Tabla de Contenido

José Márquez Díaz

Paul Sanmartín Mendoza

Josheff David Céspedes

www.uninorte.edu.co

Km 5, vía a Puerto Colombia

A.A. 1569, Barranquilla (Colombia)

www.ecoeediciones.com

Carrera 19 N.° 63C-32

Bogotá (Colombia)

© 2013, Editorial Universidad del Norte

© 2013, José Márquez Díaz, Paul Sanmartín Mendoza y Josheff David Céspedes

Coordinación editorial

Zoila Sotomayor O.

Diseño y diagramación

Álvaro Carrillo Barraza

Diseño de portada

Andrés Racedo

Corrección de textos

Henry Stein

Procesos técnicos

Munir Kharfan de los Reyes

Desarrollo ePub

Lápiz Blanco S.A.S

A través del modelado y simulación de redes de computadores se logran alcanzar resultados que de otra forma se tendrían que obtener mediante situaciones reales. El modelado y simulación de redes es de gran importancia porque permite ahorrar costos y tiempo al momento de preparar o proponer soluciones que impliquen investigaciones o comprobaciones concernientes a nuevas propuestas sobre prestación de servicios sobre las mismas. Con este tipo de metodologías y con el apoyo de herramientas de simulación se ha logrado un enorme avance en las ciencias telemáticas, dado que a través de ellas se pueden implementar mecanismos de predicción y análisis del rendimiento y funcionamiento bajo distintos escenarios. Además, con el apoyo de la simulación se pueden hacer variaciones y análisis de sensibilidad sobre las distintas formas de comportamiento de un protocolo, sea este de una LAN o WAN, a través de comunicación inalámbrica o de medios guiados.

El modelado y simulación de redes nos permite avanzar en la evaluación del rendimiento de las redes de distintos tipos con diferentes clases de servicios, y bajo la implementación de topologías diferentes con distintos medios físicos, sin incurrir en costos onerosos. A partir de las simulaciones y el análisis de los resultados se puede lograr observar en distintos escenarios cómo es el comportamiento de una red sometida a la prestación convergente de servicios y con la repartición adecuada de los recursos con que cuenta la red, en especial el ancho de banda. A través de las simulaciones se pueden medir aspectos como el retardo, el jitter y la pérdida de paquetes, los cuales constituyen los parámetros diferenciadores al momento de establecer las ventajas de un método o mecanismo de Calidad de Servicio (QoS) sobre otro.

Este manual aborda el Modelado y Simulación de Redes con aplicación de Calidad de Servicio (QoS) sobre Opnet Modeler. En él se presentan tres experiencias importantes relacionadas con mecanismos que contribuyen a mejorar la prestación de servicios convergentes en redes de computadores, y se muestra que bajo la medición obtenida en los resultados de las simulaciones se pueden hacer análisis significativos de un mecanismo u otro. Está orientado especialmente al manejo de las Colas de planificación de paquetes, al protocolo RSVP y a los Servicios Diferenciados (DiffServ). En cada una de estas experiencias se desarrolla un aspecto experimental y luego se realizan análisis comparativos para establecer sendas diferencias. De igual forma, se motiva al lector y al experimentador a que desarrollen su capacidad de análisis con nuevos escenarios problemas.

Sin embargo, no dejan de ser importantes los temas que se tratan en los primeros capítulos de este manual relacionados con el modelado y la simulación, la simulación de Opnet Modeler y las generalidades este; las cuales serán de gran apoyo para entender la secuencia de pasos en que se basan las experiencias más significativas de Opnet Modeler relacionadas con la Calidad de Servicio.

Agradecemos el gran apoyo brindado por la egresada de la Maestría en Ingeniería de Sistemas de la Universidad del Norte Shirley Arango, quien con su trabajo en la etapa previa contribuyó a la generación de las primeras pruebas y el conocimiento de Opnet Modeler. De la misma forma, a la estudiante de pregrado del programa de Ingeniería de Sistemas Brigitte Navarro, quien nos ayudó notablemente en las pruebas a las experiencias ya desarrolladas, y esto contribuyó al mejoramiento del material incluido en este manual.

Los autores

La simulación por computadora es actualmente una de las estrategias más poderosa de las que dispone la ciencia para predecir sucesos en sistemas con un alto grado de complejidad; es una de las herramientas más precisas para determinar el comportamiento de un sistema deseado.

Podemos definir simulación como una técnica que imita el comportamiento de un sistema del mundo real conforme evoluciona en el tiempo. Sin embargo, encontramos otras definiciones de estudiosos del tema. Entre otras, tomamos como referencia la de Robert E. Shannon [1]:

Simulación es el proceso de diseñar y desarrollar un modelo computarizado de un sistema o proceso y conducir el experimento con este modelo con el propósito de entender su comportamiento o evaluar varias estrategias con las cuales se puede operar el mismo.

En esta definición resaltan dos palabras claves que permiten llegar a dos conceptos que se deben tener muy en cuenta: Modelo y Procesos de Simulación.

