實(shí)驗(yàn)4：RIP與OSPF路由協(xié)議分析(常用版)

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實(shí)驗(yàn)4：RIP與OSPF路由協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)4：RIP與OSPF路由協(xié)議分析（常用版）(可以直接使用，可編輯完整版資料，歡迎下載）1實(shí)驗(yàn)題目采用Opnet仿真并分析RIP和OSPF協(xié)議2實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆章酚蓞f(xié)議RIP、OSPF的工作原理掌握Opnet仿真RIP和OSPF協(xié)議的方法3實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料操作系統(tǒng)：Windows2003/XP主機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬器：OPNET4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1RIP路由模擬與性能測(cè)試本實(shí)驗(yàn)的環(huán)境如下：Intel(R)Core(TM)2DuoCPUT7100@1.80GHz，0.98GB內(nèi)存；WindowsXPProfessionalv.2002SP2；網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)為0PnetModeler14.0。網(wǎng)絡(luò)模型的規(guī)模為10kmx10km的大小。導(dǎo)入RIP-RIPv1場(chǎng)景。圖1導(dǎo)入場(chǎng)景、圖2選擇RIP-RIPv1圖3顯示了進(jìn)行路由協(xié)議性能分析所建立起來的網(wǎng)絡(luò)模型，該模型主要包括四個(gè)主干路由器以及一些子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)是兩個(gè)局域網(wǎng)，通過路由器連到主干路由器上（圖4），且配置了相應(yīng)的業(yè)務(wù)流量。路由器間互連的鏈路采用的是PPPDS3鏈路。該模型中共四個(gè)子網(wǎng)，其IP地址配置如下表所示。表1IP地址分配網(wǎng)絡(luò)IP地址子網(wǎng)IP地址子網(wǎng)West子網(wǎng)EastNothNetEastNetSouthNetWestNet圖3RIPv1網(wǎng)絡(luò)仿真模型圖4子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的仿真模型子網(wǎng)內(nèi)的仿真模型如圖2所示，由West和East兩個(gè)局域網(wǎng)和一臺(tái)中心路由器組成。兩個(gè)局域網(wǎng)擁有相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，均是采用100BaseT的局域網(wǎng)模型，該模型是快速以太網(wǎng)模型，它包括任何數(shù)量的工作站和一個(gè)服務(wù)器，在本模型中工作站的數(shù)量是十個(gè)。針對(duì)協(xié)議的性能仿真主要是從路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)收斂性，協(xié)議開銷，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)三個(gè)方面進(jìn)行仿真分析。路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)收斂性是指路由域中所有路由器對(duì)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由轉(zhuǎn)發(fā)達(dá)成一致的狀態(tài)。收斂時(shí)間是指從網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化到網(wǎng)絡(luò)上所有的相關(guān)路由器都得知這一變化，并且相應(yīng)的做出改變所需要的時(shí)間。協(xié)議開銷是指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為了獲得路由信息所引入更新網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的通信開銷，它隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大而增加，觸發(fā)狀態(tài)信息更新發(fā)布策略與QOS路由性能密切相關(guān)。此外，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁糠植紝?duì)協(xié)議開銷也有一定的影響。時(shí)延定義了一個(gè)IP包穿越一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)段所經(jīng)歷的時(shí)間。