Modeling and Tools for Network Simulation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Wehrle, Klaus; Gunes, Mesut; Gross, James

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:2010-05-13

价格:USD 89.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9783642123306

丛书系列:

图书标签:

• 网络仿真
• 网络建模
• 仿真工具
• 通信网络
• 计算机网络
• NS-3
• OMNeT++
• 网络性能评估
• 排队论
• 离散事件仿真

《网络仿真建模与工具：构建虚拟世界的基石》 在这个信息爆炸、万物互联的时代，网络已成为支撑社会运转的血脉。从日常生活中的社交媒体、在线购物，到支撑国家经济命脉的金融交易、工业控制，再到前沿科技的自动驾驶、智慧城市，无不依赖于高效、稳定、安全的网络基础设施。然而，现实世界的网络环境日益复杂，规模庞大，且部署和测试成本高昂。如何在不干扰现有系统、不冒风险的情况下，深入理解网络行为、优化网络设计、预测系统性能，乃至为未来网络创新铺平道路？答案就在于——网络仿真。 《网络仿真建模与工具：构建虚拟世界的基石》正是这样一本致力于探索网络仿真奥秘的专著。它并非简单罗列各种仿真软件的使用方法，而是深入剖析网络仿真的核心理念、方法论和实践应用，引领读者构建起坚实的理论基础和丰富的实践技能。本书旨在成为每一位网络工程师、研究人员、系统架构师以及任何对网络运行机制感兴趣的读者，在探索虚拟网络世界时的得力助手和智慧启迪。 第一部分：网络仿真的理论基石 本书的首部分将带你走进网络仿真的理论殿堂，为你打下坚实的理论基础。 网络仿真导论：为何仿真？ 我们将从宏观视角出发，深入探讨网络仿真存在的必要性和重要性。在物理实验成本高昂、风险巨大，理论分析难以应对复杂多变的网络环境的背景下，仿真技术提供了低成本、可控、可重复的实验平台。我们将分析仿真的应用场景，从网络协议的设计与验证，到大规模网络拓扑的性能评估，再到新兴网络技术（如5G、物联网、SDN）的早期探索，仿真都扮演着不可或缺的角色。 我们将详细阐述网络仿真的基本概念，包括模型（Model）、仿真器（Simulator）、仿真场景（Scenario）和仿真运行（Simulation Run）等核心术语，并区分离散事件仿真（Discrete-Event Simulation, DES）、连续仿真（Continuous Simulation）等不同仿真范式在网络研究中的适用性。 网络建模：虚拟网络的灵魂 网络建模是仿真的核心，也是最具挑战性的环节。本书将深入剖析网络建模的各个层面，让你掌握构建逼真虚拟网络的艺术。 拓扑建模： 如何准确地抽象现实网络的连接结构？我们将介绍不同类型的网络拓扑（如星型、环型、网状、混合型），以及如何根据实际需求选择和构建合适的拓扑结构，包括节点（Nodes）的定义、链路（Links）的属性（如带宽、延迟、丢包率、抖动）的设定。 节点建模： 每个网络节点（路由器、交换机、服务器、终端设备）都有其独特的行为。我们将探讨如何对这些节点进行功能建模，包括处理能力、缓存策略、队列管理、转发逻辑等。 协议建模： 网络协议是指导网络通信的规则。本书将深入讲解如何对各种网络协议进行建模，从底层的物理层、数据链路层（如以太网、Wi-Fi），到网络层的IP协议、路由协议（如OSPF、BGP），再到传输层的TCP/UDP，以及应用层的HTTP、DNS等。我们将分析不同协议的工作原理，以及在仿真环境中如何精确地实现这些协议的行为。 流量建模： 网络流量是驱动网络运行的动力。我们将详细介绍不同类型的网络流量模型，如恒定比特率（CBR）、比例比特率（VBR）、泊松过程、马尔可夫模型等，以及如何根据应用场景生成逼真的网络流量。 环境建模： 网络运行环境并非真空，会受到多种外部因素的影响，如物理媒介的噪声、节点故障、网络拥塞等。本书将指导你如何将这些环境因素纳入模型，以提高仿真的真实性。 仿真技术原理：驱动虚拟世界运转的引擎 理解仿真器如何工作是有效使用它们的前提。我们将深入探讨离散事件仿真（DES）的核心原理，包括事件列表（Event List）、仿真时钟（Simulation Clock）、状态变量（State Variables）等关键概念。 我们将分析仿真器在处理并发事件、维护仿真状态、生成随机变量等方面的技术细节。 此外，我们还将讨论仿真结果的统计分析方法，包括采样、估计、置信区间等，确保仿真结果的可靠性和科学性。 第二部分：主流网络仿真工具概览与实战 理论是基石，实践是桥梁。本书的第二部分将为你介绍当前主流的网络仿真工具，并通过详实的案例分析，引导你从理论走向实践。 NS-3 (Network Simulator 3)：开源的典范 NS-3作为一款功能强大、高度模块化的开源网络仿真器，在学术界和工业界拥有广泛的应用。我们将深入剖析NS-3的架构设计，讲解其核心模块（如Core, Common, Node, Internet, Applications, Helper等）的功能和相互关系。 安装与配置： 提供详尽的安装指南，帮助读者轻松搭建NS-3开发环境。 