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OPNET SP Guru 解决方案
为电信运营商提供超前的战略决策支持
当前，数据网络发展迅猛，网络规模日趋庞大，新技术不断出现，网上应用日益复杂，这对网络管理提出了许多新的要求。
（1） 目前流行的以经验为主的网络管理、网络规划的方法，对于中小型网络还是可行的。但是，随着网络规模的急剧扩大和网络复杂性的迅速增加，需要考虑的因素也随之急剧增加，往往超出了管理人员自身经验的范围。
（2） 网络技术的多样性导致网络建设投资风险加大。目前网络通信领域往往对于一个问题的解决有多种技术方法和产品。如果运营商只能依靠厂家提供的报告和国外第三方的测试结果，容易造成投资的风险加大。
（3） 电信资费的不断下调，对外开放的压力，迫使电信网络运营商在网络建设的同时，就已经开始注重网络的优化和对现有网络的挖潜。如果能把网络流量、性能的实际监测分析结果和网络设计结合起来，则可为网络优化提供可靠的依据。
因此，随着网络的不断扩充，越来越需要一种新的网络管理和规划手段来提高对网络性能验证的客观性，保证结果的可靠性，并降低网络建设的投资风险。网络仿真技术正是在这种需求拉动下应运而生的。网络仿真技术以其独有的方法能够为网络的管理规划提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。美国OPNET公司的SP Guru产品就是专门为电信运营商提供的超前的战略决策支持工具。
1．SP Guru概述
1．1 公司背景及客户群
OPNET Technologies, Inc.是全球领先的决策支持工具提供商，总部在华盛顿特区，主要面向网络领域的专业人士，为网络专业人士提供基于软件方面的预测解决方案。OPNET Technologies, Inc.最早是由麻省理工学院信息决策实验室受美国军方委托开发。1987年以来，OPNET迅速而稳步发展，作为高科技之网络规划、仿真及分析工具，OPNET在通信、国防及电脑网络领域已经被广泛认可和采用。成千上万的组织使用OPNET软件来优化网络性能、最大限度地提高通信网络和应用的可用性。
OPNET目前在全球有超过2500 客户，其中大约75% 的客户在美国本土, 大约25% 的客户在其他国家。OPNET在全美设立了四个办事处，分别在加州，德州，北卡罗来纳，马萨诸塞州，另外OPNET也在全球设立了四个办事处，分别为法国的巴黎，英国的剑桥，澳大利亚悉尼，以及比利时的根特，新加坡经纬线科技公司是OPNET产品在亚洲地区包括新加坡、马来西亚、泰国、台湾、香港以及中国大陆地区的总代理。
OPNET的全球部分电信级运营商客户列表如表1所示。如AT&T, NTT DoCoMo, France Telecom 等，这部分客户相对于中大企业，具有更复杂的网络结构和协议配置，因此管理起来更加的复杂。OPNET利用其极高的网络智能来辅助运营商的网管人员管理其网络，并且OPNET具有很好的开放型和互联性，可以和当前很多流行的网络管理和监控软件一起协同工作，如HP的OpenView， Tivoli的NetView，Cisco Netflow以及Angilent的NetMetrix。
表1 OPNET电信级运营商客户
1.2 SP Guru提供的智能网络平台
OPNET的SP Guru是为服务提供商提供的一个智能网络管理平台，它提供了深入了解OSI第2/3层协议模型的能力，包括路由器、交换机、协议、服务器和数据流等等。SP Guru的智能技术为服务提供商网络提供了包括故障排除、操作验证、网络规划和工程实施在内的多种决策支持的辅助手段。
服务提供商可以利用SP Guru实现其分布广泛的、多技术的和多设备提供商的网络的智能管理，从诸如网络体系结构和总体规划这样的战略性的决策行为，一直到包括故障排除、配置验证和流量工程等在内的网络运行管理行为等等。SP Guru支持广泛的用户应用案例，包括：
· 网络配置和连接的排错
· 配置的验证
· 配置策略的执行
· 为网络调整方案提供SLA保证的验证
· 流量工程
· 故障分析
· QoS分析
· 配置和扩展新的服务
· 预提供带宽
