محاكاة الشبكة

في أبحاث شبكات الحاسوب ، تُعدّ محاكاة الشبكة تقنيةً يقوم برنامج حاسوبي من خلالها بمحاكاة سلوك شبكة حقيقية. ويتحقق ذلك بحساب التفاعلات بين مختلف مكونات الشبكة، مثل أجهزة التوجيه، والمحولات، والعُقد، ونقاط الوصول، والروابط، وغيرها. ^{[ 1 ]} تستخدم معظم برامج المحاكاة محاكاة الأحداث المنفصلة، ​​حيث يتم نمذجة الأنظمة التي تتغير فيها متغيرات الحالة عند نقاط زمنية منفصلة. وبذلك، يُمكن مراقبة سلوك الشبكة والتطبيقات والخدمات المختلفة التي تدعمها في بيئة اختبار؛ كما يُمكن تعديل خصائص البيئة المختلفة بطريقة مُحكمة لتقييم كيفية أداء الشبكة/البروتوكولات في ظل ظروف مختلفة.

برنامج محاكاة الشبكات هو برنامج حاسوبي قادر على التنبؤ بأداء شبكة حاسوب أو شبكة اتصالات لاسلكية. ونظرًا لتزايد تعقيد شبكات الاتصالات، ما يجعل من الصعب على أساليب التحليل التقليدية فهم سلوك النظام بدقة، تُستخدم برامج محاكاة الشبكات. في هذه البرامج، تُحاكى شبكة الحاسوب باستخدام الأجهزة والروابط والتطبيقات، وما إلى ذلك، ثم يُعرض أداء الشبكة. تدعم برامج المحاكاة معظم التقنيات والشبكات الشائعة الاستخدام اليوم، مثل شبكات الجيل الخامس والسادس، وشبكات الأقمار الصناعية، وإنترنت الأشياء ، وشبكات LAN اللاسلكية ، وشبكات الجوال المخصصة ، وشبكات الاستشعار اللاسلكية ، وشبكات المركبات المخصصة .

تعتمد معظم برامج محاكاة الشبكات التجارية على واجهة المستخدم الرسومية ، بينما تعتمد برامج المحاكاة مفتوحة المصدر على واجهة سطر الأوامر . يصف نموذج/تكوين الشبكة مكوناتها (العُقد، والموجهات، والمحولات، والروابط) والأحداث (نقل البيانات، وأخطاء الحزم، إلخ). تشمل نتائج الإخراج مقاييس على مستوى الشبكة، ومقاييس الروابط، ومقاييس الأجهزة، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تتوفر ملفات تتبع تفصيلية للمحاكاة . تسجل ملفات التتبع كل حزمة، وكل حدث وقع في المحاكاة، وتُستخدم للتحليل. تستخدم معظم برامج محاكاة الشبكات محاكاة الأحداث المنفصلة ، ​​حيث تُخزن قائمة بالأحداث المُعلقة، وتُعالج هذه الأحداث بالتسلسل، مع قيام بعض الأحداث بتشغيل أحداث لاحقة - على سبيل المثال، وصول حزمة إلى عقدة ما يؤدي إلى وصول تلك الحزمة إلى عقدة أخرى .

تتيح محاكاة الشبكة للمستخدمين إدخال أجهزة وتطبيقات حقيقية في شبكة اختبار (محاكاة) تُغير تدفق البيانات بطريقة تحاكي سلوك الشبكة الحقيقية. يمكن لحركة البيانات الحقيقية أن تمر عبر المحاكي وتتأثر بالعناصر الموجودة داخله.

تتمثل المنهجية المعتادة في إرسال حزم بيانات حقيقية من تطبيق حي إلى خادم المحاكاة (حيث تتم محاكاة الشبكة الافتراضية). تُعدّل حزمة البيانات الحقيقية لتصبح حزمة محاكاة. ثم تُفكّ شفرة حزمة المحاكاة لتصبح حزمة بيانات حقيقية بعد تعرضها لتأثيرات الفقد والأخطاء والتأخير والارتعاش ، وما إلى ذلك، ما ينقل تأثيرات الشبكة هذه إلى حزمة البيانات الحقيقية. وهكذا، يبدو الأمر كما لو أن حزمة البيانات الحقيقية قد تدفقت عبر شبكة حقيقية، بينما في الواقع تدفقت عبر الشبكة المحاكاة.

تُستخدم المحاكاة على نطاق واسع في مرحلة التصميم للتحقق من صحة شبكات الاتصال قبل نشرها.

تتوفر برامج محاكاة الشبكات المجانية/مفتوحة المصدر، بالإضافة إلى برامج محاكاة الشبكات الاحتكارية. ومن الأمثلة على برامج محاكاة الشبكات مفتوحة المصدر البارزة ما يلي:

• محاكي ns
• غلوموسيم

توجد أيضًا بعض برامج محاكاة الشبكات التجارية البارزة مثل OPNET و NetSim.

توفر محاكيات الشبكات طريقة فعالة من حيث التكلفة لـ

• تحليل تغطية شبكات الجيل الخامس والسادس وشبكة NTN، وسعتها، وإنتاجيتها، وزمن استجابتها
• البحث والتطوير في مجال الشبكات (أكثر من 70% من جميع أوراق البحث في مجال الشبكات تشير إلى محاكي الشبكة)
• تطبيقات الدفاع مثل أجهزة راديو MANET القائمة على نطاق UHF / VHF / L ، و TDMA MAC الديناميكي، وأشكال موجات PHY وما إلى ذلك.
• محاكاة إنترنت الأشياء وشبكات المركبات
• محاكاة اتصالات شبكة الطائرات بدون طيار / سرب الطائرات بدون طيار
• التعلم الآلي لشبكات الاتصالات
• التعليم: دورات عبر الإنترنت، وتجارب معملية، وبحوث وتطوير. تستخدم معظم الجامعات محاكيات الشبكات للتدريس/البحث والتطوير نظرًا لارتفاع تكلفة شراء المعدات المادية.

توجد مجموعة واسعة من برامج محاكاة الشبكات، تتراوح بين البسيطة جدًا والمعقدة جدًا. يجب أن يُمكّن برنامج محاكاة الشبكات المستخدم من

• قم بنمذجة بنية الشبكة مع تحديد العقد الموجودة على الشبكة والروابط بين تلك العقد.
• قم بنمذجة تدفق التطبيق (حركة المرور) بين العقد
• توفير مقاييس أداء الشبكة مثل الإنتاجية، وزمن الاستجابة، والخطأ، وما إلى ذلك، كمخرجات
• تقييم تصميمات البروتوكولات والأجهزة
• سجل قياسات الراديو والحزم والأحداث لإجراء تحليلات تفصيلية وتصحيح الأخطاء

• محاكاة الشبكة
• نموذج توليد حركة المرور