NS2无师自通.docx

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NS2无师自通

网络仿真利器NS-2无师自通七天速成系列Ⅰ：

NS-2简介与实验环境的安装

近年来，网络通信技术日新月异，网络技术的研究炙手可热，促进人们不断的提高研究水平，更新研究技术，增加研究手段。

目前网络通信的研究一般分为以下三种方式：

（1）理论研究，

（2）网络模拟，（3）试验测试。

而网络模拟是目前网络通信研究中一种重要的方法。

而NS-2是进行网络仿真最流行的软件之一，已广泛被科研院所和各大高校用于进行网络分析、研究和教学。

1.简介

   NS-2（NetworkSimulatorVersion2）最早来源于1989年哥伦比亚大学开发的RealNetworkSimulator项目，是一款开源免费的网络模拟软件。

目前NS-2可用于仿真各种不同的通信网络。

已经实现的仿真模块有：

网络传输协议，如TCP和UDP；业务源流量产生器，如FTP、Telnet、WebCBR和VBR；路由队列管理机制，如Droptai、RED和CBQ；路由算法，如Dijkstra，以及无线网络的WLAN，Adhoc路由，移动IP和卫星通信网络等。

NS-2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。

2.NS-2试验环境的安装与配置

NS-2需要在linux操作系统下运行，然而大多数人对linux操作系统不太熟悉,更习惯于windows操作系统，所以就需要把NS-2安装在windows平台下。

本实验环境的配置工具如下：

Winxp+VMwareWorkstation6+RedHatlinux+ns-allinone-2.30.

2.1Winxp下安装VMwareWorkstation6

2.2启动VMwareWorkstation6，新建虚拟机，在新建的虚拟机中选择Redlinux5,安装linux系统.

插入系统盘，进行启动，系统自动的会找到未分区的预留空间进行安装，按照提示进行安装.在分区的过程中，建议划出一个2倍于内存的交换类型空间（swap类型），一个100M的ex3类型的"/home"空间，剩下的全部分给ex3类型的"/"根空间。

分区采用自动分区，分区如下：

在安装的过程中，要选择开发的组件，默认是不安装的，刚开始不太熟悉，可以选择全部安装。

然后按照提示一步步的安装即可。

注意：

在安装linux过程中要注意以下两点：

第一，在虚拟机下安装，一定要选择自定义模式，然后选择硬盘类型为IDE类型，否则无法安装成功，第二，一定要在linux系统的安装过程中，要选择自定义方式，安装需要的软件，包括编辑软件。

第三,配置linux环境有三种选择，直接安装linux系统，windows+模拟环境cygwin和windows+虚拟机+linux下安装。

如果出于学习考虑，建议采用第三种方法，如果真正的去做实验建议采用第一种方法。

当然，我们也可以选择不安装，而使用模拟环境cygwin来模拟linux系统，如果你要真正的学习网络模拟的话，不建议采用这中方法。

 2.3在linux环境下安装NS-2

假设你已经安装好linux系统，下面开始NS-2模拟环境的安装与配置。

NS-2软件建议选择allinone（即allinone）.此处和以后的试验环境我们使用的是ns-allinone-2.30。

将ns-allinone-2.30.tar.gz文件放在当前用户的home目录下，如果你是从网络上下载，一般默认是在这个目录下，你可以检查下；如果你通过其他方式，本实验是通过U盘的方式，把文件复制到该目录中。

2.3.1安装ns-2

如果是root用户的显示为“主机名#”，非root用户显示为“主机名$".果是root用户，你的home目录为/root,非root用户的home目录为/home/用户名。

命令说明：

$cd（转到home目录下），$tarzxfns-allione-2.30.tar.gz（解压软件包）$cdns-allinone-2.30（进入ns-allinone-2.30目录下）$./install   （运行安装命令）

2.3.2设置全局路径变量

上一步的安装成功后,最后输出部分会提示你必须设置三个全局变量path,ld_library_path和tcl_library.在自己的根目录下编辑终端配置文件.bashrc,注意要带"."开头,.bashrc是bash终端的配置文件,在Linux中它是隐藏文件,一般用ls命令看不出来,但可以采用vi命令编辑该文件:

$cd

$vi.bashrc（用linux系统提供的vi编辑器来编辑.bashrc文件）

将光标移动到最后一行，按下insert键进行插入

exportNS_HOME=~/ns-allinone-2.30

exportPATH=$NS_HOME/tcl8.4.13/unix:

$NS_HOME/tk8.4.13/unix:

$NS_HOME/bin:

