网络仿真与NS-2简介

1、刘世华导师：方路平导师：方路平浙江工业大学软件学院浙江工业大学软件学院2022年年3月月25日星期五日星期五内容提要网络研究的三类方法模型分析、协议分析通用表达式、集合论、概率分析方法网络实验床（testbed）实验室测试网实际网络、小规模试验网虚拟网络实验床（Virtual network testbed）仿真软件为什么需要仿真？学习协议和算法的实现，包括它们的行为和性能对未实现和未投入实际应用的协议和算法进行测试对各种研究结果、协议和算法的优缺点进行比较直观和客观的比较仿真的优点vInexpensive, Flexible and ReconfigurablevNetwork phenom

2、ena interested can be reproduced vOpportunity to study large-scale networkvEasier comparison of results across research efforts仿真的缺点vImportant network details may be missedvProtocols or algorithms must be “added” before simulation can be donevHave to be carefully verified before the test results can

3、 be used网络仿真软件的基本要求vEasy network topology setupvProtocols and application implementationTCP,UDP,FTP, Telnet, Web, CBR, VBR,Routing protocolsQueue management protocolsvConfigurabilityvExtensibility内容提要主流仿真软件有哪些？vOPNET vNS-2vMATLABvSPWvQualNet/GloMoSim其中只有其中只有NS-2是免费开源软件，其他都是商业软件，是免费开源软件，其他都是商业软件，价格不菲

4、。价格不菲。OPNET简介vOPNET:Optimized Performance Network Engineering ToolvOPNET最早是由麻省理工学院LIDS实验室受美国军方委拖开发.v可模拟LAN, WAN, ISDN及卫星通信网的模型.OPNET界面OPNET的特性最底层为Process模型，以状态机来描述协议；其次为Node模型，由相应的协议模型构成，反映设备特性；最上层为网络模型。三层模型和实际的网络、设备、协议层次完全对应，全面反映了网络的相关特性；包括路由器、交换机、服务器、客户机、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等常见网络设备模型；OPNET的特性（续）：把基于

5、包的分析方法和基于统计的数学建模方法结合起来，既可得到非常细节的模拟结果，也大大提高了仿真效率。：它可以直接收集常用的各个网络层次的性能统计参数，能够方便地编制和输出仿真报告。：能够方便的利用现有的拓扑和流量数据建立仿真模型，同时还可对仿真结果进行验证。OPNET的功能Define Problem Gather DataRun SimulationsBuild ModelsAnalyze ResultsNetwork EditorNode EditorProcess EditorSimulation ToolDebugging ToolAnalysis ToolAnimation Viewer

6、OPNET可以模拟现有的绝大部分网络和协议:ATM, Frame Relay, FDDIEthernet, Token RingTCP/UDP/IP, HTTPMATLAB简介vMATLAB软件是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。MATLAB是英文MATrix LABoratory (矩阵实验室)的缩写。 vMATLAB环境下，用户集成了程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项功能。 MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是矩阵，在生成矩陈对象时，不要求作明确的维数说明。 v开放源代码的Scilab与matla

7、b类似。SPW简介vSPW(Signal Process WorkSystem)仿真软件是Cadence公司的产品v它提供了面向电子系统的模块化设计、仿真及实施环境，是进行算法开发，滤波器设计，C代码生成，硬/软件结构联合设计和硬件综合的理想环境。 SPW的特点vSPW的一个显著特点是他提供了HDS接口和MATLAB接口。MATLAB里面的很多模型可以直接调入SPW，然后利用HDS生成C语言仿真代码或者是HDL语言仿真代码。vSPW通常可以应用于无线和有线载波通信、多媒体和网络设计与分析等领域，特别提供第三代移动通信的模块支持。 v适用于无线通信物理层、链路层算法和协议的开发仿真。QualNe

8、t简介vQualNet 原是美国加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 开发的开放源代码的GloMoSim 的商业版，Scalable Simulation Solutions 成功地将QualNet 由学术性质的开源软件转变为商业软件，主要客户包括：政府部门、军方承包商以及世界 500 强的许多公司。 v从有线LAN和WAN，到蜂窝、卫星、WLAN和移动Ad Hoc网络，QualNet支持广泛的联网应用。 GloMoSim简介vGloMoSim(Global Mobile Information System Simulator) is a scalable simulation environm

9、ent for wireless network systems.vGloMoSim developer:University of California,Los AngelesComputer Science DepartmentvGloMoSim is a library written by Parsec.GloMoSim的层次与功能Channel LayerRadio LayerMAC LayerNetwork LayerTransport LayerApplication LayerPROPAGATION-MODELBANDWIDTHMAC-PROTOCOL NETWORK-PROT

10、OCOL ROUTING-PROTOCOLTRANSPORT-PROTOCOLMOBILITY主流仿真软件比较 软件软件条目条目OPNETNS-2MATLABSPWQualNet/GloMoSim界面友好性GUI、代码Tcl script主要是代码GUI、代码GUI、代码拓扑结构配置GUI，配置方便Tcl script代码编程GUI？代码GUI、代码GUI、代码支持的构件库丰富的构件库比较丰富丰富的工具箱丰富的构件库丰富配置灵活性一般非常灵活比较灵活比较灵活比较灵活执行效率较高较高低较低一般支持语言Proto-CC+/OTclC/FORTRANC/HDLC/C+/Parsec可扩展性差好比较好

