NS3中文教程详解.docx

一、简介1. 什么是NS-3？NS是一个离散事件驱动网络模拟器。官方定义：（from /）ns-3 is a discrete-event network simulator for Internet systems, targeted primarily for research and educational use. ns-3 is free software, licensed under the GNU GPLv2 license, and is publicly available for research, development, and use.ns-3 is intended as an eventual replacement for the popular ns-2 simulator. The project acronym “nsnam” derives historically from the concatenation of ns (network simulator) and nam (network animator).2. NS-3 vs NS-2NS-3虽然冠以一个“3”，但事实上跟它广泛流行的前任NS-2并非一脉相承，或者从使用角度上说，仅仅继承了一个名称而已。NS-3基本上是一个新的模拟器，不支持NS-2的API。NS-3是完全用C+编写的（也有可选的Python接口），而NS-2一部分模块使用C+而另一部分使用 OTcl。因而NS-3最大的特点就是脚本可以C+或Python语言，而在NS-2中，我们使用的是OTcl。NS-3的功能仍旧在开发中，因此它远没有NS-2完善（当然NS-2的维护也在进行中）。NS-3并不包含目前所有NS-2的功能，但它具有某些新的特性：正确的多网卡处理、IP寻址策略的使用、更详细的802.11模块等等。Latest stable release: ns-3.2.1 (November 20, 2008)4. NS-3的一些名词解释POSIX：Portable Operating System Interface可移植的操作系统的接口一组操作系统API的协议/标准族，最开始为了Unix系统上的可移植性而开发的，也适用于其他操作系统。Doxygen：Documentation Generator支持C+、C、Java、Objective-C、Python、IDL、Fortran、VHDL、PHP、C#等各种语言的文档生成器，用于从源代码中生成说明文档。（类似于我之前使用过的Sandcastle，貌似更加强大些，有必要得学习一下。）nam：Network Animator基于Tcl/TK的网络动画演示工具，能提供拓扑和包级别的动画以及数据流观察。（参考/nsnam/nam/）MercurialNS-3代码维护使用的源码版本控制管理系统WafNS-3项目使用的新一代的基于Python的构建系统（Build System）WireShark一种GUI包嗅探器。由于NS-3能生成.pcap文件，因此可以使用类似于WireShark的软件对数据进行分析tcpdump另一种包嗅探器。在Linux下使用CLI进行数据分析2 资源/docs/release/tutorial/tutorial_5.html#Resources2.1 网络资源NS-3用户有必要知道几个重要的网站： 主站点位于，提供NS-3系统的基本信息。详细文档位于主站点的/documents.html. 您也可以从这个网页上得到系统架构的相关信息。维基百科网页/wiki可以作为NS-3主站点的补充。您可以在那里找到用户和开发者的FAQs，以及相关问题的解决途径，第三方的共享代码、论文等等。NS-3的源码可以在找到。读者也可以在名为ns3-dev的源码仓库找到当前的NS-3开发树。还有NS-3的之前发行版本和最新测试版本的代码。2.2源码管理系统Mercurial复杂的软件系统需要一种途径，用于管理和组织对现有代码和文档的修改。有很多种方法可以实现这种管理，读者可能已听说过某些版本控制软件，CVS（Concurrent Version System）或许是其中最常见的一个。NS-3项目采用Mercurial系统作为它的源码管理系统。尽管读者在阅读本教程时不需要知道太多的Mercurial相关知识，但我们建议读者能够熟悉Mercurial，并用于查看NS-3源码。Mercurial的网址为/mercurial/，读者可以从上面获取到这个软件配置管理系统(Software Configuration management, SCM)的二进制程序和源码。Mercurial的开发者Selenic提供了一个Mercurial教程，网址为/mercurial/wiki/index.cgi/Tutorial/，以及快速入门指南：/mercurial/wiki/index.cgi/QuickStart/ .在NS-3的主页上，读者也可以获取到有关Mercurial和NS-3配合使用的最常用信息。2.3 编译系统Waf 读者下载NS-3的源码到本地系统之后，需要对源码进行编译来生成可执行程序。正如源码管理方式多种多样，编译源码也有多种工具。最常用的工具是make. Make最出名的一点：它可能是编译大型和高可配置型系统最难的一种方法。因此，有很多替代工具被开发出来。最近，大型高可配置系统的编译工具大多选择用Python语言来开发。NS-3的编译系统采用了Waf。它是用Python开发的新一代编译管理系统。读者不必掌握python，即可编译现有的NS-3项目。如果读者想要扩展现有的NS-3系统，大多数情况只需了解Python知识的很少且非常直观的一个子集。对于想了解Waf细节的读者，可以访问/p/waf/ .2.4 开发环境正如以上所述，NS-3的脚本由C+或者Python编写。