$PATH

exportLD_LIBRARY_PATH=$NS_HOME/tcl8.4.13/unix:

$NS_HOME/tk8.4.13/unix:

$NS_HOME/otcl-1.12:

$NS_HOME/vlib:

$LD_LIBRARY_PATH

exportTCL_LIBRARY=$NS_HOME/tcl8.4.13/library

在设置的过程中一定要细心。

export后有一个空格，其他地方是以”：

”来分割的。

”~/“home目录，你也可以不用设置这个变量都是可以的,对于具体的版本中包含软件版本不同，可参看上面的图和下边的脚本进行相应放入更改。

编辑结束，按键盘上的退出键esc：

退出插入模式，再输入“：

wq”存盘退出.

 2.3.3简单测试

打开一个新终端输入ns回车，在%号后输入空格+puts+空格+"helloworld"，如果显示helloworld则配置成功。

否者查找原因重新配置。

如有问题请发邮件询问与技术支持：

duankesong@

网络仿真利器NS-2无师自通七天速成系列Ⅱ：

NS-2实例编写

 安装NS-2后，就可以运行该软件了。

NS-2有两种运行方式，第一种是“脚本方式”，假设这里有个已编好的文件example.tcl文件，通过在linux控制端输入nsexample.tcl就可以运行该脚本了。

第二种方法就是“命令行方式”，通过在linux系统下输入ns进入NS-2模拟环境。

然后输入各种指令交互的运行。

1.编写一个tcl脚本一般分为以下几个步骤：

1）       创建模拟器对象，用来定义和控制模拟过程。

在这个过程中，首先创建一个simulator对象。

2）       设置跟踪文件

3）       创建网络拓扑结构。

4）       配置节点属性。

5）       创建拓扑结构

6）       设置代理和应用层协议，并进行绑定。

7）       使用模拟器对象的at过程设置节点事件和时间的对应关系。

8）       使用模拟器对象的run过程开始模拟。

9）       结果分析。

模拟结束后，将得到保存模拟过程的trace文件，接下来的主要工作就是对于这个结果文件根据需求进行数据分析，同时可以用gnuplot等画图工具直观的显示数据分析结果。

2，下边是一个实例。

新建一个文件，保存为example.tcl

[TclScript]

#产生一个仿真的对象

setns[newSimulator]

#针对不同的资料流定义不同的颜色，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，用来记录封包传送的过程

setnd[openout.trw]

$nstrace-all$nd

#定义一个结束的程序

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]

#把节点连接起来

$nsduplex-link$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的联机

settcp[newAgent/TCP]

$tcpsetclass_2

$nsattach-agent$n0$tcp

setsink[newAgent/TCPSink]

$nsattach-agent$n3$sink

$nsconnect$tcp$sink

#在NAM中，TCP的联机会以蓝色表示

$tcpsetfid_1

#在TCP联机之上建立FTP应用程序

setftp[newApplication/FTP]

$ftpattach-agent$tcp

$ftpsettype_FTP

#建立一条UDP的联机

setudp[newAgent/UDP]

$nsattach-agent$n1$udp

setnull[newAgent/Null]

$nsattach-agent$n3$null

$nsconnect$udp$null

#在NAM中，UDP的联机会以红色表示

$udpsetfid_2

#在UDP联机之上建立CBR应用程序

setcbr[newApplication/Traffic/CBR]

$cbrattach-agent$udp

$cbrsettype_CBR

$cbrsetpacket_size_1000

$cbrsetrate_1mb

$cbrsetrandom_false

#设定FTP和CBR资料传送开始和结束时间

$nsat0.1"$cbrstart"

$nsat1.0"$ftpstart"

$nsat4.0"$ftpstop"

$nsat4.5"$cbrstop"

#结束TCP的联机（不一定需要写下面的程序代码来实际结束联机）

$nsat4.5"$nsdetach-agent$n0$tcp;$nsdetach-agent$n3$sink"

#在仿真环境中，5秒后去呼叫finish来结束仿真（这样要注意仿真环境中

#的5秒并不一定等于实际仿真的时间

$nsat5.0"finish"

#执行仿真

$nsrun

3，实验结果与数据分析如下：

仿真结束后，会产生两个档案，一个是out.nam，这是给NAM用的，用来把仿真的过程用可视化的方式呈现出来，这可以让使用者用”看”的方式去了解封包传送是如何从来源端送到接收端。

另一个档案是out.tr，这个档案记录了仿真过程中封包传送中所有的事件，例如第一笔记录是一个CBR的封包，长度为1000bytes，在时间0.1秒的时候，从n1传送到n2。

这个档案对我们做效能分析很重要，所以要先对这个档案的格式做仔细的介绍。

＋ 0.1  1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0

－ 0.1  1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0

＋ 0.108 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 1 1

－ 0.108 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 1 1

r 0.114 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0

＋ 0.114 2 3 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0

－ 0.114 2 3 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 0 0

＋ 0.116 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 2 2

－ 0.116 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 2 2

r  0.122 1 2 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 1 1

＋ 0.122 2 3 cbr 1000 ------- 2 1.0 3.1 1 1

.................................................................