· 网络扩容研究
· 技术评估
· 网络迁移规划
· 可靠性规划
当服务提供商把电路交换网络迁移到分组网络，配置3G无线服务或者VPN，以及实施基于MPLS的流量工程的时候，SP Guru都是必不可少的。利用SP Guru，服务提供商可以：
· 加速新业务的配置
· 最大化现有网络资源的回报
· 提高服务水平管理的效率
· 降低运营风险
2．运营商使用SP Guru分析网络实例
2．1 目标
在MPLS网络中部署DiffServ，考察其QoS是否满足SLA
2．2 实现步骤
2．2．1导入网络拓扑
OPNET支持利用外部数据源创建网络模型，即导入网络拓扑，这样就保证了创建的网络模型能够准确地反映实际的网络环境。OPNET支持的数据源包括：ATM文本文件、VNE Server、HP NNM、XML文件、路由器配置文档、Tivoli NetView、Lucent NavisCore和ACE等。
OPNET的多提供商导入模块（MVI）允许通过导入Cisco和Juniper路由器的配置数据来生成网络模型。MVI使用导入的第三层的IP配置数据设置所有的控制路由的OPNET属性，包括：
l 连接、接口（包括子端口）和数据速率；
l 路由协议，包括RIP、BGP、EIGRP、IGRP、IS-IS、OSPF和MPLS等；
l 访问控制列表（ACL）和路由映射；
l IP的静态路由、默认路由、策略路由和路由重分布等。
当生成网络模型并完成配置之后，就可以运行仿真研究（离散事件仿真或者流分析）或者验证研究，即进行网络诊断（NetDoctor）。
2．2．2对网络的诊断
NetDoctor模块可以帮助确定潜在的或者现存的网络故障，并且帮助确定网络是否处于优化的配置状态。如果NetDoctor发现任何问题，都会推荐明确的修正方法。NetDoctor能够确定的网络故障包括：
l 没有利用ACL定义的SNMP团体（Community）；
l 与主干区域（Area 0）没有链接的OSPF区域边界路由器；
l 在一个路由器上引用了，但没有在该路由器上定义的路由映射（Route Map）；
l 在BGP中使用了，但没有在该路由器上定义的AS路径列表；
l 非完全网状的IBGP邻居，包括联邦（Federation）和路由反射（Reflector）；
l 包含无效的，或者低效率的语句的ACL；
l 路由循环；
l 在一个网络中的重复的IP地址；
l 妨碍OSPF链接形成的不一致的接口参数；
NetDoctor可以在配置设备之前自动检查设备的配置错误。这样就可以避免可能随后在实际环境中出现的问题。
2．2．3建立流量
在创建一个网络拓扑（或者手工方式，或者从外部数据源导入）之后，下一步就是向网络添加流量。OPNET允许在网络模型中通过设置不同网络对象的属性手工创建流量，或者从外部数据文件或程序导入流量。
2．2．4流量导入
一个网络可以加载几种流量类型，包括显式产生的流量（数据包），数据流（端到端的背景流量）和设备/链路负载（背景利用率）流量。显式产生的流量（数据包）必须在OPNET中定义，而数据流和链路负载可以从外部数据源导入。
OPNET支持的数据流数据源包括：ASCII文本文件、电子表格文件、cflowd、NAI Distributed Sniffer、NAI Sniffer Prof、Netflow Collector、NetScout Manager、NetScout nGenius和ACE等。有些格式需要专门的许可证。
OPNET支持的链路负载数据源包括：ASCI文本文件、Concord eHealth–Network、InfoVista和MRTG等。有些格式需要专门的许可证。
2．2．5流分析
流分析模块是一个允许建立网络流量模型的智能网络管理工具。网络规划者、流量工程师和网络管理员可以使用流分析帮助诊断当前网络故障，或者帮助预测未来的网络性能。
利用流分析，可以查看流量大小、流量类型、设备故障或者路由器配置可能对网络运行产生的影响。也可以选择性的让某些网络对象出现故障——人工的或者程序控制的方式，测试一个网络设计的可靠性、容错性或者服务质量特性。
