NS2使用1.docx

1、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-End Delay、Jitter、Packet Loss、和Throughput。而

2、采用的方法是去分析traffic trace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，traffic trace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，

3、和节点n1到节点n2之间的网络频宽(bandwidth)是2Mbps，延迟时间(propagation delay)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DropTail queue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TCP agent产生”tcp”来发送TCP的封包；在目的地端n3使用TCPsink agent产生”sink

4、”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-2.27ns-2.27tcllib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(Constant Bit Rate，CBR)，CBR应用程序是架构在UDP之上，因此必需在n1使用UDP agent来产生”udp”用来发送UDP封包

5、，在n3上使用Null agent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。Simulation TopologyTcl Script# 产生一个仿真的对象set ns new Simulator#针对不同的数据流定义不同的颜色，这是要给NAM用的$ns color 1 Blue$ns color 2 Red#开启一个NAM trace fileset nf open out.nam w$ns namtrac

6、e-all $nf#开启一个trace file，用来记录封包传送的过程set nd open out.tr w$ns trace-all $nd#定义一个结束的程序proc finish global ns nf nd $ns flush-trace close $nf close $nd #以背景执行的方式去执行NAM exec nam out.nam & exit 0#产生四个网络节点set n0 $ns nodeset n1 $ns nodeset n2 $ns nodeset n3 $ns node#把节点连接起来$ns duplex-link $n0 $n2 2Mb 10ms Dr

7、opTail$ns duplex-link $n1 $n2 2Mb 10ms DropTail$ns duplex-link $n2 $n3 1.7Mb 20ms DropTail#设定ns2到n3之间的Queue Size为10个封包大小$ns queue-limit $n2 $n3 10#设定节点的位置，这是要给NAM用的$ns duplex-link-op $n0 $n2 orient right-down$ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up$ns duplex-link-op $n2 $n3 orient right#观测n2到n3之间q

8、ueue的变化，这是要给NAM用的$ns duplex-link-op $n2 $n3 queuePos 0.5#建立一条TCP的联机set tcp new Agent/TCP$tcp set class_ 2$ns attach-agent $n0 $tcpset sink new Agent/TCPSink$ns attach-agent $n3 $sink$ns connect $tcp $sink#在NAM中，TCP的联机会以蓝色表示$tcp set fid_ 1#在TCP联机之上建立FTP应用程序set ftp new Application/FTP$ftp attach-agent

9、 $tcp$ftp set type_ FTP#建立一条UDP的联机set udp new Agent/UDP$ns attach-agent $n1 $udpset null new Agent/Null$ns attach-agent $n3 $null$ns connect $udp $null#在NAM中，UDP的联机会以红色表示$udp set fid_ 2#在UDP联机之上建立CBR应用程序set cbr new Application/Traffic/CBR$cbr attach-agent $udp$cbr set type_ CBR$cbr set packet_size_

10、1000$cbr set rate_ 1mb$cbr set random_ false#设定FTP和CBR数据传送开始和结束时间$ns at 0.1 $cbr start$ns at 1.0 $ftp start$ns at 4.0 $ftp stop$ns at 4.5 $cbr stop#结束TCP的联机(不一定需要写下面的程序代码来实际结束联机)$ns at 4.5 $ns detach-agent $n0 $tcp ; $ns detach-agent $n3 $sink#在模拟环境中，5秒后去呼叫finish来结束模拟(这样要注意模拟环境中#的5秒并不一定等于实际模拟的时间$ns

11、at 5.0 finish#执行模拟$ns run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。 0.1 1 2 cbr 1000 - 2 1.0 3.1 0 0 0.1 1 2 cbr 1000 - 2 1.0 3.1 0 0

12、 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 1r 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 2r 0.122 1 2 cbr 1000 - 2 1.0 3.1 1 1 0.122 2 3 cbr 100

13、0 - 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from node到to node)；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(port number)；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trace file

14、的第一笔为例，意思就是说有一个封包pakcet id为0，资料流id为2，序号为0，长度为1000 bytes，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trace file，以得到Throughput、Delay、Jitter、和Loss Rate。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(Associative

15、Array)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trace file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trace file为例，awk读入的第一笔资料列为

16、” 0.1 1 2 cbr 1000 - 2 1.0 3.1 0 0”第二笔资料列为 “ 0.1 1 2 cbr 1000 - 2 1.0 3.1 0 0”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” 0.1 1 2 cbr 1000 - 2 1.0 3.1 0 0”为例，一二三四五六七八九十十一十二0.112cbr1000-21.03.100一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

17、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3x = 5 用来判断变量x是否等于5awk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T

18、rue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-End Delay笔者把

19、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packet ID if (

20、packet_id highest_packet_id ) highest_packet_id = packet_id;#记录封包的传送时间 if ( start_timepacket_id = 0 ) start_timepacket_id = time;#记录CBR (flow_id=2) 的接收时间 if ( flow_id = 2 & action != d ) if ( action = r ) end_timepacket_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_timepacket_id =

21、 -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_timepacket_id; end = end_timepacket_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 cbr_delay执行结果:0.100000 0.0387060.108000 0.0387060.116000 0.0387060.124000 0.0387

22、060.132000 0.038706JitterJitter就是延迟时间变化量delay variance，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CBR flow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 =

23、$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 jitteri=(time-old_time)/

24、dif; seqi=seq_no; i=i+1; old_seq_no=seq_no; old_time=time; END for (j=1; j cbr_jitter执行结果:1 0.0080002 0.0080003 0.0080004 0.008000另一种计算Jitter的方法-更精确的方式# =# NormalJitter.awk# Version now: 0.1# Last Modified Date: 2004-10-23,19:39:54# = Usage =# awk -f NormalJitter.awk out.tr# = Programed By =# 查辉(ZHA

25、 HUI), Wuhan, China, Email: zhahui AT # = 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 ji 。# = 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

26、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 smallko2001 AT .tw 或者与本人联系。# = Acknowledgements =# Dr. ChihHeng, Ke provided valuable documents and awk files up

27、on my requests.# =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packet ID if ( packet_id highest_packet_id ) highest_packet_id = packet_id; #记录封包的传送时间 if ( start_timepacket_id = 0 ) # 记录下包的seq_no - ZHA pkt_seqnopacket_id = seq_no; start_timepacket_id = time; #记录CBR (flow_id=2) 的接收时间 if ( flow_id = 2 & action != d ) if ( action = r ) end_timepacket_id =