NS2使用1.docx
《NS2使用1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NS2使用1.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
NS2使用1
对于使用网络仿真软件来做网络效能分析的人而言，步骤通常是先设计出符合自己需要的网络仿真环境，设定其不同的参数，执行仿真，收集结果数据，最后把数据使用图片或表格把结果呈现出来以方便分析实验。
一般而言，对于ns2的初学者而言，总是会遇到一个问题，就是网络仿真程序跑完后，接下来该如何分析。
这是非常重要的一个过程，所以希望ns2的初学者能好好的研究此章节的内容，相信一定会对大家的研究有相当的帮助。
本节打算以一个简单的网络环境为范例，介绍如何使用一些工具来分析和呈现模拟结果，这包含了如何去量测End-to-EndDelay、Jitter、PacketLoss、和Throughput。
而采用的方法是去分析traffictrace档案的方式，这种方法的优点是简单且不需要去修改到ns2核心的部份，但缺点是若是仿真数据若是太多，traffictrace的档案会太大，这样会增加分析所需要的时间。
另外一种方法，是去更改ns2核心，增加或修改一些档案，把所需要量测的参数直接记录下来，这种方法的优点是模拟结束后，所需要量测的数据已经完全记录下来，但缺点是要动到ns2核心的部分，对于初学者而言，这是一个很大的门坎，这个方法笔者留到后面的章节在做介绍。
笔者先对要模拟的环境做一个简单的介绍。
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，延迟时间（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，延迟的时间为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的联机，FTP应用程序是架构在TCP之上，所以在写仿真环境的描述语言的时候，必需先建立一条TCP的联机，在来源端n0上使用TCPagent产生”tcp”来发送TCP的封包；在目的地端n3使用TCPsinkagent产生”sink”来接受TCP的数据、并产生回复封包（ACK）回传送端、最后把接收的TCP封包释放。
最后要把这两个agent连起来（connect），联机才能建立。
若是没有额外的参数设定，TCP封包的长度为1Kbytes。
在这里顺便补充说明一下，对于ns2模拟参数内定值设定是在ns-allinone-2.27\ns-2.27\tcl\lib目录下的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联机（ConstantBitRate，CBR），CBR应用程序是架构在UDP之上，因此必需在n1使用UDPagent来产生”udp”用来发送UDP封包，在n3上使用Nullagent来产生”sink”以接收由n1传送过来的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秒结束传输；FTP是在1.0秒开始传送，4.0秒结束传输。
[SimulationTopology]
[TclScript]
#产生一个仿真的对象
setns[newSimulator]
#针对不同的数据流定义不同的颜色，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数据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"
#在模拟环境中，5秒后去呼叫finish来结束模拟（这样要注意模拟环境中
#的5秒并不一定等于实际模拟的时间
$nsat5.0"finish"
#执行模拟
$nsrun
模拟结束后，会产生两个档案，一个是out.nam，这是给NAM用的，用来把模拟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。
＋0.112cbr1000-------21.03.100
－0.112cbr1000-------21.03.100
＋0.10812cbr1000-------21.03.111
－0.10812cbr1000-------21.03.111
r0.11412cbr1000-------21.03.100
＋0.11423cbr1000-------21.03.100
－0.11423cbr1000-------21.03.100
＋0.11612cbr1000-------21.03.122
－0.11612cbr1000-------21.03.122
r0.12212cbr1000-------21.03.111
＋0.12223cbr1000-------21.03.111
.................................................................
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。
接下来，笔者先简单介绍awk，然后如何使用awk去分析tracefile，以得到Throughput、Delay、Jitter、和LossRate。
[awk]
A.简介
awk是一种程序语言。
它具有一般程序语言常见的功能。
因awk语言具有某些特点，如：
使用直译器（Interpreter）不需先行编译；变量无型别之分（Typeless），可使用文字当数组的注标（AssociativeArray）等特色。
因此，使用awk撰写程序比起使用其它语言更简洁便利且节省时间。
awk还具有一些内建功能，使得awk擅于处理具数据列（Record），字段（Field）型态的数据；此外，awk内建有pipe的功能，可将处理中的数据传送给外部的Shell命令加以处理，再将Shell命令处理后的数据传回awk程序，这个特点也使得awk程序很容易使用系统资源。
B.awk是如何运作的
为便于解释awk程序架构，以及相关的术语，笔者就以上面tracefile为例，来加以介绍。
a.名词定义:
1.资料列：
awk从数据文件上读取的基本单位，以tracefile为例，awk读入的
第一笔资料列为”＋0.112cbr1000-------21.03.100”
第二笔资料列为“－0.112cbr1000-------21.03.100”
一般而言，一笔数据列相当于数据文件上的一行资料。
2.字段（Field）：
为数据列上被分隔开的子字符串。
以资料列”＋0.112cbr1000-------21.03.100”为例，
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
＋
0.1
1
2
cbr
1000
-------
2
1.0
3.1
0
0
一般而言是以空格符来分隔相邻的字段。
当awk读入数据列后，会把每个字段的值存入字段变量。
字段变量
意义
$0
为一字符串,其内容为目前awk所读入的资料列.
$1
代表$0上第一个字段的数据.
$2
代表$0上第二栏个位的资料.
……
……
b.程序主要节构:
Pattern1{Actions1}
Pattern2{Actions2}
……………………………
Pattern3{Actions3}
一般常用”关系判断式”来当成Pattern。
例如：
x＞3用来判断变量x是否大于3
x==5用来判断变量x是否等于5
awk提供c语言常见的关系操作数，如：
＞、＜、＞＝、＜＝、＝＝、！
＝等等
Actions是由许多awk指令所构成，而awk的指令与c语言中的指令非常类似。
IO指令：
print、printf（）、getline......