每一笔记录的开始都是封包事件发生的原因，若是r则表示封包被某个节点所接收，若是+则表示进入了队列，若是-则表示离开队列，若是d则表示封包被队列所丢弃。

接着的第二个字段表示的是事件发生的时间；字段三和字段四表示事件发生的地点（从fromnode到tonode）；字段五表示封包的型态；字段六是封包的大小，字段七是封包的旗标标注；字段八表示封包是属于那一个资料流；字段九和字段十是表示封包的来源端和目的端，这两个字段的格式是a.b，a代表节点编号，b表示埠号（portnumber）；字段十一表示封包的序号；最后字段十二表示封包的id。

以前面tracefile的第一笔为例，意思就是说有一个封包pakcetid为0，资料流id为2，序号为0，长度为1000bytes，型态为CBR，它是从来源端1.0要到目的地3.1，在时间0.1秒的时候，从节点1进入了节点2的队列中。

网络仿真利器NS-2无师自通七天速成系列Ⅲ：

Tcl和Otcl语言

Ns-2的实现是由表示层和实现层。

实现层：

采用C++对象，方便协议和算法的实现，提高执行效率；表示层：

采用OTcl对象，方便拓扑和节点属性的修改，提高仿真便利性。

语法说明：

Tcl只支持”字符串”一种数据结构,一种分割符就是空格

1、基本命令格式：

Commandargarg1arg2arg3

一个Tcl命令是由空格符分割的关键字所组成。

其中，command是命令名称或者是一个Tcl过程名，其余都是该命令的参数。

一个Helloworld！

的例子：

%putsstdout{HelloWorld!

}

在这个例子，命令puts后面跟着两个参数，stdout用来定义标准输入流。

大括号把多个单词组成一个简单的参数。

2、变量：

用set命令进行定义。

注意参数之间是一个空格进行分割。

Set参数一，参数二参数一为变量名，参数二为变量的赋值。

用$命令来获取变量的值，具体格式为：

$变量名，中间没有空格

用unset命令来删除变量，使用方式为unset变量名1，变量名二，。

。

。

。

。

用info命令来查看变量是否存在，

3.  变量的组合和替代

变量的替代分为命令替代，又称欠套替代和反斜杠替代，与转移字符类似。

命令替代用中括号[]来实现。

反斜杠替代与转义字符的含义类似。

双引号组合把组合内容作为字符串来看待，中间不允许有替代出现，而大括号替代则可是有替代出现，两者都实现把一串命令组合为一组命令的作用

4  数学运算支持数学运算和位运算和逻辑运算。

用expr命令把表达式传递给解释器，如：

expr4*5

5. Tcl中用proc来定义过程，命令格式为：

Proc过程名参数过程体

过程名可以为任何字符，过程名和变量名没有任何冲突，为了习惯，过程名第一个字母大写。

参数多余一个用大括号组合，过程体多余一行也用大括号组合

过程体中的return可以省略。

6．流程控制命令

6.1，if表达式then命令体1else命令体2

6.2，switchflags表达式条件一命令体1条件二命令体2。

。

。

default命令体n

一般情况下的格式为组合格式：

switchflags表达式{条件一{命令体1}条件二{命令体2}。

。

。

default{命令体n}}

其中flags为表达式的匹配方式，有三种，-exact为默认的，为精确匹配

-glob为通配模式，*为任意字符，？

为单个字符。

-regexp为正则表达式匹配，表达式为正则表达式。

6.3，for循环命令

For初始化测试表达式循环体

Foreach

While

6.4，catch命令用来扑获错误

6.5用break，continue，return

6，注释#来注释。

最前注释一行，后边注释加分号和#如；#

7，数组

8，面向对象的tcl 

在tcl中增加了对象的支持，如类的定义，继承与封装，构造和析构函数

网络仿真利器NS-2无师自通七天速成系列Ⅳ：

NS-2网络控件及其使用方法

1,Simulator类

在NS-2中，每个模拟过程需要一个类对整个过程进行控制和管理。

这个类就是simulator类。

这个类封装了节点（note），链路（link），代理（agent），数据分组格式等。

整个模拟过程通过创建一个模拟类对象开始，通过调用这个对象的各个过程实现创建节点，构建拓扑结构图，对模拟的各个方面进行配置，定义事件，根据定义的事件模拟整个网络的运行等。

