NS2简单又经典的入门教程.doc
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NS2简单又经典的入门教程
NS2网络仿真2010-07-1022:
06:
04阅读256评论0 字号：
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awk和gnuplot对ns模拟之后.tr文件的处理实验
1、实验用网络拓扑图为
这个网络的环境包含了四个网络节点（n0，n1，n2，n3）如下图所示。
网络节点n0到节点n2之间，和节点n1到节点n2之间的网络频宽（bandwidth）是2Mbps，延迟時间（propagationdelay）是10ms。
网络拓朴中的频宽瓶颈是在节点n2到节点n3之间，频宽为1.7Mbps，延迟的時间为20ms。
每个网络节都是采用DropTailqueue的方式，且在节点n2到节点n3之间的最大队列长度是10个封包的长度。
在节点n0到n3之间会有一条FTP的连线，FTP应用程式是架架在TCP之上，所以在写模拟环境的描述语言的時候，必需先建立一条TCP的连线，在來源端n0上使用TCPagent产生”tcp”來发送TCP的封包；在目的地端n3使用TCPsinkagent产生”sink”來接受TCP的资料、並产生回覆封包（ACK）回传送端、最后把接收的TCP封包释放。
最后要把这两个agent连起來（connect），连线才能建立。
若是沒有額外的參数设定，TCP封包的长度为1Kbytes。
在这里顺便补充說明一下，对于ns2模拟參数內定值设定是在ns-allinone-2.27\ns-2.27\tcl\lib目錄下的ns-default.tcl，有想要进一步了解的人，可以去查看此档。
另外，在节点n1到n3之间有一条固定的传输速率的连线（ConstantBitRate，CBR），CBR应用程式是架架在UDP之上，因此必需在n1使用UDPagent來产生”udp”用來发送UDP封包，在n3上使用Nullagent來产生”sink”以接收由n1传送过來的UDP封包，然后把接收的封包释放。
CBR的传送速度为1Mbps，每一个封包大小为1Kbytes。
CBR是在0.1秒开始传送，在4.5秒結束传输；FTP是在1.0秒开始传送，4.0秒結束传输。
2、程序源代码
编辑一个四个结点的网络源文件，保存名为tool.tcl
#产生一个模拟的物件
setns[newSimulator]
#針对不同的资料流定义不同的顏色，这是要给NAM用的
$nscolor1Blue
$nscolor2Red
#开启一个NAMtracefile
setnf[openout.namw]
$nsnamtrace-all$nf
#开启一个tracefile，用來记录封包传送的过程
setnd[openout.trw]
$nstrace-all$nd
#定义一个結束的程序
procfinish{}{
globalnsnfnd
$nsflush-trace
close$nf
close$nd
#以背景执行的方式去执行NAM
execnamout.nam&
exit0
}
#产生四个网络节点
setn0[$nsnode]
setn1[$nsnode]
setn2[$nsnode]
setn3[$nsnode]
#把节点连接起來
$nsduplex-link$n0$n22Mb10msDropTail
$nsduplex-link$n1$n22Mb10msDropTail
$nsduplex-link$n2$n31.7Mb20msDropTail
#设定ns2到n3之间的QueueSize为10个封包大小
$nsqueue-limit$n2$n310
#设定节点的位置，这是要给NAM用的
$nsduplex-link-op$n0$n2orientright-down
$nsduplex-link-op$n1$n2orientright-up
$nsduplex-link-op$n2$n3orientright
#观测n2到n3之间queue的变化，这是要给NAM用的
$nsduplex-link-op$n2$n3queuePos0.5
#建立一条TCP的连线
settcp[newAgent/TCP]
$tcpsetclass_2
$nsattach-agent$n0$tcp
setsink[newAgent/TCPSink]
$nsattach-agent$n3$sink
$nsconnect$tcp$sink
#在NAM中，TCP的连线会以蓝色表示
$tcpsetfid_1
#在TCP连线之上建立FTP应用程式
setftp[newApplication/FTP]
$ftpattach-agent$tcp
$ftpsettype_FTP
#建立一条UDP的连线
setudp[newAgent/UDP]
$nsattach-agent$n1$udp
setnull[newAgent/Null]
$nsattach-agent$n3$null
$nsconnect$udp$null
#在NAM中，UDP的连线会以紅色表示
$udpsetfid_2
#在UDP连线之上建立CBR应用程式
setcbr[newApplication/Traffic/CBR]
$cbrattach-agent$udp
$cbrsettype_CBR
$cbrsetpacket_size_1000
$cbrsetrate_1mb