从NS-3.2开始，NS3的API提供了python语言接口，但是所有的模块都是由C+编写的。这里，我们假定读者掌握C+知识和了解面向对象的相关概念。我们将在用到一些高级的概念或者读者可能不熟悉的语言特性、习惯用语或设计模式时适当地花些时间复习它们。但是我们也不希望本教程变成C+教程，所以我们希望读者能够掌握基本的C+命令。在网站上和书籍中，你可以找到无数的关于C+知识的信息。如果读者是个C+新手，那么您在继续阅读本指南之前可能需要找一些C+教程或者网站，至少必须熟悉一下C+的基本语言特征。例如，Cplusplus教程。NS-3系统开发过程中使用了许多的GNU 工具链（toolchain）组件。所谓软件的工具链是指在给定环境中可用编程工具的集合。如果读者想要快速地了解一下GNU 工具链所包含的内容，请浏览/wiki/GNU_toolchain . NS-3使用gcc，GNU binutils，以及gdb. 但是，我们并不使用GNU编译系统工具（build system tools），既不用make，也不用autotools，而是使用Waf来作为编译管理工具。通常，NS-3使用者的工作环境为Linux或者类Linux系统。对于Windows环境，有几种可以不同程度模拟Linux环境的软件，比如Cygwin。NS-3支持在Cygwin环境下的开发。Windows用户可以浏览/获取该软件(虽然有许多工程维护者使用MinGW，但是MinGW现在还没有得到官方支持)。Cygwin可以提供许多流行的Linux系统命令。但是，某些情况下它也会出现问题，因为它毕竟只是Linux系统的模拟。Cygwin和Windows中其他程序的交互也有可能会导致程序出现问题。如果读者正在使用Cygwin或者MinGW；并使用着Logitech的某些软件产品，我们或许可以让您少点麻烦：建议您去看一看MinGW FAQ。搜索Logitech并阅读FAQ条目：“为什么当我编译源码时，make经常崩溃，留下一个sh.exe.stackdump文件”。无论您相信与否，当运行Logitech时，Logitech 进程监视器潜入了每个正在系统中运行的动态连接库(DLL)当中。它可能导致您的Cygwin或者MinGw的动态连接库奇怪地中止，常常也会阻止调试器的运行。所以当运行Cygwin的时候，一定要小心您的Logitech软件。替代Cygwin的一种选择是安装虚拟机，比如在VMware上安装Linux虚拟机。2.5 套接字编程我们假定读者对本教程所举例子中的Berkeley套接字API基本熟悉。如果您不了解套接字，我们建议您学习一下这些API和一些常见的使用例程。TCP/IP Sockets in C这本书可以帮助您很好地理解TCP/IP套接字。网站/donahoo/practical/CSockets/包含了Socket in C书中所举例子的源码。如果读者理解了该书中的前四章(如果读者没有这本书的话，可以看上面网站中的源代码)，您会更好的理解本教程的内容。这里还有一本关于多播套接字(Multicast Sockets)的书籍（Multicast Sockets, Makofske and Almeroth）。如果您想学习本书中有关多播的例子，该书里面有些资料您可能需要了解。NS3的两个例子/* -*- Mode:C+; c-file-style:gnu; indent-tabs-mode:nil; -*- */ /Emacs模式行，GPL boilerplate#include ns3/core-module.h /#include ns3/simulator-module.h#include ns3/node-module.h#include ns3/helper-module.h/ Default Network Topology/ / n0 - n1 n2 n3 n4/ point-to-point | | | |/ =/ LAN using namespace ns3;NS_LOG_COMPONENT_DEFINE (SecondScriptExample);int main (int argc, char *argv)bool verbose = true; /定义变量，用于决定是否开启两个UdpApplication的Logging组件;默认true开启uint32_t nCsma = 3; /LAN中另有3个nodeCommandLine cmd;cmd.AddValue (nCsma, Number of extra CSMA nodes/devices, nCsma);cmd.AddValue (verbose, Tell echo applications to log if true, verbose); /命令行参数设置是否开启loggingcmd.Parse (argc,argv);if (verbose)LogComponentEnable(UdpEchoClientApplication, LOG_LEVEL_INFO);LogComponentEnable(UdpEchoServerApplication, LOG_LEVEL_INFO);nCsma = nCsma = 0 ? 1 : nCsma; /三目运算符还可以这样写。/*网络拓扑部分*/创建使用P2P链路链接的2个nodeNodeContainer p2pNodes;p2pNodes.Create (2);/创建另一个NodeContainer类对象，用于总线(CSMA)网络NodeContainer csmaNodes;csmaNodes.Add (p2pNodes.Get (1); /将之前P2P的NodeContianer的第二个节点(索引1)添加到CSMA的NodeContainer，以获得CSMA device;这个node将会有两个devicecsmaNodes.Create (nCsma); /再创建Bus network上另外的node/设置传送速率和信道延迟，同first.ccPointToPointHelper pointToPoint; /注意使用Helper的固定格式：/1/helper对象声明及属性设置;/2/devices对象声明及接收helper对象安装方法的返回列表，安装方法的参数为节点对象！