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分类: 系统运维
2008-12-15 18:39:05
NS是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台,研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发,而且发展到今天,它所包含的模块已经非常丰富,几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以,NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。在每年国内外发表的有关网络技术的学术论文中,利用NS给出模拟结果的文章最多,通过这种方法得出的研究结果也是被学术界所普遍认可的,此外,NS也可作为一种辅助教学的工具,已被广泛应用在了网络技术的教学方面。因此,目前在学术界和教育界,有大量的人正在使用或试图使用NS。
然而,对初学者来说,NS是非常难于掌握的,一般人从学习NS到上手至少需要半年多时间。原因是多方面的:一方面,NS内容庞杂,随软件所提供的手册更新不够快,初学者阅读起来非常困难;另一方面,使用NS还要掌握其它很多必备的相关知识以及相关工具,这会使初学者感到无从入手;有的使用者可能还不了解网络模拟的过程或是对NS软件的机制缺乏理解,这也影响了对NS的掌握。另外,不论在国外还是国内,还没有一本书能集中回答和解决这些问题,这也是NS难于被掌握的一个重要原因。
1、NS2简介
NS2(Network Simulator, version 2)是一种面向对象的网络仿真器,由UC Berkeley开发而成。它本身有一个虚拟时钟,所有的仿真都由离散事件驱动的。目前NS2可以用于仿真各种不同的IP网,已经实现的一些仿真有:网络传输协议,比如TCP和UDP;业务源流量产生器,比如FTP,Telnet,Web CBR和VBR;路由队列管理机制,比如Droptail,RED和CBQ;路由算法,比如Dijkstra等。NS2也为进行局域网的仿真而实现了多播以及一些MAC 子层协议。NS2 使用C++和Otcl作为开发语言。
当仿真完成以后,NS将会产生一个或多个基于文本的跟踪文件。只要在Tcl脚本中加入一些简单的语句,这些文件中就会包含详细的跟踪信息。这些数据可以用于下一步的分析处理,也可以使用NAM将整个仿真过程展示出来。
2、使用NS进行网络仿真的方法和一般过程
进行网络仿真前,首先分析仿真涉及哪个层次,NS仿真分两个层次:一个是基于OTcl编程的层次。利用NS已有的网络元素实现仿真,无需修改NS本身,只需编写OTcl脚本。另一个是基于C++和OTcl编程的层次。如果NS中没有所需的网络元素,则需要对NS进行扩展,添加所需网络元素,即添加新的C++和OTcl类,编写新的OTcl脚本。整个仿真的过程简图如图2所示:
假设用户已经完成了对NS的扩展,或者NS所包含的构件已经满足了要求,那么进行一次仿真的步骤大致如下:
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NS2采用两级体系结构,为了提高代码的执行效率,NS2 将数据操作与控制部分的实现相分离,事件调度器和大部分基本的网络组件对象后台使用C++实现和编译,称为编译层,主要功能是实现对数据包的处理;NS2的前端是一个OTcl 解释器,称为解释层,主要功能是对模拟环境的配置、建立。从用户角度看,NS2 是一个具有仿真事件驱动、网络构件对象库和网络配置模块库的OTcl脚本解释器。NS2中编译类对象通过OTcl连接建立了与之对应的解释类对象,这样用户间能够方便地对C++对象的函数进行修改与配置,充分体现了仿真器的一致性和灵活性。
2、NS2的功能模块
NS2仿真器封装了许多功能模块,最基本的是节点、链路、代理、数据包格式等等,下面分别来介绍一下各个模块。
⑴事件调度器:目前NS2提供了四种具有不同数据结构的调度器,分别是链表、堆、日历表和实时调度器。
(2)节点(node):是由TclObject对象组成的复合组件,在NS2中可以表示端节点和路由器。
(3)链路(link):由多个组件复合而成,用来连接网络节点。所有的链路都是以队列的形式来管理分组的到达、离开和丢弃。
(4)理(agent):负责网络层分组的产生和接收,也可以用在各个层次的协议实现中。每个agent连接到一个网络节点上,由该节点给它分配一个端口号。
(5)(packet):由头部和数据两部分组成。一般情况下,packet只有头部、没有数据部分。
3、NS2的软件构成
4、NS现有的仿真元素
从网络拓扑仿真、协议仿真和通信量仿真等方面介绍NS的相应元素:
⑴网络拓扑主要包括节点、链路。NS的节点由一系列的分类器(Classifier,如地址分类器等)组成,而链路由一系列的连接器(Connector)组成。
⑵在节点上,配置不同的代理可以实现相应的协议或其它模型仿真。如NS的TCP代理,发送代理有:TCP,TCP/Reno,TCP/Vegas,TCP/Sack1,TCP/FACK,TCP/FULLTCP等,接收代理有:TCPSINK,TCPSINK/DELACK。TCPSINK/SACK1,TCPSINK/SACK1/DELACK等。此外,还提供有UDP代理及接收代理Null(负责通信量接收)、Loss Monitor(通信量接收并维护一些接收数据的统计)。
⑶网络的路由配置通过对节点附加路由协议而实现。NS中有三种单播路由策略:静态、会话、动态。
⑷在链路上,可以配置带宽、时延和丢弃模型。NS支持:Drop-tail(FIFO)队列、RED缓冲管、CBO(包括优先权和Round-robin 调度)。各种公平队列包括:FQ,SFQ,DRR等。
⑸通信量仿真方面,NS提供了许多通信应用,如FTP,它产生较大的峰值数据传输;Telnet则根据相应文件随机选取传输数据的大小。此外,NS提供了四种类型的通信量产生器:①EXPOO,根据指数分布(On/Off)产生通信量,在On阶段分组以固定速率发送,Off阶段不发送分组,On/Off的分布符合指数分布,分组尺寸固定;②POO,根据Pareto分布(On/Off)产生通信量,它能用来产生长范围相关的急剧通信量;③CBR,以确定的速率产生通信量,分组尺寸固定,可在分组间隔之间产生随机抖动;④Traffic Trace,根据追踪文件产生通信量。