可以访问Internet上的其他任意一台计算机，好像它们在一个局域网内使用双绞线或同轴电缆直接连接起来一样(不同的是速度比局域网要慢)。现在TCP/IP协议簇一直很受欢迎，并已成为网络通信协议事实上的标准。TCP协议在Internet网络技术的数据传输协议中，占据的比重比较大。TCP是一种端到端可靠的数据传输协议，采用尽力而为的服务。在网络实施中，当网络资源不能满足使用用户的需求时，网络不能采用限制用户使用数量的方案，即使是网络使用效率降低到了极致，它也只能做到最好的去提供服务，一般在这种情况下，就会导致网络拥塞。 因特网实际上使用的拥塞控制是在传输层中TCP的流量控制和拥塞控制基础
10、上建立的。虽然现在对IP层中的拥塞控制研究逐渐成为一个新的研究热点，但是就目前而言，传输层中的端到端TCP拥塞控制1在Internet上还是起主要作用的。OPNET作为网络仿真领域中的重要仿真工具，可以利用它通过数学建模和统计分析的方法来模拟网络行为，从而很好的理解网络运行情况和分析相应的协议。OPNET Modeler中的TCP实现模型参考了RFC文档，学习TCP代码可以加深对TCP算法的了解，从深度上对网络有新的认识。目前国内外存在很多对TCP进行研究的组织，他们试图通过改进TCP中的某个或某些算法，来提升TCP性能同时又要保证TCP的兼容性。但成果并不是很明显，工程意义不是很大，在本论文
11、中，我们利用仿真软件OPNET对TCP的经典算法进行了研究，这具有重要的实践和工程意义。1.2 国内外研究状况TCP是传输控制协议，它工作在TCP/IP协议栈的传输层，提供面向连接的端到端的可靠传输服务。目前很多的应用程序都是基于TCP协议进行传输的，如Telnet、FTP、SMTP等。TCP的工作是建立连接，然后为应用层程序接收和发送数据。在发送的过程中，发送方会等待接收方给出一个确认性的应答，否则发送方将认为此数据丢失，并重新发送此数据。所以在TCP协议中涉及到了报文的标识、报文的确认、报文的有序发送、拥塞识别、拥塞控制等保证TCP健壮性的逻辑。在TCP早期连接中只有简单的基于滑动窗口的流
12、量控制机制，并不存在拥塞控制。而拥塞控制机制是由Jacobson在1988年提出的，称为TCP Tahoe，包括三种算法即慢启动、拥塞避免和快速重传算法。两年后在此基础上又加入了快速恢复算法，TCP由此发展为TCP Reno，占据了目前网络中的主导位置。在Jacobson之后许多研究者又针对TCP拥塞控制2做了大量的研究，由于TCP窗口慢增快减，这样会引起震荡特性，许多人为了克服这一缺点试着提出一种“理想”的拥塞控制方案，包括DUAL、TCP Vegas等。然而，考虑到多方面的因素包括实际应用问题和网络的性能，之前提出的拥塞控制机制并不能较好的与TCP Reno兼容，甚至会使效果降低。这也就导
13、致了这些机制不能广泛应用于实际网络。受到前面因素的影响，大多数人就开始着手研究TCP Reno中的快速恢复算法，并对其进行了改进，取得了有效的进步，这些改进算法主要包括TCP New Reno，SACK。这些算法对提高Reno中快速恢复算法的性能提供了有利的方法。在高速网络中，由于受到TCP加性增长、乘性减小的拥塞控制算法的影响，致使传输速率大大的降低，目前针对这种缺陷的改进，研究者探讨了一种FAST TCP高速网络拥塞控制，有效的解决了上述问题，虽然已经有了一些实际网络的应用，但仍需要进一步的探讨和改进。2.网络仿真软件OPNET2.1 OPNET仿真软件概述2.1.1 OPNET Mode
14、ler概述由OPNET Technologies公司开发的网络仿真软件OPNET Modeler。它能够很好的分析各种模拟系统的行为和性能，而分析这种性能是通过执行离散事件仿真的方法来实现的。OPNET Modeler作为一个大型的网络开发工具，具有的特征如下：面向对象：OPNET Modeler创建的所有系统都有一系列属性可以配置的对象组成3。分级模型：OPNET Modeler中的模型是分级设计的，与实际通信网络的分级结构自然对应。图形化编辑：在工程建模的大多数环节中，可以使用图形化编辑器来定义和编辑模型，因此具有良好的用户接口。方便的综合仿真和分析工具：OPNET允许用户对自己感兴趣的数
15、据量进行统计，在仿真过程中自动收集，并且根据收集到的数据量对仿真结果进行图形化比较和性能评估。另外OPNET还支持动画，来动态的观看统计量的变化。有限状态机(FSM)：OPNET Modeler使用有限状态机来对协议和其他过程进行建模，在有限状态机的状态和转移条件中使用C/C+语言进行描述，可以按需求控制仿真的详细程度。应用编程接口(API)：OPNET提供许多应用编程接口，以便用户编程进行扩展。使用应用编程接口也是OPNET与其他仿真工具进行结合、协同仿真的一种重要手段。OPNET的应用很广泛，典型的应用有网络规划、通信体系结构和协议的研发、分布式传感器网络和片上系统、通信系统排队论研究、无线网络和卫星网络的研究等。2.1.2 OPNET应用范围在不同的领域中，Modeler表现的用途不同。(1)对于企业网，Modeler利用