pointToPoint.SetDeviceAttribute (DataRate, StringValue (5Mbps);pointToPoint.SetChannelAttribute (Delay, StringValue (2ms);/安装P2P网卡设备到P2P网络节点，同first.ccNetDeviceContainer p2pDevices;p2pDevices = pointToPoint.Install (p2pNodes);/类似于P2PHelper，CsmaHelper帮助创建和连接CSMA设备及信道CsmaHelper csma;csma.SetChannelAttribute (DataRate, StringValue (100Mbps); /数据率由channel属性指定，而非Device属性;/因为CSMA不允许同一信道上有多个不同数据率的设备！csma.SetChannelAttribute (Delay, TimeValue (NanoSeconds (6560); /speed-of-light delay?NetDeviceContainer csmaDevices;csmaDevices = csma.Install (csmaNodes);/安装网络协议InternetStackHelper stack;stack.Install (p2pNodes.Get (0); /P2P链路中的第一个节点stack.Install (csmaNodes); /P2P链路中的第二个节点包含在csmaNodes中Ipv4AddressHelper address; /两个网段的IP地址类对象address.SetBase (, ); /安排P2P网段的地址Ipv4InterfaceContainer p2pInterfaces;p2pInterfaces = address.Assign (p2pDevices);address.SetBase (, ); /安排CSMA网段地址Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces;csmaInterfaces = address.Assign (csmaDevices);/*网络拓扑部分结束*/*应用程序部分*/UdpEchoServerHelper echoServer (9);ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (csmaNodes.Get (nCsma); /将Server服务安装在CSMA网段的最后一个节点上，nCsma是可变的，所以不能用3serverApps.Start (Seconds (1.0);serverApps.Stop (Seconds (10.0);UdpEchoClientHelper echoClient (csmaInterfaces.GetAddress (nCsma), 9); /同first.ccechoClient.SetAttribute (MaxPackets, UintegerValue (1);echoClient.SetAttribute (Interval, TimeValue (Seconds (1.);echoClient.SetAttribute (PacketSize, UintegerValue (1024);ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (p2pNodes.Get (0); /同first.ccclientApps.Start (Seconds (2.0);clientApps.Stop (Seconds (10.0);/*应用程序部分结束*/*调用全局路由Helper帮助建立网络路由*/Ipv4GlobalRoutingHelper:PopulateRoutingTables (); /全局路由管理器根据节点产生的链路通告为每个节点建立路由表/*开启pcap跟踪*/pointToPoint.EnablePcapAll (second); /开启P2PHelper类对象的pcap;second为保存文件的前缀名，两句的名称相同了？/前缀后的节点号是，不用担心名称相同！/csma.EnablePcap (second, csmaDevices.Get (1), true); /开启csmaHelper类对象的pcap/使用csma网段索引为1的设备(第二个)进行sniff，True开启Promiscuous mode/NodeContainer类对象的Get方法用于获得容器中给定索引下的节点，返回指向请求节点的指针！/Node类对象的GetId返回节点的全局ID(即节点列表中的索引号)？/注意之前使用的Get是NetDevice类的方法，以下使用的是Node类的方法！/NetDevice不用取得ID，可以直接使用(已验证);但Node需要进一步查找ID!