El primero se refiere al conjunto de hipótesis acerca del funcionamiento del sistema, expresado como relaciones matemáticas y/o lógicas entre los elementos de este, y el segundo, a la ejecución del modelo a través del tiempo en un ordenador para generar las representaciones del comportamiento del sistema. El modelo hace referencia a la representación simplificada del sistema que vamos a analizar, las condiciones de su funcionamiento y las variables que emplea. El proceso, en cambio, hace referencia a una ejecución concreta, con unos valores asociados a las variables que se pueden ajustar en el modelo, que se realiza para obtener los estudios referidos a ciertos parámetros que especifican el comportamiento del sistema.

La simulación se limita a informar cuál sería el comportamiento del sistema analizado en las condiciones que se indiquen para un sistema determinado.

TIPOS DE MODELO DE SIMULACIÓN

Existen varias características con base en las cuales podemos clasificar las simulaciones. Algunas de estas posibles clasificaciones son:

• Simulación estática: Es la representación de un sistema en un tiempo determinado.
• Simulación dinámica: Es la representación de un sistema cuando evoluciona con el tiempo.
• Simulación determinista: Es la representación de un sistema que no contiene absolutamente ninguna variable aleatoria.
• Simulación aleatoria: Es la representación de un sistema que contendrá variables aleatorias.
• Simulación continua: Es la representación de un sistema cuyo comportamiento cambia de forma continua en el tiempo.
• Simulación discreta: Es la representación de un sistema cuyo comportamiento cambia únicamente en instantes de tiempos concretos.

PROPOSITOS DE UNA SIMULACIÓN

• Comparación: En la simulación comparativa determinamos cuándo una opción es mejor que otra.
• Predicción: En la simulación predictiva nos interesamos por los resultados absolutos finales, no por las comparaciones.
• Análisis: Pueden ser simuladores de apoyo a las operaciones o bien aquellos que evalúan la efectividad o capacidad específica de una fuerza, su entrenamiento u operación.
• Prueba y evaluación: Básicamente se utiliza para las pruebas totales o parciales de un sistema.
• Investigación y desarrollo: Se centra en el análisis de los sistemas y su desarrollo; la simulación investigativa indica factores que afectan el flujo de entidades en el sistema pero no requiere de respuestas precisas, por lo que la calidad de los datos de entrada no son críticos.
• Educación y entrenamiento: Se emplea en ejercicios de adiestramiento y aulas, y proporciona un conocimiento sobre procedimientos y tácticas de combate. Puede enfocarse al adiestramiento individual-tripulaciones, equipos o bien adiestramiento de grupos (planas mayores o estados mayores).

TIPOS DE SIMULADORES

Un simulador es definido como la herramienta que permite simular un sistema. En nuestro entorno podemos encontrar varios tipos de simuladores; entre otros:

• Simulador de conducción: Es utilizado en escuelas de conducción para enseñar a los estudiantes a enfrentarse con mayor seguridad a las primeras clases prácticas, además de permitirles practicar de manera ilimitada situaciones específicas.
• Simulador logístico y de producción: Esta clase de simulador se centran en la evaluación de sistemas de producción.
• Simulador de carreras: Es el tipo de simulador más popular; se puede conducir un automóvil, motocicleta y camión, entre otros.
• Simulador de vuelo: Sistema que simula volar una aeronave de la forma más realista posible.
• Simulador de trenes: Permite controlar un tren.
• Simulador de negocio: Esta herramienta simula un entorno empresarial, donde es posible jugar diferentes roles dentro de las funciones típicas de un negocio.
• Simulador político: Esta clase de simulador permite al usuario tener varios roles políticos.
• Simulador de redes: Con esta clase de simulador se pueden diseñar y simular redes telemáticas.
• Simulador clínico médico: Esta tipo de simulador permite realizar diagnósticos clínicos sobre pacientes virtuales, lo cual permite preparar al médico para situaciones reales.
• Simulador quirúrgico: Herramienta que facilita los entrenamientos de los cirujanos, desarrollando un ambiente real donde se recrean aspectos de fuerza, gravedad y otras variables importantes.
• Simulador de circuitos digitales: Herramienta diseñada para construir circuitos digitales sobre un módulo digital virtual a partir de modelos lógicos de circuitos integrados y de aplicación específica.

1. Para empezar la instalación de Opnet Modeler® se deben tener instalados previamente los siguientes productos:

1. Sistema Operativo Windows (7 o XP).
2. Microsoft Visual Studio (en este manual 2008 o superior).
3. Controladores de Tarjeta de Sonido, Tarjeta de Video, Tarjetas de Red e inalámbrica, entre otros.
4. Microsoft Office o MS Excel.
5. FAQ en www.opnet.com que contiene las variables de entorno.

• Para obtener el FAQ 2099 ingresamos a la página web de Opnet Modeler: http://www.opnet.com/, haciendo clic en la opción Support y luego en FAQs (figura 1.1).

Figura 1.1 Selección de los FAQs en la página de Opnet Modeler

• Inmediatamente, el sitio web solicita la autenticación a través del Usuario y Contraseña ya registrados al momento de obtener la licencia de Opnet. Se ingresa el Usuario y Contraseña y se hace clic en Submit para ingresar al sistema (figura 1. 2).

Figura 1.2 Ingreso a FAQs con Usuario y Contraseña