创建一个模拟器类对象的格式为：

Setns[newsimulator]

2,NS-2是一个事件驱动的模拟器，通常包括两部分：

事件的触发时间和用来处理时间的功能函数的句柄。

NS-2中模拟内部at过程的主要功能是在特定的时间调度事件处理函数处理事件。

Setns[newsimulator]

$nsat5.0“handle_fun”

$nsrun

Prochandle_fun{}{puts”thisistheeventhandlefunction”}

目前事件调度程序有四种事件调度器，分别为：

链式，堆式，时间队列式，和实时，其中时间队列式为默认的。

本节相关概念为：

Setns[newsimulator]

Setnow[$nsnow]

$nshalt

$nsrun

$nsat

3,节点note

在网络中将分布在不同地理位置的主机，交换机，路由器等网络设备在NS-2中统统抽象为一个节点，本节将介绍NS-2中节点的创建和配置方法。

根据网络节点之间通信方式的不同，分组的传输方式有两类，单播和多播。

单播节点的配置：

Setns[newsimulator]

Setn0[$nsnode]

一个单播节点是由地址分类器和端口分类器两个tcl对象组成的。

地址分类器主要判断分组的地址和转发分组到下一个接收器。

节点的地址模拟网络中的ip地址，有两种类型，默认为flat类型的，分类器中有一张shot表模拟网络中的路由表，一个shot码和一个节点地址相对应。

端口分类器的主要功能是按照分组的目的端口进行匹配，将分组传递给相应的agent对象。

多播节点的配置：

多播节点的配置，首先要把Multicast属性值设置为：

on，然后调用node过程创建多播节点。

创建一个多播节点的方法：

Setns[newSimulator-Multicaston]

Setn1[$nsnode]

注意多播结构是一对多的通信，一个多播分组在转发时，分组需要被转发给多个目标对象，这就要求多播节点能够生成该分组的多个拷贝，多播节点包含复制器（Replicator）对象，并使用其生成分组的拷贝。

多播节点主要是由多播分类器和复制器组成。

多播分类器根据源地址，和目的地址，将分组分类，富欧泊分类器内部保存了一张链式hash表，表的每一项包含源地址，多播目的地址，和slot码。

3.1节点的配置。

无线网了中的节点是移动节点，拥有不同于有限节点的各种特性。

所谓节点的配置就是在节点创建之前设定节点的各项属性，可是使用模拟器对象ns的内部过程node-config{}来配置节点的属性。

包括，所有节点的属性，无线节点的属性和卫星节点的配置。

与节点有关的命令

$nsnode[]配置节点的类型，默认为没有分层的flat类型。

$nodeid此命令是返回节点的id号。

$nodenode-addr此命令是返回节点的地址。

$nodereset此命令重新设置绑定于节点的代理。

$nodedetach将代理从这个节点上删除，然后在这个端口上绑定一个空代理。

$nodeattach

port_num>节点自动为其分配一个端口号，并将该代理绑定到节点上。

3.2链路（link）

链路层负责对物理层上传输的数据进行检错和纠错。

NS-2中的数据链路层同时实现了物理层，数据链路层和部分网络层的功能。

本节主要讲述如何将不同的节点连接起来。

完成整个网络拓扑的结构的构建。

因此，一个完整的网络拓扑包括节点的创建和节点的连接（用链路）两个部分，即节点和链路是组成网络哟拓扑的两个要素。

网络设备见的通信方式可以分为单工，半双工和全双工三种方式。

单工是数据只能沿一个方向传输。

任何时候都不能改变数据传输的方向，在NS-2中我们采用创建简单的单向链路simplex-link来进行模拟这种通信方式。

半双工通信方式中，数据可以单向传输，但必须交替进行。

不常用。

全双工通信放式中，数据可以同时双向传输。

在NS-2中我们通过创建双向链路duplex-link来进行模拟。

创建单向链路

Setns[newsimulator]

$nssimples-link

上述代码创建了一条node1到node2的单向链路，并且定义了链路的一下各项特性。

创建链路的带宽。

延时队列类型

创建双向链路

Setns[newsimulator]

$nsduplex-link

等价于

Setns[newsimula