（已验证，不使用GetId无法通过）/所以后边的两句和这样的两句是等效的(已验证)/ “csma.EnablePcap (second, csmaDevices.Get (nCsma), 0);”/ “csma.EnablePcap (second, csmaDevices.Get (nCsma-1), 0);”pointToPoint.EnablePcap (second, p2pNodes.Get (0)-GetId (), 0);/最后一项为explicitFilename，默认false，不加也可;若true，将prefix作为文件名/倒数第二项promiscuous，默认false，此处仅想跟踪一个设备，故设为0(false);当有一个节点和设备的promiscuous模式设为true时，CSMA网段其它节点便不再产生trace文件。csma.EnablePcap (second, csmaNodes.Get (nCsma)-GetId (), 0, false);csma.EnablePcap (second, csmaNodes.Get (nCsma-1)-GetId (), 0, false);Simulator:Run ();Simulator:Destroy ();return 0; 2、加入wifi网络view plaincopy to clipboardprint?1. /*-*-Mode:C+;c-file-style:gnu;indent-tabs-mode:nil;-*-*/2. /*3. *Thisprogramisfreesoftware;youcanredistributeitand/ormodify4. *itunderthetermsoftheGNUGeneralPublicLicenseversion2as5. *publishedbytheFreeSoftwareFoundation;6. *7. *Thisprogramisdistributedinthehopethatitwillbeuseful,8. *butWITHOUTANYWARRANTY;withouteventheimpliedwarrantyof9. *MERCHANTABILITYorFITNESSFORAPARTICULARPURPOSE.Seethe10. *GNUGeneralPublicLicenseformoredetails.11. *12. *YoushouldhavereceivedacopyoftheGNUGeneralPublicLicense13. *alongwiththisprogram;ifnot,writetotheFreeSoftware14. *Foundation,Inc.,59TemplePlace,Suite330,Boston,MA02111-1307USA15. */16. #includens3/core-module.h17. #includens3/simulator-module.h18. #includens3/node-module.h19. #includens3/helper-module.h20. #includens3/wifi-module.h21. #includens3/mobility-module.h22. /DefaultNetworkTopology23. /24. /Wifi25. /AP26. /*27. /|28. /n5n6n7n0-n1n2n3n429. /point-to-point|30. /=31. /LAN32. usingnamespacens3;33. NS_LOG_COMPONENT_DEFINE(ThirdScriptExample);34. int35. main(intargc,char*argv)36. 37. boolverbose=true;38. uint32_tnCsma=3;39. uint32_tnWifi=3;40. CommandLinecmd;41. cmd.AddValue(nCsma,NumberofextraCSMAnodes/devices,nCsma);42. cmd.AddValue(nWifi,NumberofwifiSTAdevices,nWifi);43. cmd.AddValue(verbose,Tellechoapplicationstologiftrue,verbose);44. cmd.Parse(argc,argv);45. if(verbose)46. 47. LogComponentEnable(UdpEchoClientApplication,LOG_LEVEL_INFO);48. LogComponentEnable(UdpEchoServerApplication,LOG_LEVEL_INFO);49. 50. NodeContainerp2pNodes;51. p2pNodes.Create(2);52. PointToPointHelperpointToPoint;53. pointToPoint.SetDeviceAttribute(DataRate,StringValue(5Mbps);54. pointToPoint.SetChannelAttribute(Delay,StringValue(2ms);55. NetDeviceContainerp2pDevices;56. p2pDevices=pointToPoint.Install(p2pNodes);57. NodeContainercsmaNodes;58. csmaNodes.Add(p2pNodes.Get(1);59. csmaNodes.Create(nCsma);60. CsmaHelpercsma;61. csma.SetChannelAttribute(DataRate,StringValue(100Mbps);62. csma.SetChannelAttribute(Delay,TimeValue(NanoSeconds(6560);63. NetDeviceContainercsmaDevices;64. csmaDevices=csma.Install(csmaNodes