- 相关推荐
对于OMNEST 的以太网传输丢包问题研究论文
0 引言
在通信系统建立以及调试过程中，仿真建模实验作为一种重要的支撑技术发挥着越来越重要的作用。相对于实物调试试验，使用仿真技术能够更快、更多的遍历问题出现的条件，为解决问题提供方案，提高工作效率。OMNEST是一款面向对象的离散事件网络模拟器，它的特征体现在分层次嵌入式模块、各模块以模块类型分类、模块之间通过信号在通道上的传输进行通信、灵活的模块参数和拓扑描述语言。一个可执行仿真程序一般由网络描述语言NED、.h 和.cc 文件、配置文件INI及消息文件.msg组成，其中：网络描述语言NED，描述网络拓扑结构;.h 和.cc 文件，用于完成各模块的代码编写、也可以通过代码生成网络的拓扑结构，以及实现仿真结果的统计工作;配置文件INI，主要实现对模块参数的配置，便于对仿真参数的更改;消息文件.msg，可以模拟传输过程中的事件、消息、包、帧等。本文使用OMNEST离散事件仿真工具对以太网进行建模，建立以太网节点模型及其中心节点内各分功能模块模型，多个节点模型通过NED 语言联合组成最终的网络模型。节点模型由应用层模块APP、传输层模块UDP、网络层模块NETWORK(包含IP、ICMP、IGMP等子模块)、链路层模块ETH(包含ARP、ENCAP、MAC 等模块)组成。
1 以太网传输丢包问题分析
在进行某综合试验的过程中，使用千兆以太网通过交换机将主机与终端相连。在实际网络传输过程中，由主机产生消息通过接入设备路由将消息分别传输给所有的终端。对系统进行调试中，主机上的综合监控软件在向终端上的监控信息模拟软件发送数据的过程中出现丢包现象。经分析，对出现问题的原因建立故障树，如图1所示。通过对故障进行排查，排除了硬件和应用软件的问题。在主机和终端上分别安装CommView抓包软件，通过多次试验，查看抓到的数据包发现出错的现象相同，故障可复现。每次出错时，数据包信息描述如下：
(1)ARP request方向为：本机→对端;
(2)IP分片方向为：本机→对端;
(3)ARP respond 方向为：本机←对端。
查看抓到的数据包内容：ARP Request方向数据包中源IP为本机IP，源MAC为本机MAC，目的IP 为对端IP，目的MAC 为全“1”，意为广播，这种形式的ARP 包是在一台主机的ARP 列表中不含有可用项时发出的标准的ARP请求数据包;IP分片方向通过查看数据包的大小、偏移量和MF标志位，证实它是数据包中一包数据所分成的IP片中的最后一片(每包数据大小为8 960 B，被分成7个IP片);ARP Respond方向数据包中的内容显示它是一个标准的ARP应答包。通过抓包分析猜测问题出现在ARP解析过程中，当发送方主机ARPCache清空或者目的地址超时导致MAC目的地址不可用，就会发起ARP查询时，故障出现。在故障树中对应于操作系统引起的故障。在连续试验过程中，由于故障每隔10 min会出现一次，因此，分析认为是系统定期ARP查询导致故障的出现。
2 仿真模型的建立
本文使用OMNEST 进行仿真，实现由1 台主机向6 台终端通过路由器发送报文，对故障进行编码设计具有ARPCache 清空功能的ARP 协议，通过参数设定，与标准以太网模块进行比较定位问题。为使用OMNEST搭建的仿真场景。通过对抓包结果进行分析，定位问题可能出现在ARP解析过程中。在每一次ARP解析时都会出现丢包现象，而且总是丢掉IP 分片的前面6 片，而发送最后一个分片。
基于以上分析，本文建立节点模型，使用计算机体系结构5层协议来模拟发送数据端。应用层为myapp，实现消息的产生，接收以及统计;传输层使用UDP协议，绑定端口号1 024;网络层建立IP?ICMP?IGMP 结构模型，实现IP 分片以及差错控制等功能;数据链路层建立myarp?encap?MAC 结构模型，myarp 模块实现地址的ARP 解析模型，以及复现上述所定位的问题的编程实现，encap模块实现仿真中上下层报文的发送控制，MAC 模块实现MAC 地址的分配;最后通过1 000 MHz以太网发送。在消息的产生以及传输等方面，通过上述方法建立的节点模型都与实际情况一致。
参考计算机网络ARP 标准并结合实验的实际情况，本文设计具有ARPCache清空功能的ARP协议，在协议中中采用ARP高速缓存存放局域网上各主机和路由器的IP地址到硬件的映射表。本文中规定ARPCache 清空时间为t1，而对于每一个目的地址，在协议中有一个生存时间为t2，在t2时间内使用过该目的地址则再延长一个生存时间，如果超过这个生存时间就会把这一地址映射丢弃。
3 仿真结果及分析
OMNEST系统自带有ARP模块，此模块按照计算机网络ARP标准建立。标准ARP模块无法准确描述实验出现的问题，所以本文建立具有ARPCache清空功能的以太网模型。仿真实验时，将具有ARPCache清空功能的以太网模型与标准的以太网模型进行对比。分别对故障树罗列情况进行仿真，得到仿真结果，并对仿真结果进行对比分析。
4 结语
本文使用OMNEST通信仿真软件对以太网主机之间通信进行建模，对每个节点采用计算机网络体系5层结构进行精确仿真，使用C++编程实现每一个功能模块，使模型与真实模型逼近。针对以太网丢包问题，本文先建立故障树对故障进行理论分析，然后使用OMNEST 建立具有ARPCache清空功能的节点模型，复现丢包现象，精确定位问题，并结合仿真结果提出问题的解决方案。随着通信仿真技术的发展，通信仿真手段越来越多的被用来解决工程问题。本文使用OMNEST对以太网丢包问题的描述和解决为后续同类工程问题的解决提供借鉴。
【对于OMNEST 的以太网传输丢包问题研究论文】相关文章：
关于班级管理存在的问题及对策研究论文03-30
网络文学诞生、发展及问题研究论文03-23
浅析体育社会问题的理论研究论文04-24
酒店前厅服务质量的问题与对策研究论文03-04
绩效管理中存在的主要问题及对策研究论文03-04
商业银行经营管理问题研究论文04-15
企业可持续发展问题研究论文（通用9篇）08-23
实施研究性学习过程中注意的问题论文04-29
林业育苗技术管理问题研究论文（通用6篇）06-10