$cbrsetrandom_false
#设定FTP和CBR资料传送开始和結束時间
$nsat0.1"$cbrstart"
$nsat1.0"$ftpstart"
$nsat4.0"$ftpstop"
$nsat4.5"$cbrstop"
#結束TCP的连线（不一定需要写下面的程式來实际結束连线）
$nsat4.5"$nsdetach-agent$n0$tcp;$nsdetach-agent$n3$sink"
#在模拟环境中，5秒后去呼叫finish來結束模拟（这样要注意模拟环境中
#的5秒並不一定等于实际模拟的時间
$nsat5.0"finish"
#执行模拟
$nsrun
3、运行nstool.tcl得到下图
接下來，筆者先簡單介紹awk，然後如何使用awk去分析tracefile，以得到Throughput、Delay、Jitter、和LossRate。
[awk]
A.簡介
awk是一種程式語言。
它具有一般程式語言常見的功能。
因awk語言具有某些特點，如：
使用直譯器（Interpreter）不需先行編譯；變數無型別之分（Typeless），可使用文字當陣列的註標（AssociativeArray）等特色。
因此，使用awk撰寫程式比起使用其它語言更簡潔便利且節省時間。
awk還具有一些內建功能，使得awk擅於處理具資料列（Record），欄位（Field）型態的資料；此外，awk內建有pipe的功能，可將處理中的資料傳送給外部的Shell命令加以處理，再將Shell命令處理後的資料傳回awk程式，這個特點也使得awk程式很容易使用系統資源。
B.awk是如何運作的
為便於解釋awk程式架構，以及相關的術語，筆者就以上面tracefile為例，來加以介紹。
a.名詞定義:
1. 資料列：
awk從資料檔上讀取的基本單位，以tracefile為例，awk讀入的
第一筆資料列為”＋ 0.1 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0”
第二筆資料列為“－ 0.1 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0”
一般而言，一筆資料列相當於資料檔上的一行資料。
2. 欄位（Field）：
為資料列上被分隔開的子字串。
以資料列”＋ 0.1 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0”為例，
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
＋
0.1
1
2
1000
-------
2
1.0
3.1
0
0
一般而言是以空白字元來分隔相鄰的欄位。
當awk讀入資料列後，會把每個欄位的值存入欄位變數。
欄位變數
意義
$0
為一字串,其內容為目前awk所讀入的資料列.
$1
代表$0上第一個欄位的資料.
$2
代表$0上第二欄個位的資料.
……
……
b.程式主要節構:
Pattern1 {Actions1}
Pattern2 {Actions2}
……………………………
Pattern3 {Actions3}
一般常用”關係判斷式”來當成Pattern。
例如：
x＞3用來判斷變數x是否大於3
x==5 用來判斷變數x是否等於5
awk提供c語言常見的關係運算元，如：
＞、＜、＞＝、＜＝、＝＝、！
＝等等
Actions是由許多awk指令所構成，而awk的指令與c語言中的指令非常類似。
IO指令：
print、printf（）、getline......
流程控制指令 ：
if（...）{...}else{…}、while（…）{…}……
在awk程式的流程為先判斷Pattern的結果，若為真True則執行相對應的Actions，若為假False則不執行相對的Actions。
若是處理的過程中沒有Pattern，awk會無條件的去執行Actions。
c.工作流程:
執行awk時,它會反複進行下列四步驟。
1.自動從指定的資料檔中讀取一筆資料列。
2.自動更新（Update）相關的內建變數之值。
3.逐次執行程式中所有的Pattern{Actions}指令。
4.當執行完程式中所有Pattern{Actions}時，若資料檔中還有未讀取的料，則反覆執行步驟1到步驟4。
awk會自動重覆進行上述的四個步驟，所以使用者不須在程式中寫這個迴圈。
[End-to-EndDelay]
筆者把量測CBR封包端點到端點間延遲時間的awk程式，寫在檔案measure-delay.awk檔案中，讀者可以參考此範例，修改成符合讀者需求的程式。
BEGIN{
#程式初始化，設定一變數以記錄目前最高處理封包的ID。
highest_packet_id=0;
}
{
action=$1;
time=$2;
node_1=$3;
node_2=$4;
type=$5;
flow_id=$8;
node_1_address=$9;
node_2_address=$10;
seq_no=$11;
packet_id=$12;
#記錄目前最高的packetID
if（packet_id>highest_packet_id）
highest_packet_id=packet_id;
#記錄封包的傳送時間
if（start_time[packet_id]==0）
start_time[packet_id]=time;
#記錄CBR（flow_id=2）的接收時間
if（flow_id==2&&action!