);65. NodeContainerwifiStaNodes;66. wifiStaNodes.Create(nWifi);67. NodeContainerwifiApNode=p2pNodes.Get(0);68. YansWifiChannelHelperchannel=YansWifiChannelHelper:Default();69. YansWifiPhyHelperphy=YansWifiPhyHelper:Default();70. phy.SetChannel(channel.Create();71. WifiHelperwifi=WifiHelper:Default();72. wifi.SetRemoteStationManager(ns3:AarfWifiManager);73. NqosWifiMacHelpermac=NqosWifiMacHelper:Default();74. 75. Ssidssid=Ssid(ns-3-ssid);76. mac.SetType(ns3:NqstaWifiMac,77. Ssid,SsidValue(ssid),78. ActiveProbing,BooleanValue(false);79. NetDeviceContainerstaDevices;80. staDevices=wifi.Install(phy,mac,wifiStaNodes);81. mac.SetType(ns3:NqapWifiMac,82. Ssid,SsidValue(ssid);83. NetDeviceContainerapDevices;84. apDevices=wifi.Install(phy,mac,wifiApNode);85. MobilityHelpermobility;86. mobility.SetPositionAllocator(ns3:GridPositionAllocator,87. MinX,DoubleValue(0.0),88. MinY,DoubleValue(0.0),89. DeltaX,DoubleValue(5.0),90. DeltaY,DoubleValue(10.0),91. GridWidth,UintegerValue(3),92. LayoutType,StringValue(RowFirst);93. mobility.SetMobilityModel(ns3:RandomWalk2dMobilityModel,94. Bounds,RectangleValue(Rectangle(-50,50,-50,50);95. mobility.Install(wifiStaNodes);96. mobility.SetMobilityModel(ns3:ConstantPositionMobilityModel);97. mobility.Install(wifiApNode);98. InternetStackHelperstack;99. stack.Install(csmaNodes);100. stack.Install(wifiApNode);101. stack.Install(wifiStaNodes);102. Ipv4AddressHelperaddress;103. address.SetBase(,);104. Ipv4InterfaceContainerp2pInterfaces;105. p2pInterfaces=address.Assign(p2pDevices);106. address.SetBase(,);107. Ipv4InterfaceContainercsmaInterfaces;108. csmaInterfaces=address.Assign(csmaDevices);109. address.SetBase(,);110. address.Assign(staDevices);111. address.Assign(apDevices);112. UdpEchoServerHelperechoServer(9);113. ApplicationContainerserverApps=echoServer.Install(csmaNodes.Get(nCsma);114. serverApps.Start(Seconds(1.0);115. serverApps.Stop(Seconds(10.0);116. UdpEchoClientHelperechoClient(csmaInterfaces.GetAddress(nCsma),9);117. echoClient.SetAttribute(MaxPackets,UintegerValue(1);118. echoClient.SetAttribute(Interval,TimeValue(Seconds(1.);119. echoClient.SetAttribute(PacketSize,UintegerValue(1024);120. ApplicationContainerclientApps=121. echoClient.Install(wifiStaNodes.Get(nWifi-1);122. clientApps.Start(Seconds(2.0);123. clientApps.Stop(Seconds(10.0);124. Ipv4GlobalRoutingHelper:PopulateRoutingTables();125. Simulator:Stop(Seconds(10.0);126. pointToPoint.EnablePcapAll(third);127. phy.EnablePcap(third,apDevices.Get(0);128. csma.EnablePcap(third,csmaDevices.Get(0),true);129. Simulator:Run();130. Simulator:Destroy();131. return0;132. NS3中文教程：3下载及编译软件首先感谢此稿的翻译工作人员，正是因为他们的劳动才让我们这些初学者有捷径可取。