時(shí)延由固定時(shí)延和可變時(shí)延兩部分組成。固定時(shí)延基本不變，由傳播時(shí)延和傳輸時(shí)延構(gòu)成；可變時(shí)延由中間路由器處理時(shí)延和排隊(duì)等待時(shí)延兩部分構(gòu)成。添加統(tǒng)計(jì)信息量：添加路由協(xié)議收斂性和協(xié)議開銷場(chǎng)景空間空白處右鍵單擊，在彈出菜單中選擇”ChooseIndividualDESStatistics”圖5添加路由器協(xié)議的統(tǒng)計(jì)信息量在彈出窗口中選擇RIP協(xié)議統(tǒng)計(jì)量，如圖6所示：圖6選定RIP統(tǒng)計(jì)量添加子網(wǎng)時(shí)延統(tǒng)計(jì)量選擇EastNet中的East子網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)量選擇的是局域網(wǎng)的延時(shí)。圖7選擇子網(wǎng)時(shí)延統(tǒng)計(jì)量仿真時(shí)間30分鐘。4.1.1RIP路由協(xié)議收斂仿真結(jié)果分析由于收斂時(shí)間與仿真時(shí)間相差很大，需要截取指定時(shí)間范圍來觀察收斂效果。圖8編輯面板屬性圖9截取0-20s的數(shù)據(jù)圖10RIP協(xié)議的路由收斂仿真結(jié)果RIP.NetworkConvergenceActivity圖中的橫軸代表時(shí)間，是以秒為單位顯示的，縱軸代表協(xié)議收斂活動(dòng)，y坐標(biāo)值為1表示有收斂活動(dòng)，y坐標(biāo)值為0表示沒有收斂活動(dòng)。RIP.NetworkConvergenceDuration(sec)圖中的橫軸代表時(shí)間，是以秒為單位顯示的，縱軸代表收斂周期。從圖中可以看出RIP網(wǎng)絡(luò)收斂大概開始于仿真進(jìn)行6秒后，在16秒后結(jié)束，收斂周期大概為10秒。4.1.2RIP協(xié)議開銷的仿真結(jié)果圖11RIP協(xié)議的開銷仿真結(jié)果圖12平均開銷比較仿真結(jié)果圖中的橫軸代表仿真時(shí)間，是以分鐘為單位顯示的?？v軸代表流量比特?cái)?shù)。從圖中我們發(fā)現(xiàn)RIP會(huì)定時(shí)的產(chǎn)生協(xié)議的開銷，這個(gè)定時(shí)周期就是路由更新定時(shí)器的時(shí)間。并且這種開銷一直維持在較高的水平上，在2500到3500bits/s之間。4.1.3RIP協(xié)議延時(shí)的仿真結(jié)果圖13RIP協(xié)議延時(shí)仿真結(jié)果圖中橫軸代表仿真時(shí)間，是以分鐘為單位顯示的，縱軸代表的是延時(shí)時(shí)間，是以秒為單位顯示的。從圖中我們發(fā)現(xiàn)采用RIP協(xié)議時(shí)，我們選擇的局域網(wǎng)的延時(shí)大概在0.00006秒左右。4.2OSPF路由模擬與性能測(cè)試針對(duì)OSPF協(xié)議進(jìn)行的性能仿真研究主要也是從路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)收斂性、協(xié)議開銷，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)三個(gè)方面進(jìn)行。圖14OSPF網(wǎng)絡(luò)仿真模型仿真時(shí)間30分鐘。4.2.1OSPF路由協(xié)議收斂仿真結(jié)果分析圖15OSPF協(xié)議的路由收斂仿真結(jié)果OSPF.NetworkConvergenceActivity圖中的橫軸代表時(shí)間，是以秒為單位顯示的，縱軸代表協(xié)議收斂活動(dòng)，y坐標(biāo)值為1表示有收斂活動(dòng)，y坐標(biāo)值為0表示沒有收斂活動(dòng)。OSPF.NetworkConvergenceDuration(sec)圖中的橫軸代表時(shí)間，是以秒為單位顯示的，縱軸代表收斂周期。從圖中我們可以看出OSPF網(wǎng)絡(luò)收斂大概開始于仿真進(jìn)行2秒后，在57秒后結(jié)束，收斂周期大概為55秒。4.2.2OSPF協(xié)議開銷的仿真結(jié)果圖16OSPF協(xié)議的開銷仿真結(jié)果OSPF.TotalOSPFProtocolTrafficSent(bits/sec)圖中的橫軸代表仿真時(shí)間，是以分鐘為單位顯示的，縱軸代表流量比特?cái)?shù)。從圖中我們可以看出OSPF在剛開始的一段時(shí)間內(nèi)，路由交換的數(shù)據(jù)量非常的大，達(dá)到98,000bitS/s，隨后數(shù)據(jù)量下降，在大約1分鐘以后，即OSPF達(dá)到收斂狀態(tài)之后，數(shù)據(jù)量趨于穩(wěn)定，維持在一個(gè)比較低的水平上，約3000bits/s。4.2.3OSPF協(xié)議延時(shí)的仿真結(jié)果圖17OSPF協(xié)議延時(shí)仿真結(jié)果以Northern_California的Engineering_LAN為例，其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延為0.00045秒。