流分析模块允许进行非比对网络分析（可能具有，也可能没有故障对象）和比对故障研究。在进行比对研究时，可以选择让一些网络对象一个接一个的，或者成对的，或者同时出现故障；也可以让所有网络对象一个接一个的，或者成对的出现故障。通过反复比对，流分析模块可以帮助回答网络故障，并极快地恢复故障。
在运行流分析之后，就可以研究分析报告，该报告包括整个网络或者单个网络对象的广泛的信息，从而评估高网络利用率或者网络对象故障的影响。流分析报告提供了分析如下数据的快捷途径：
l 网络对象的利用率和性能统计数值；
l 在路由器上配置的每个IP路由协议的路由表；
l 路由器的IP转发表；
l 会话双方的端到端的路由；
l 会话双方的稳态时延估计；
l 详细的协议配置和网络清单报告。
在利用流分析模块确定网络中的关键问题之后，可以利用离散事件仿真更详细地检查该场景了。例如，可以就如下问题进行研究：
l 如果一条关键链路（利用流分析发现的）中断，并且于十分钟之后恢复，那么网络重路由数据流，并达到稳定状态需要多长时间？
l 数据流时延在一个稳定网络中与在同一个网络由于故障而重路由之后有何不同？
l 基于一天的数据流类型，在网络中是否具有足够的冗余设备以确保经受得住设备或者链路的故障？
l 在某次故障中重路由数据流会对特性业务流量，例如HTTP产生怎样的影响？
2．2．6业务建模
通信网络允许应用程序（也称之为业务）交换数据。使用数据网络的常用应用程序包括虚拟终端服务、文件传输工具、数据库处理事务和电子邮件等。每一种业务都会产生各自的流量：虚拟终端缓慢地产生很多小的数据包，而文件传输工具传送大数据包的长数据流。在同一个网络中，每个类型的流量都会导致并经历不同的问题，因而就需要精确地建立每一种业务产生的不同流量类型的模型。
用户自定义业务模型可以用来描述各类应用程序。当需要建模的业务不属于标准业务时，就可以使用用户自定义业务模型，它提供了很多属性，允许配置业务的细节。自定义业务可以用来描述任意层次的业务，包括两层（客户机/服务器模式）业务。
配置业务模型可以进行如下研究：
l 研究业务在不同网络拓扑下的响应时间、端到端的时延和时延抖动等特性；
l 在网络上配置某个业务对现存业务友有何影响？
l 调整链路和服务器的容量以满足新的负载；
l 具有低速连接的远程用户可否使用该业务？
2．2．7配置差别服务（DiffServ）
队列机制通过提供专用带宽，受控时延和时延抖动，以及改进的丢包特性，从而可以提供可预测的网络服务。
队列的基本概念就是为敏感数据预分配资源（例如处理器和缓冲存储空间）。下面的每一个队列机制都需要自定义输出端口的队列。
●优先队列（PQ）承诺在拥塞期间最高优先级数据不会被较低优先级的流量延迟。但是，较低优先级的流量可以接受很大的时延。PQ可以运用于存在重要数据的环境中，在拥塞期间，PQ可以拒收或者延迟不太重要的流量。
●自定义队列（CQ）为每一个队列分配一定的带宽（占总带宽的百分比），保证每个队列具有可预测的吞吐率。CQ适用于需要为所有数据流保证一个最小的服务水平的场合。
●加权平均队列（WFQ）在拥塞期间为每个数据流分配输出带宽的一个百分比，百分比值等于每个数据流的相对权重。
随机早期检测（RED）是一种丢包机制，也就是如果检测到拥塞，那么就随机地丢弃一些数据包（例如TCP包）。通过监测路由器的平均队列长度，并随机丢弃一些数据包，RED可以避免丢弃来自同一连接的数据包，并且把拥塞的影响降低到最低，提高每个连接的吞吐率。
承诺访问速率（CAR）是一种流量规则机制，即在路由网络中定义一个流量契约。CAR可以区分每个流量，并为超出分配带宽的流量设置策略。
CAR还可以被用来基于应用、输入接口和TOS等特性设置IP优先级。在指定优先级时也具有很大的灵活性。
下面的图表说明了队列机制对端到端的时延的改善。
2．2．8配置MPLS + DiffServ
在该案例中，MPLS的LSP承载了多个数据流，并且利用DiffServ码为每个数据流指定了不同的QoS水平。
l 节点模型
工作站：任何工作站都可以用来在网络上产生数据流。
服务器：在客户机/服务器体系结构中，工作站连接到服务器进行数据交换。
标记边界路由器（LER）：LER是MPLS的LSP的入口和出口。大多数流量工程和FEC绑定都在入口LER完成。LER负责推入和弹出SHIM标记到进入LSP的每个数据包。