3.1 下载ns-3从现在起,我们假定读者使用的工作环境为Linux或者仿Linux环境(Linux, Cygwin等等.) 并且已经安装了可用的GNU工具链,而且还安装了Mercurial(分布式版本控制系统)和Waf软件。细节已经在ns-3网页中详述过，参见以下链接：/getting_started.html.ns-3源码可以在网站上的Mercurial源码库下载到.你也可以从链接/releases/处下载一个tar格式压缩包，或者直接使用Mercurial从源码库下载。除非有特殊需要，我们推荐使用Mercurial从源码库下载。tar格式压缩包下载，请参见本节最后部分。最简单的方法就是使用Mercurial源码库下载一个ns-3-allinone压缩包，此压缩包内含一套脚本集来管理各种子系统下的ns-3下载和安装。我们推荐你使用这个压缩包来简化你的ns-3安装。3.1.1 使用Mercurial下载ns-3作为练习，我们首先在home目录下建立一个目录并取名为repos,用来存放本地Mercurial源码库，注意：在本教程随后内容中，我们假定你已经这样做了。如果使用如下的方法，可以在Linux的shell中下载到一份ns-3-allinone软件包(假定你已经安装了Mercurial):cdmkdir reposcd reposhg clone /ns-3-allinone当Mercurail的hg命令执行后，可以看到如下结果:destination directory: ns-3-allinonerequesting all changesadding changesetsadding manifestsadding file changesadded 31 changesets with 45 changes to 7 files7 files updated, 0 files merged, 0 files removed, 0 files unresolved当clone命令运行结束以后，在前述建立的repos目录下，会出现一个ns-3-allinone目录，而且含有如下文件：build.py* constants.py dist.py* download.py* README util.py注意：你实际上仅仅下载了一些Python脚本，下一步就是利用这些脚本根据需要下载并来安装ns-3软件包。如果你访问如下链接：/就会发现若干源码库，其中很多是ns3开发团队专用的。其中在源码库org/你会发现名为ns-3.1的源码库，这是ns-3的第一个稳定版本。还有一些分散的源码库名为ns-3.1-reftraces，它为ns-3.1保留了参考记录。保持这些文件的一致性是非常重要的，尤其是当你想对源码库做一个回归测试时。至少做一次测试来验证所有的程序都正确编译了。当前的开发版ns-3的快照存放在/ns-3-dev/中；相关的参考记录存放在链接/ns-3-dev-ref-traces/中。 ns3开发人员会尽量保持源码库中的代码处于一致，工作的状态，但是他们仍在开发中，有一些未发布过的代码。所以如果你不需要最新的特性的话还是考虑使用发行版。由于发布版的版本号在变化中，我在指南中还是继续使用通常不变的ns-3-dev，但是你可以根据自己的需要选择其他的版本，并替换这里的”ns-3-dev”，(例如, ns-3.6或ns-3.6-ref-traces)，在下文中，你可以通过访问源码库列表或者访问ns3开始网页找到最新的ns-3发布版软件。当你从源码库下载完后，继续切换进入你自己建立的ns-3-allinone目录中。我们现在使用download.py脚本来下载ns-3需要使用的各个部件。继续在你的shell中输入以下命令 (如果你想使用任意发行版你可以将ns-3-dev替换为你选择的发行版的名字，例如ns-3.6 和ns-3.6-reftraces)。./download.py -n ns-3-dev -r ns-3-dev-ref-traces注意，-n选项的默认参数为ns-3-dev，-r选项的默认参数为ns-3-dev-ref-traces，所以上述命令中这两个选项的参数实际上是多余的。我们使用这个例子来描述如何指定源码库。你只需简单键入如下命令就可以使用默认参数来下载ns-3-dev：./download.py当hg (Mercurial)命令执行时，你可以看到如下的信息：# Get NS-3#Cloning ns-3 branch=hg clone /ns-3-dev ns-3-devrequesting all changesadding changesetsadding manifestsadding file changesChapter 3: Getting Started 8added 4634 changesets with 16500 changes to 1762 files870 files updated, 0 files merged, 0 files removed, 0 files unresolved这些输出信息显示下载脚本已经从源码库中下载到了实际的ns-3源码，紧接着，你就会看到这样的信息：# Get the regression traces#Synchronizing reference traces using Mercurial.=hg clone /ns-3-dev-ref-traces ns-3-dev-ref-tracesrequesting al