5實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告3：RIP與OSPF路由協(xié)議分析參考本文檔格式，最后寫上姓名、班級(jí)和日期。實(shí)驗(yàn)四基于Matlab的序列比對(duì)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釳ATLAB7.x生物信息工具箱中的序列比對(duì)方法；熟悉從數(shù)據(jù)庫獲取序列信息,查找序列的開放閱讀框,將核普酸序列轉(zhuǎn)換為氨基酸序列,繪制比較兩氨基酸序列的散點(diǎn)圖,用Needleman-wunsch算法和Smith-Waterman算法進(jìn)行比對(duì),以及計(jì)算兩序列的同一性的方法；熟悉與序列比對(duì)相關(guān)的生物信息學(xué)函數(shù)。所需軟件MATLAB7.0或MATLAB7.0以上的版本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容序列比對(duì)是生物信息學(xué)的重要基礎(chǔ)。進(jìn)行序列比對(duì)的目的之一是判斷兩個(gè)序列之間是否具有足夠的相似性，從而判定二者之間是否具有同源性。序列比對(duì)的基本算法主要有兩個(gè)，一個(gè)是用于全局比對(duì)的Needleman-Wunsch算法，另一個(gè)是主要用于局部比對(duì)的Smith-Waterman算法，而后者又是在前者的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在MATLAB生物信息工具箱中，序列比對(duì)主要用這兩種算法。確定兩個(gè)序列的相似性是生物信息學(xué)的基礎(chǔ)工作，通過序列比對(duì)（又稱序列聯(lián)配），可以確定兩個(gè)序列是否具有同源性。查找序列信息Tay-Sachs癥是一種由于缺乏?-氨基已糖苷酶A（HexA）而導(dǎo)致的常染色體隱性遺傳疾病。這種酶能分解大腦和神經(jīng)細(xì)胞中的神經(jīng)節(jié)苷脂（GM2）?；騂EXA編碼該酶的?亞基，而第三個(gè)基因GM2A編碼活化劑蛋白質(zhì)GM2。查找目的基因Tay-Sachs在NCBI（）上查找信息，在Search列表中選擇[Nucleotide],在for框中輸入[Tay-Sachs],點(diǎn)擊Go。讀入序列數(shù)據(jù)查找結(jié)果返回編碼酶HexA的α和β亞基的基因和編碼活化劑酶的相關(guān)頁面。NCBI中人類基因HEXA的登錄號(hào)是NM_000520。用fastaread或genbankread函數(shù)可將基因信息被以結(jié)構(gòu)列表的形式導(dǎo)入MATLAB工作區(qū)。方式1：HumanHEXA=fastaread('NM_000520.fasta');humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')；方式2：HumanHEXA=genbankread('NM_000520.gb')；humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')讀入另一序列的信息mouseHEXA許多基因的序列和功能通過同源基因在進(jìn)化過程中被保留下來。同源基因就是有共同祖先或是相似序列的基因。查找公共數(shù)據(jù)庫的目的之一就是找出相似的基因。如果用戶能在數(shù)據(jù)庫中定位一個(gè)未知的基因，那么這個(gè)未知基因和已知基因的功能和特征很可能是相同的。用fastaread或genbankread函數(shù)可將鼠類HEXA基因信息被以結(jié)構(gòu)列表的形式導(dǎo)入MATLAB工作區(qū)（NCBI中鼠類基因HEXA的序列號(hào)是AK080777）。方式1：MouseHEXA=fastaread('AK080777.fasta');mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')方式2：MouseHEXA=genbankread('AK080777.gb')；mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')2．確定蛋白質(zhì)編碼序列一個(gè)核苷酸序列在蛋白質(zhì)編碼段的前后都包含了調(diào)控序列。通過分析這個(gè)序列，可以確定在編碼最終蛋白質(zhì)中亞氨基酸的核苷酸。2.1查找人類HEXA的ORF使用seqshoworfs函數(shù)輸出人類HEXA的所有閱讀框中ORF中起始和終止密碼子的位置。humanORFs=seqshoworfs(humanHEXA)結(jié)果顯示了三個(gè)閱讀框的ORF,分別以藍(lán)色、紅色和綠色標(biāo)記,其中最長的ORF在第1個(gè)閱讀框。閱讀框部分省略閱讀框部分省略閱讀框部分省略2.2確定鼠類HEXA的ORF使用seqshoworfs函數(shù)輸出人類HEXA的所有閱讀框中ORF中起始和終止密碼子的位置。mouseORFs=seqshoworfs(mouseHEXA)結(jié)果得到三個(gè)閱讀框的ORF,分別以藍(lán)色、紅色和綠色標(biāo)記,其中最長的ORF在第一個(gè)閱讀框。