脚本编程： 通过大量实例，教授如何使用C++和Python编写NS-3仿真脚本，从基础的网络连接到复杂的协议栈实现。 常用模块解析： 详细讲解TCP/IP协议栈、路由协议、无线网络（Wi-Fi, LTE）、应用层协议（HTTP, FTP）等在NS-3中的实现和使用方法。 实例分析： 涵盖从简单的点对点通信，到多跳无线网络路由协议的性能评估，再到基于TCP拥塞控制算法的吞吐量分析等一系列典型案例，让你掌握NS-3的实际应用能力。 OMNeT++：面向对象的仿真框架 OMNeT++以其面向对象的建模方法和直观的可视化工具而著称。我们将深入探讨OMNeT++的建模语言NED（Network Description）、消息传递机制以及仿真运行管理。 模型构建： 学习如何使用NED语言描述网络拓扑和模块组件，以及如何在C++中实现模块的内部逻辑。 仿真配置与运行： 掌握OMNeT++仿真配置文件（.ini）的编写，以及如何运行和调试仿真。 可视化工具： 介绍OMNeT++的图形化仿真环境（IDE）和结果分析工具（如Scalars, Vectors, Charts），帮助你直观地观察和分析仿真过程。 典型应用： 通过案例演示，如构建和分析不同类型的网络协议栈、评估QoS性能、模拟大规模分布式系统等。 Mininet：软件定义网络（SDN）的实验平台 Mininet允许用户在单台机器上创建虚拟网络，能够运行真实的Linux网络协议栈，非常适合SDN的研究和开发。我们将重点介绍Mininet的架构、Python API以及如何利用它来构建和测试SDN控制器和应用程序。 拓扑创建： 学习如何使用Python脚本创建各种复杂的网络拓扑，包括交换机、主机、链路的配置。 SDN控制器集成： 演示如何将不同的SDN控制器（如Open vSwitch, POX, Ryu）与Mininet网络集成，并进行交互。 流量生成与测试： 介绍如何使用Mininet工具生成网络流量，并对SDN策略进行测试和验证。 实际案例： 包括使用Mininet实现简单的流量工程、动态路由策略、网络安全防护等SDN应用场景。 GNS3（Graphical Network Simulator-3）：网络设备的真实模拟 GNS3允许用户运行和互联真实的路由器、交换机、防火墙等网络设备镜像，提供了一个高度接近真实网络的仿真环境。我们将介绍GNS3的安装、配置，以及如何导入和配置各种网络设备。 设备集成： 学习如何导入Cisco IOS, Juniper Junos等主流网络设备的镜像，并在GNS3中构建复杂的网络拓扑。 拓扑设计与连接： 掌握在GNS3中进行图形化拓扑设计，并配置设备间的连接。 设备调试与故障排除： 演示如何在GNS3中模拟网络故障，并使用真实的设备命令进行诊断和排除。 与仿真器结合： 探讨如何将GNS3与NS-3等仿真器结合使用，以达到仿真和真实设备混合测试的效果。 第三部分：高级主题与未来展望 在掌握了基础理论和主流工具之后，本书将进一步拓展你的视野，探讨更高级的主题，并展望网络仿真的未来发展。 性能评估与优化： 如何科学地设计仿真实验，以获得准确可靠的性能评估结果？我们将深入探讨实验设计原则，如参数选择、数据收集策略、统计显著性检验等。 如何根据仿真结果对网络设计和配置进行优化？我们将提供实用的优化方法和思路。 面向大规模网络的仿真： 随着网络规模的不断增长，传统的仿真器面临着性能瓶颈。我们将探讨面向大规模网络仿真的挑战，如分布式仿真、并行计算、高效的内存管理等。 介绍一些用于大规模网络仿真的技术和工具。 仿真与现实的融合： “硬件在环”（Hardware-in-the-Loop, HIL）仿真技术将真实硬件集成到仿真环境中，可以更全面地测试网络设备的性能和兼容性。我们将探讨HIL仿真的原理和应用。 介绍仿真与现实网络部署相结合的策略。 新兴网络技术的仿真： 软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）： 探讨如何利用仿真技术来研究和验证SDN和NFV架构。 物联网（IoT）网络仿真： 介绍针对海量设备连接、低功耗通信等IoT网络特性的仿真方法。 5G/6G网络仿真： 探讨超高带宽、低延迟、海量连接等5G/6G网络关键技术的仿真挑战和解决方案。 人工智能在网络中的应用仿真： 如何利用仿真环境来训练和评估基于AI的网络管理和优化算法。 网络仿真工具的未来趋势： 云原生仿真： 探讨利用云计算平台构建和运行大规模网络仿真环境的优势。 AI驱动的仿真： AI技术如何赋能网络仿真，例如自动生成仿真场景、优化仿真参数、预测仿真结果等。 更逼真的模型： 模拟更复杂的物理层现象、用户行为模型等，以提高仿真的精度。 总结 《网络仿真建模与工具：构建虚拟世界的基石》是一本集理论深度、工具广度、实践应用为一体的力作。它不仅仅是一本技术手册，更是一扇通往网络未来世界的窗口。通过学习本书，你将能够： 深刻理解网络仿真的核心理论和方法。 熟练掌握并运用NS-3、OMNeT++、Mininet、GNS3等主流仿真工具。 能够独立设计和执行网络仿真实验，解决实际网络问题。 为理解和应对未来网络挑战做好充分准备。 无论你是希望提升现有网络性能，设计下一代网络架构，还是投身于网络研究前沿，本书都将为你提供宝贵的知识和实用的技能，助你在虚拟网络的构建与探索中，迈出坚实而自信的步伐。

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