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。

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