11、一般比较好兼容性差一般一般与MATLAB兼容一般使用成本高开源免费较高高高/开源免费入门难度难度大较难一般难较难通用性差一般较好差差内容提要NS-2简介vNS2（Network Simulator, version 2）是一种面向对象的网络仿真器，最初由UC Berkeley开发而成。v它本质上是一个离散事件模拟器，本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。 v官方网址：/nsnam/ns/ v维客(Wiki)网址：/nsnam/index.php/Main_Page NS-2的历史vNEST (Network S

12、imulation Testbed) REAL (Realistic and Large) NS-1 NS-2v1989: REAL network simulatorv1995: DARPA VINT project (Virtual InterNetwork Testbed) at LBL, Xerox PARC, UCB, and USC/ISIvPresent: DARPA SAMAN(Simulation Augmented by Measurement and Analysis for Network) project and NSF CONSER(Collaborative Si

13、mulation for Education and Research) project.NS-2的功能vWired Transportation: TCP,UDP,RTP,SRMTraffic sources:web, ftp, telnet, cbr, stochasticQueuing disciplines:drop-tail, RED, FQ, SFQ, DRRQoS: IntServ and DiffservEmulationvWirelessAd hoc routing and mobile IPDirected diffusion, sensor-MACvTracing, vi

14、sualization, various utilitiesNS-2版本状态v最新发布的稳定版本：2.30v最近发布时间：2006年9月26日v5月27日: ns-allinone-2.29.3发布v6月1日：启动下一版本：NS-3的开发工作“A new four-year program to develop the next major version of ns-3 was officially started on July 1, 2006. The program is funded as part of the NSF CISE CRI program.”NS-2的组成部分vTcl

15、 release 8.4.13 (必备组件) vTk release 8.4.13 (必备组件) vOtcl release 1.12 (必备组件) vTclCL release 1.18 (必备组件) vNs release 2.30 (必备组件 ) vNam release 1.12 (可选组件) vXgraph version 12 (可选组件) vCWeb version 3.4g (可选组件) vSGB version 1.0 (?) (可选组件, 为所有类UNIX平台安装sgblib库) vGt-itm gt-itm and sgb2ns 1.1 (可选组件) vZlib vers

16、ion 1.2.3 (可选, 安装Nam软件包需要用到) 内容提要NS-2安装基本要求binutilsgcc/g+makeglibcXlibs-dev, libx11-devNS-2.30的安装lshUbuntu6:$ lshUbuntu6:$lshUbuntu6:/ns-allinone-2.30$ 环境变量设置1.export PATH=$PATH:/ns-allinone-2.30/bin:/home/lsh/ns-allinone-2.30/tcl8.4.13/unix:/home/lsh/ns-allinone-2.30/tcl8.4.13/unix 2.export LD_LIBR

17、ARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/lsh/ns-allinone-2.30/otcl-1.12:/home/lsh/ns-allinone-2.30/lib 3.export TCL_LIBRARY=$TCL_LIBRARY:/home/lsh/ns-allinone-2.30/tcl8.4.13/libraryCygwin的下载Cygwin的安装NS-2与操作系统的匹配(来源：网络论坛)NS-2NS-2版本与操作系统版本兼容性版本与操作系统版本兼容性内容提要NS-2的分裂对象模型采用对象方便协议和算法的实现提高执行效率采用对象方便拓扑和节点属性的修改提高仿真便利

18、性OTcl对象树NS-2的体系架构NS-2使用一般流程NS-2的实际操作界面用户采用用户采用NS-2NS-2原有的模块进行仿真分析时，其实际工原有的模块进行仿真分析时，其实际工作就是通过作就是通过Tcl/OTclTcl/OTcl编程建模编程建模/ /运行并分析结果。运行并分析结果。内容提要NS-2实例详解NS-2仿真脚本的基本框架vset ns new Simulator /新建仿真器对象vset nf open out.nam w /打开输出文件v$ns namtrace-all $nf/记录所有输出vproc finish /定义一个退出过程v/里面进行删除对象，关闭文件等操作vv$ns

19、at 5.0 “finish“/定时运行结束过程v$ns run/启动仿真程序NS-2的网络构件set n0 $ns node#创建节点$ns duplex-link $n0 $n2 1Mb 10ms DropTailset udp0 new Agent/UDP$ns attach-agent $n0 $udp0本例完整代码（一）Set ns new Simulator#Define different colors for data flows$ns color 1 Blue$ns color 2 Red#Open the nam trace fileset nf open out.nam

20、w$ns namtrace-all $nf#Define a finish procedureproc finish global ns nf $ns flush-trace#Close the trace file close $nfexec nam out.nam & exit 0（二）建立节点和链路set n0 $ns nodeset n1 $ns nodeset n2 $ns nodeset n3 $ns node$ns duplex-link $n0 $n2 1Mb 10ms DropTail$ns duplex-link $n1 $n2 1Mb 10ms DropTail$

21、ns duplex-link $n3 $n2 1Mb 10ms SFQ#Monitor the queue for the link between node 2 and node 3$ns duplex-link-op $n2 $n3 queuePos 0.5set udp0 new Agent/UDP$udp0 set class_ 1$ns attach-agent $n0 $udp0set cbr0 new Application/Traffic/CBR$cbr0 set packetSize_ 500$cbr0 set interval_ 0.005$cbr0 attach-agen

22、t $udp0（三）新建Agentset udp1 new Agent/UDP$udp1 set class_ 2$ns attach-agent $n1 $udp1set cbr1 new Application/Traffic/CBR$cbr1 set packetSize_ 500$cbr1 set interval_ 0.005$cbr1 attach-agent $udp1#Create a Null agent (a traffic sink) and attach it to node n3set null0 new Agent/Null$ns attach-agent $n3 $null0#Connect the traffic sources with the traffic sink$ns connect $udp0 $null0