Frame1閱讀框部分省略閱讀框部分省略閱讀框部分省略3.比較氨基酸序列在確定核苷酸序列中的ORF之后，就可以將核苷酸序列的蛋白質(zhì)編碼段轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氨基酸序列。并使用比對(duì)功能來確定兩序列的相似性。3.1將ORF轉(zhuǎn)換為氨基酸序列mouseProtein=nt2aa(mouseHEXA);由于人類的ORF在第一個(gè)閱讀框,所以需要指出其位置humanProtein=nt2aa(humanHEXA,'Frame',1);3.2繪制散點(diǎn)圖比較人類和鼠類的氨基酸序列。seqdotplot(humanProtein,mouseProtein,4,1)ylabel('HumanhexosaminidaseA');xlabel('MousehexosaminidaseA');散點(diǎn)圖是確定兩序列相似性最簡單的方法之一。圖中對(duì)角線平直連續(xù),表示這兩個(gè)序列相似性較好。3.3比對(duì)這兩個(gè)氨基酸序列下面nwalign函數(shù)有目的地比對(duì)兩序列。采用的是Needleman-wunsch算法,可返回全局比對(duì)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)量。[globalscore,globalAlignment]=nwalign(humanProtein,mouseProtein)showalignment(globalAlignment);Identities=486/753(65%),Positives=570/753(76%)3.4截短序列尋找終點(diǎn)：humanStops=find(humanProtein=='*')mouseStops=find(mouseProtein=='*')下面將序列截短至只含第一個(gè)甲硫氨酸至第一個(gè)停止符,進(jìn)行局部比對(duì)。截短序列至只包含蛋白質(zhì)的氨基酸序列和停止符。humanSeq=humanProtein(70:humanStops(2));humanSeqFormatted=seqdisp(humanSeq)mouseSeq=mouseProtein(11:mouseStops(1));mouseSeqFormatted=seqdisp(mouseSeq)3.5比對(duì)被截短的氨基酸序列[globalscore,globalalignment]=nwalign(humanSeq,mouseSeq);showalignment(globalalignment);Identities=450/540(83%),Positives=507/540(94%)3.6局部比對(duì)兩氨基酸序列下面swalign函數(shù)有目的地比對(duì)兩序列。采用的是Smith-Waterman算法,可返回局部比對(duì)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)量。[localscore,localAlignment]=swalign(humanProtein,mouseProtein);showalignment(localAlignment);Identities=454/547(83%),Positives=514/547(94%)作業(yè)1．進(jìn)入NCBI任意搜索兩條細(xì)菌條斑病基因組序列（不同物種，搜索詞為bacterialstreak），按照序列比對(duì)的步驟進(jìn)行序列比對(duì)，進(jìn)行如下操作并列出結(jié)果：查找序列的開放閱讀框,將核普酸序列轉(zhuǎn)換為氨基酸序列,繪制比較兩氨基酸序列的散點(diǎn)圖,用Needleman-wunsch算法和Smith-Waterman算法進(jìn)行比對(duì),以及計(jì)算兩序列的同一性。實(shí)驗(yàn)四基于Matlab的序列比對(duì)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釳ATLAB7.x生物信息工具箱中的序列比對(duì)方法；熟悉從數(shù)據(jù)庫獲取序列信息,查找序列的開放閱讀框,將核普酸序列轉(zhuǎn)換為氨基酸序列,繪制比較兩氨基酸序列的散點(diǎn)圖,用Needleman-wunsch算法和Smith-Waterman算法進(jìn)行比對(duì),以及計(jì)算兩序列的同一性的方法；熟悉與序列比對(duì)相關(guān)的生物信息學(xué)函數(shù)。所需軟件MATLAB7.0或MATLAB7.0以上的版本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容序列比對(duì)是生物信息學(xué)的重要基礎(chǔ)。進(jìn)行序列比對(duì)的目的之一是判斷兩個(gè)序列之間是否具有足夠的相似性，從而判定二者之間是否具有同源性。序列比對(duì)的基本算法主要有兩個(gè)，一個(gè)是用于全局比對(duì)的Needleman-Wunsch算法，另一個(gè)是主要用于局部比對(duì)的Smith-Waterman算法，而后者又是在前者的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在MATLAB生物信息工具箱中，序列比對(duì)主要用這兩種算法。