="d"）{
if（action=="r"）{
end_time[packet_id]=time;
}
}else{
#把不是flow_id=2的封包或者是flow_id=2但此封包被drop的時間設為-1
end_time[packet_id]=-1;
}
}
END{
#當資料列全部讀取完後，開始計算有效封包的端點到端點延遲時間
for（packet_id=0;packet_id<=highest_packet_id;packet_id++）{
start=start_time[packet_id];
end=end_time[packet_id];
packet_duration=end-start;
#只把接收時間大於傳送時間的記錄列出來
if（start }
}
執行方法:
（$為shell的提示符號）
$awk-fmeasure-delay.awkout.tr
若是要把結果存到檔案，可使用導向的方式。
（把結果存到cbr_delay檔案中）
$awk-fmeasure-delay.awkout.tr>cbr_delay
執行結果:
0.1000000.038706
0.1080000.038706
0.1160000.038706
0.1240000.038706
0.1320000.038706
………………………
[Jitter]
Jitter就是延遲時間變化量delayvariance，由於網路的狀態隨時都在變化，有時候流量大，有時候流量小，當流量大的時候，許多封包就必需在節點的佇列中等待被傳送，因此每個封包從傳送端到目的地端的時間不一定會相同，而這個不同的差異就是所謂的Jitter。
Jitter越大，則表示網路越不穩定。
筆者把量測CBRflow的Jitter的awk寫在檔案measure-jitter.awk內。
BEGIN{
#程式初始化
old_time=0;
old_seq_no=0;
i=0;
}
{
action=$1;
time=$2;
node_1=$3;
node_2=$4;
type=$5;
flow_id=$8;
node_1_address=$9;
node_2_address=$10;
seq_no=$11;
packet_id=$12;
#判斷是否為n2傳送到n3，且封包型態為cbr，動作為接受封包
if（node_1==2&&node_2==3&&type=="cbr"&&action=="r"）{
#求出目前封包的序號和上次成功接收的序號差值
dif=seq_no-old_seq_no;
#處理第一個接收封包
if（dif==0）
dif=1;
#求出jitter
jitter[i]=（time-old_time）/dif;
seq[i]=seq_no;
i=i+1;
old_seq_no=seq_no;
old_time=time;
}
}
END{
for（j=1;j printf（"%d\t%f\n",seq[j],jitter[j]）;
}
執行方法:
（$為shell的提示符號）
$awk-fmeasure-jitter.awkout.tr
若是要把結果存到檔案，可使用導向的方式。
（把結果存到cbr_jitter檔案中）
$awk-fmeasure-jitter.awkout.tr>cbr_jitter
執行結果:
1 0.008000
2 0.008000
3 0.008000
4 0.008000
……………………
[另一種計算Jitter的方法---更精確的方式
#================================================================================
#NormalJitter.awk
#Versionnow:
0.1
#LastModifiedDate:
2004-10-23,19:
39:
54
#==Usage==
#awk-fNormalJitter.awkout.tr
#==ProgramedBy==
#查輝（ZHAHUI）,Wuhan,China,Email:
zhahuiAT
#==Description==
#本awk程式給出了另外一種jitter的計算方法，這種方法中jitter的計算是基于以下公式:
#jitter＝（（recvtime（j）-sendtime（j））-（recvtime（i）-sendtime（i）））/（j-i）,其中j>i。
#==Attention==
#NormalJitter.awk中關於jitter的計算完全基于柯志亨博士的measure-delay.awk程式中delay的
#計算。
而measure-delay.awk在柯博士網頁中的ns2類比例子中是正確的，但是對于不同的例子需要根
#據情況進行一定的修改，並可能需要加入某些魯棒性處理代碼（例如對于第一個包的處理，對于丟包的處
#理等）。
#==Reference==
#http:
//140.116.72.80/~smallko/ns2/ns2.htm
#==Feedback==
#如有任何關於本程式jitter計算的問題，請致信
#柯志亨（ChihHeng,Ke）博士smallko2001AT.tw或者與本人聯繫。
#==Acknowledgements==
#Dr.ChihHeng,Keprovidedvaluabledocumentsandawkfilesuponmyrequests.
#================================================================================
BEGIN{
#程式初始化，設定一變數以記錄目前最高處理封包的ID。
highest_packet_id=0;
}
{
action=$1;
time=$2;
node_1=$3;
node_2=$4;
type=$5;
flow_id=$8;
node_1_address=$9;
node_2_address=$10;
seq_no=$11;
packet_id=$12;
#記錄目前最高的packetID
if（packet_id>highest_packet_id）{
highest_packet_id=packet_id;
}
#記錄封包的傳送時間
if（start_time[packet_id]==0） {
#記錄下包的seq_no--ZHA
pkt_seqno[packet_id]=seq_no;
start_time[packet_id]=time;
}
#記錄CBR（flow_id=2）的接收時間
if（flow_id==2&&action!
="d"）{
if（action=="r"）{
end_time[packet_id]=time;
}
}else{
#把不是flow_id=2的封包或者是flow_id=2但此封包被drop的時間設為-1
end_time[packet_id]=-1;
}
}
END{
#初始化jitter計算所需變量--ZHA
last_seqno=0;
last_delay=0;
seqno_diff=0;
#當資料列全部讀取完後，開始計算有效封包的端點到端點延遲時間
for（packet_id=0;packet_id<=highest_packet_id;packet_id++）{
start=start_time[packet_id];
end=end_time[packet_id];
packet_duration=end-start;
#只把接收時間大於傳送時間的記錄列出來
if（start #得到了delay值（packet_duration）后計算jitter--ZHA
seqno_diff=pkt_seqno[packet_id]-last_seqno;
delay_diff=packet_duration-last_delay;
if（seqno_diff==0）{
jitter=0;
}else{
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