标记交换路由器（LSR）：LSR是在标记交换路径上的中间路由器。LSR负责为在LSP上承载的每个数据包交换SHIM标记。
在OPNET中的任何路由器都可以被用作为LER或者LSR，所有的路由器都可以配置MPLS。
MPLS配置节点：该节点用来配置FEC和数据流中继（Traffic Trunk）。这些定义与入口LER的每个不同的数据流相关联，以便把数据流区分为不同类别，指定不同QoS契约。
l 属性配置
FEC Specifications：用来定义用在网络中的不同的FEC。这些配置应该在MPLS配置对象中完成。可以依据ToS、协议、源/目的地址、源/目的端口来定义不同的FEC。
Traffic Trunk Profiles：在MPLS配置对象中定义。不同的数据流中继具有不同的最大、平均比特率，还可以在这里定义Out of Profile Actions子属性 ——对违背流量简介的包的处理动作。每一个数据流中继都指定一个DiffServ类。
MPLS Parameters：用来指定使用的MPLS参数。MPLS参数应该在LER和LSR中配置。
Traffic Engineering Configuration：流量工程（TE）是在入口标记边界路由器（Ingress LER）上配置的。这些配置用来执行数据流绑定。不同的FEC和数据流中继（Traffic Trunk）定义可以绑定到不同的路由器接口，他们还能指定给不同的LSP。
LDP Parameters：在使用动态LSP时，该属性用来配置标记分布协议（LDP）。可以在这里定义Neighbour discovery timers，Keep Alive Message timers和Recovery parameters。当使用动态LSP时，必须在所有LER和LSR上完成这些配置。
l 统计值
a)LSP时延度量 (秒)
LSP时延 (秒)：该统计值可以用来度量端到端的时延。它记录了在LSP中的包经历的时延。例如：在LSP中的包所占用的时间。
数据流时延 (秒)：该统计值也可以用来度量端到端的时延。它记录了在LSP中的特定数据流的包所经历的时延。例如：在LSP中某个数据流的包所占用的时间。
b)进入和离开LSPs的流量
输入的流量 (比特每秒和包每秒)：在通道的入口端发送往LSP的总流量。
输出流量(比特每秒和包每秒)：在通道的出口端从LSP接收到的总流量。
输入数据流流量(比特每秒和包每秒)：在通道的入口端为每个由该LSP承载的数据流发送往LSP的流量。
输出数据流流量(比特每秒和包每秒)：在通道的出口端为每个由该LSP承载的数据流从LSP接收到的流量。
c)LSP的利用率 (仅适用于动态LSP)
利用率：是LSP的吞吐量与在建立LSP时分配给LSP的带宽的百分比。如果LSP没有任何约束，则不会报告利用率；如果实际流量使用了比最初保留带宽的更多的带宽，那么利用率可以大于100％。
流利用率：是在LSP上某个数据流的吞吐量与在建立LSP时分配给LSP的带宽的百分比。OPNET可以为LSP上承载的每个数据流产生该统计值。例如：某个流使用了多少分配的带宽等。
3．用户收益
3．1 创收
保持现有客户、同时赢得新收入的关键在于持续的为客户提供高质量的服务。SP Guru可以精确地预测网络的变化和增长带来的影响，这可以使您加速提供和使用新业务的同时维持原来的业务质量。
3．2减少运营成本
您运营成本的底线是视您如何管理带宽和设备而定的。SP Guru提供了强大的、自动的网络设计功能帮您优化网络资源，使您能从昂贵的运营投资中获得较高的回报。
3．3改善运营效率
业务提供商依靠熟练的工程师来发现和解决技术问题。SP Guru提供了结构化的、可重用的诊断和验证功能，加速问题的解决的同时也减轻了培养熟练技术人员的压力。
3．4减小风险
当您的网络开放之后，您的商业也就承担来自各方面的风险。通过模拟故障和过载时的情景，您可以设计出更健壮的网络。在配置改造之前进行验证，您可以避免不必要的投资，并且更有信心的加速改造。
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