確定兩個(gè)序列的相似性是生物信息學(xué)的基礎(chǔ)工作，通過序列比對(duì)（又稱序列聯(lián)配），可以確定兩個(gè)序列是否具有同源性。查找序列信息Tay-Sachs癥是一種由于缺乏?-氨基已糖苷酶A（HexA）而導(dǎo)致的常染色體隱性遺傳疾病。這種酶能分解大腦和神經(jīng)細(xì)胞中的神經(jīng)節(jié)苷脂（GM2）。基因HEXA編碼該酶的?亞基，而第三個(gè)基因GM2A編碼活化劑蛋白質(zhì)GM2。查找目的基因Tay-Sachs在NCBI（）上查找信息，在Search列表中選擇[Nucleotide],在for框中輸入[Tay-Sachs],點(diǎn)擊Go。讀入序列數(shù)據(jù)查找結(jié)果返回編碼酶HexA的α和β亞基的基因和編碼活化劑酶的相關(guān)頁面。NCBI中人類基因HEXA的登錄號(hào)是NM_000520。用fastaread或genbankread函數(shù)可將基因信息被以結(jié)構(gòu)列表的形式導(dǎo)入MATLAB工作區(qū)。方式1：HumanHEXA=fastaread('NM_000520.fasta');humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')；方式2：HumanHEXA=genbankread('NM_000520.gb')；humanHEXA=getfield(HumanHEXA,'Sequence')讀入另一序列的信息mouseHEXA許多基因的序列和功能通過同源基因在進(jìn)化過程中被保留下來。同源基因就是有共同祖先或是相似序列的基因。查找公共數(shù)據(jù)庫的目的之一就是找出相似的基因。如果用戶能在數(shù)據(jù)庫中定位一個(gè)未知的基因，那么這個(gè)未知基因和已知基因的功能和特征很可能是相同的。用fastaread或genbankread函數(shù)可將鼠類HEXA基因信息被以結(jié)構(gòu)列表的形式導(dǎo)入MATLAB工作區(qū)（NCBI中鼠類基因HEXA的序列號(hào)是AK080777）。方式1：MouseHEXA=fastaread('AK080777.fasta');mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')方式2：MouseHEXA=genbankread('AK080777.gb')；mouseHEXA=getfield(MouseHEXA,'Sequence')2．確定蛋白質(zhì)編碼序列一個(gè)核苷酸序列在蛋白質(zhì)編碼段的前后都包含了調(diào)控序列。通過分析這個(gè)序列，可以確定在編碼最終蛋白質(zhì)中亞氨基酸的核苷酸。2.1查找人類HEXA的ORF使用seqshoworfs函數(shù)輸出人類HEXA的所有閱讀框中ORF中起始和終止密碼子的位置。humanORFs=seqshoworfs(humanHEXA)結(jié)果顯示了三個(gè)閱讀框的ORF,分別以藍(lán)色、紅色和綠色標(biāo)記,其中最長的ORF在第1個(gè)閱讀框。閱讀框部分省略閱讀框部分省略閱讀框部分省略2.2確定鼠類HEXA的ORF使用seqshoworfs函數(shù)輸出人類HEXA的所有閱讀框中ORF中起始和終止密碼子的位置。mouseORFs=seqshoworfs(mouseHEXA)結(jié)果得到三個(gè)閱讀框的ORF,分別以藍(lán)色、紅色和綠色標(biāo)記,其中最長的ORF在第一個(gè)閱讀框。Frame1閱讀框部分省略閱讀框部分省略閱讀框部分省略3.比較氨基酸序列在確定核苷酸序列中的ORF之后，就可以將核苷酸序列的蛋白質(zhì)編碼段轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氨基酸序列。并使用比對(duì)功能來確定兩序列的相似性。3.1將ORF轉(zhuǎn)換為氨基酸序列mouseProtein=nt2aa(mouseHEXA);由于人類的ORF在第一個(gè)閱讀框,所以需要指出其位置humanProtein=nt2aa(humanHEXA,'Frame',1);3.2繪制散點(diǎn)圖比較人類和鼠類的氨基酸序列。seqdotplot(humanProtein,mouseProtein,4,1)ylabel('HumanhexosaminidaseA');xlabel('MousehexosaminidaseA');散點(diǎn)圖是確定兩序列相似性最簡單的方法之一。圖中對(duì)角線平直連續(xù),表示這兩個(gè)序列相似性較好。3.3比對(duì)這兩個(gè)氨基酸序列下面nwalign函數(shù)有目的地比對(duì)兩序列。采用的是Needleman-wunsch算法,可返回全局比對(duì)的計(jì)算統(tǒng)計(jì)量。[globalscore,globalAlignment]=nwalign(humanProtein,mouseProtein)showalignment(globalAlignment);Identities=486