流程控制指令 ：
if（...）{...}else{…}、while（…）{…}……
在awk程序的流程为先判断Pattern的结果，若为真True则执行相对应的Actions，若为假False则不执行相对的Actions。
若是处理的过程中没有Pattern，awk会无条件的去执行Actions。
c.工作流程:
执行awk时,它会反复进行下列四步骤。
1.自动从指定的数据文件中读取一笔数据列。
2.自动更新（Update）相关的内建变量之值。
3.逐次执行程序中所有的Pattern{Actions}指令。
4.当执行完程序中所有Pattern{Actions}时，若数据文件中还有未读取的料，则反复执行步骤1到步骤4。
awk会自动重复进行上述的四个步骤，所以使用者不须在程序中写这个循环。
[End-to-EndDelay]
笔者把量测CBR封包端点到端点间延迟时间的awk程序，写在档案measure-delay.awk档案中，读者可以参考此范例，修改成符合读者需求的程序。
BEGIN{
#程序初始化，设定一变量以记录目前最高处理封包的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=$12;
#记录目前最高的packetID
if（packet_id>highest_packet_id）
highest_packet_id=packet_id;
#记录封包的传送时间
if（start_time[packet_id]==0）
start_time[packet_id]=time;
#记录CBR（flow_id=2）的接收时间
if（flow_id==2&&action!
="d"）{
if（action=="r"）{
end_time[packet_id]=time;
}
}else{
#把不是flow_id=2的封包或者是flow_id=2但此封包被drop的时间设为-1
end_time[packet_id]=-1;
}
}
END{
#当数据列全部读取完后，开始计算有效封包的端点到端点延迟时间
for（packet_id=0;packet_id<=highest_packet_id;packet_id++）{
start=start_time[packet_id];
end=end_time[packet_id];
packet_duration=end-start;
#只把接收时间大于传送时间的记录列出来
if（start}
}
执行方法:
（$为shell的提示符号）
$awk-fmeasure-delay.awkout.tr
若是要把结果存到档案，可使用导向的方式。
（把结果存到cbr_delay档案中）
$awk-fmeasure-delay.awkout.tr>cbr_delay
执行结果:
0.1000000.038706
0.1080000.038706
0.1160000.038706
0.1240000.038706
0.1320000.038706
………………………
[Jitter]
Jitter就是延迟时间变化量delayvariance，由于网络的状态随时都在变化，有时候流量大，有时候流量小，当流量大的时候，许多封包就必需在节点的队列中等待被传送，因此每个封包从传送端到目的地端的时间不一定会相同，而这个不同的差异就是所谓的Jitter。
Jitter越大，则表示网络越不稳定。
笔者把量测CBRflow的Jitter的awk写在档案measure-jitter.awk内。
BEGIN{
#程序初始化
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=$12;
#判断是否为n2传送到n3，且封包型态为cbr，动作为接受封包
if（node_1==2&&node_2==3&&type=="cbr"&&action=="r"）{
#求出目前封包的序号和上次成功接收的序号差值
dif=seq_no-old_seq_no;
#处理第一个接收封包
if（dif==0）
dif=1;
#求出jitter
jitter[i]=（time-old_time）/dif;
seq[i]=seq_no;
i=i+1;
old_seq_no=seq_no;
old_time=time;
}
}
END{
for（j=1;jprintf（"%d\t%f\n",seq[j],jitter[j]）;
}
执行方法:
（$为shell的提示符号）
$awk-fmeasure-jitter.awkout.tr
若是要把结果存到档案，可使用导向的方式。
（把结果存到cbr_jitter档案中）
$awk-fmeasure-jitter.awkout.tr>cbr_jitter
执行结果:
10.008000
20.008000
30.008000
40.008000
……………………
[另一种计算Jitter的方法---更精确的方式]
#================================================================================
#NormalJitter.awk
#Versionnow:
0.1
#LastModifiedDate:
2004-10-23,19:
39:
54
#==Usage==
#awk-fNormalJitter.awkout.tr
#==ProgramedBy==
#查辉（ZHAHUI）,Wuhan,China,Email:
zhahuiAT
#==Description==
#本awk程序给出了另外一种jitter的计算方法，这种方法中jitter的计算是基于以下公式:
#jitter＝（（recvtime（j）-sendtime（j））-（recvtime（i）-sendtime（i）））/（j-i）,其中j>i。
#==Attention==
#NormalJitter.awk中关于jitter的计算完全基于柯志亨博士的measure-delay.awk程序中delay的
#计算。
而measure-delay.awk在柯博士网页中的ns2模拟例子中是正确的，但是对于不同的例子需要根
#据情况进行一定的修改，并可能需要加入某些鲁棒性处理代码（例如对于第一个包的处理，对于丢包的处
#理等）。
#==Reference==
#http:
//140.116.72.80/~smallko/ns2/ns2.htm
#==Feedback==
#如有任何关于本程序jitter计算的问题，请致信
#柯志亨（ChihHeng,Ke）博士smallko2001AT.tw或者与本人联系。
#==Acknowledgements==
#Dr.ChihHeng,Keprovidedvaluabledocumentsandawkfilesuponmyrequests.
#================================================================================
BEGIN{
#程序初始化，设定一变量以记录目前最高处理封包的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;
#记录目前最高的packetID
if（packet_id>highest_packet_id）{
highest_packet_id=packet_id;
}
#记录封包的传送时间
if（start_time[packet_id]==0）{
#记录下包的seq_no--ZHA
pkt_seqno[packet_id]=seq_no;
start_time[packet_id]=time;
}
#记录CBR（flow_id=2）的接收时间
if（flow_id==2&&action!
="d"）{
if（action=="r"）{
end_time[packet_id]=
升级会员 