شبکه های کامپیوتری با رویکرد کاربردی آزمایشگاه شبیه سازی شبکه

امروزه با رشد چشمگیر شبکه های کامپیوتری روش هایی که بتوان توسط آنها رفتار شبکه ها را آنالیز و بررسی کرد از اهمیت فراوانی برخوردارند. همچنین طراحان شبکه برای آزمایش ایده ها ی نوین خود نیازمند ابزارهایی جهت شبیه سازی رفتار شبکه ها هستند. شبیه سازی در مهندسی بطور گسترده ای در حال استفاده است. ظهور ایده های نو در مدیریت، کنترل ترافیک و افزایش ابعاد مسائل مورد بحث در این زمینه دلایل اصلی استفاده روزافزون از نرم افزارهای شبیه ساز هستند. تعدد نرم افزارهای شبیه ساز و دامنه گسترده امکانات آنان گواه این ادعاست. اصولا در جاییکه مدل های محض ریاضی به دلیل پیچیدگی ارتباط بین اجزای یک سیستم و هم چنین تعدد عوامل ایجاد عدم اطمینان، برای کل سیستم قابل استفاده نیستند؛ درک و پیاده سازی روابط ساده بین اجزای سیستم می تواند راه حل مفیدی در تحلیل این سیستم های پیچیده باشد. کاربر نرم افزار شبیه سازی، نحوه چیدمان و ویژگیهای عناصر شبکه و اطلاعات مربوط به تقاضای ترافیک را در قالب یک ˝سناریو˝ به عنوان ورودی برای مدل معرفی می کند. از طرف دیگر مدل پس از اجرا، در دو بخش اصلی خروجی های آماری و گرافیکی، خروجی مربوط به سناریو را برای تحلیل به کاربر برمی گرداند. نرم افزارهای شبیه ساز ابزار مناسبی برای شبیه سازی شبکه ها هستند بخصوص برای شبکه های امروزی که دارای ساختار با پیچیدگی بالا بوده و استفاده از روشهای آنالیز ریاضی در بررسی رفتار آنها عملا به صورت دقیق امکان پذیر نیست. از جمله مهمترین شبیه سازهای دانشگاهی شبکه می توان به موارد زیر اشاره کرد :
REAL, INSANSE, VETSIM, MAISIE, NS-2 , U-NET, OPNET IT Academic Edition
همچنین نرم افزارهای شبیه ساز تجاری متعددی نیز وجود دارند که از جمله مهمترین آنها می¬توان مجددا⸗ به شبیه ساز قدرتمند OPNET2، و شبیه سازهای BONeS, COMNET اشاره کرد. در اینجا به طور مختصر به بیان هر یک از این شبیه سازها و کاربرد آنها می¬پردازیم.
شبیه ساز REAL برای بررسی رفتار پویا و متغیر روشهای مختلف کنترل ازدحام و کنترل جریان در شبکه های داده با سوئیچنگ بسته ای به کار می رود. در این نرم افزار توپولوژی شبکه، پروتکل های مختلف و همچنین پارامترهای کنترلی به صورت یک سناریو تعریف می شوند. همچنین بیش از 30 ماژول مختلف در این نرم افزار آماده شده است که می توان با استفاده از آنها رفتار پروتکلهای مختلف کنترل جریان و ازدحام را به صورت دقیق شبیه سازی و تقلید کرد. شبیه ساز INSANCE برای بررسی رفتار الگوریتمهای مختلف در زمینه IP روی ATM طراحی شده است. شبیه ساز NETSIM به منظور مدل کردن دقیق استاندارد اترنت و بررسی معضلات موجود در آن به کار می رود. شبیه سازMAISIE مبتنی بر زبان برنامه نویسی C بوده و برای شبیه سازیهای سلسه مراتبی مناسب است.
شبیه سازهای شبکه را از دیدگاههای مختلف میتوان تقسیم بندی کرد. یکی از این دیدگاهها برای تقسیم بندی شبیه سازهای شبکه روشی است که برای شبیه سازی به کار می برند. به طوریکه در حالت کلی شبیه سازی به دو روش متفاوت صورت می گیرد. روش اول شبیه سازی به کمک آنالیز دقیق رویدادها و روش دوم شبیه سازی رویدادهای گسسته است. در روش اول برای شبیه سازی از مدلهای ریاضی برای حصول نتایج استفاده می شود و شبکه با مجموعه¬ای از معادلات ریاضی مدل میشود. عیب عمده این روش شبیه سازی در ساده کردن بیش از حد شبکه در این مدلها و عدم توانایی در شبیه سازی رفتار پویای شبکه ها است. اما در روش دوم، شبیه سازی در سطح پایین ( در سطح بسته های موجود در شبکه ) انجام شده و از این رو نتایج از دقت بالایی برخوردارند. در این روش، نتایج با شبیه سازی رویدادهای گسسته به دست می آیند. اما بر خلاف روش اول که شبیه سازی با سرعت بالایی انجام می شود، در این شبیه سازها نتایج با سرعت کمی حاصل خواهند شد. اما راه حل مناسب، استفاده از ترکیب این دو روش در شبیه سازی با هدف داشتن عملکرد مورد قبول و حفظ دقت مورد نیاز در موارد بحرانی است. این شبیه سازها را اصطلاحا شبیه سازها مرکب گویند. از مهمترین این شبیه سازها می توان به OPNET و NS-2 اشاره کرد. شبیه ساز NS-2 نسخه دوم شبیه ساز شبکه است که توسط VINT4 گسترش داده است. NS-2 یک شبیه ساز شبکه مبتنی بر رویداد است که به وفور توسط مهندسین شبکه مورد استفاده قرار می گیرد. این شبیه ساز مدلهای مختلفی از اغلب پروتکلهای اینترنت را در خود دارد و همچنین به دلیل باز بودن منبع آن، دارای سطوح مختلف پیکربندی بوده و همچنین قابلیت ایجاد پروتکلها و کاربردهای متداول را دارا می باشد. شبیه ساز OPNET که در دانشگاه MIT و در سال 1987 ارائه شد، این امکان را برای کاربر فراهم می کند تا به طراحی و مطالعه شبکه های مخابراتی مختلف، ادوات شبکه، و پروتکل های موجود در شبکه بپردازد. یکی از قابلیت های مهم این شبیه ساز شی گرا بودن آن است که روند شبیه سازی را برای طراح بسیار ساده و قابل درک می کند. همچنین یکی دیگر از قابلیتهای آن سلسه مراتبی بودن روند طرح ریزی مسئله در آن است. به نحوی که بعدا خواهیم دید برای ایجاد یک سناریو و انجام یک شبیه سازی در آن ، در سه سطح مختلف مسئله را میتوان مطرح کرد.