网络仿真器 NS2 剖析 Network Simulator V2

1. 网络仿真器NS2剖析Network Simulator V2 ——功能、使用及源代码 指导老师：华蓓 答辩人：黄瑾瑜

2. 一、背景 • 二、NS各模块及功能 • 三、运行环境 • 四、NS使用 • 五、NS主代码简析——基类 • 六、NS主代码简析——功能模块 • 七、扩展方法

3. 一、背景 • 局域网仿真是局域网设计的重要环节，也是网络性能分析的关键 • 需要一个与操作系统无关的平台，它可以屏蔽掉对操作系统的实际的访问，且能近乎真实地模拟网络环境，让我们可以在各个层次上模拟网络的运行 • UC Berkeley改进过的NS2

4. 二、运行环境 • 平台：Windows、Linux、Unix、machitosh，还要求系统装有C++编译器 • 两种语言：C++、OTcl，

5. 三、NS2主要模块及功能

6. NS2包含的几个小工具 • Nam • Xgraph • 拓扑图生成器：Gt-itm • 节点移动生成器：Setdest • 传输事件生成器：cbrgen.tcl tcpgen.tcl

7. Nam与Xgraph • 图形显示工具 • Nam <filename.out>：动态显示网络仿真过程。如：包的传输等等 • Xgraph <filename.tr>：显示仿真过程的数值特征。如：流量/时间图等

8. 四、NS2的使用 • 命令行方式：敲入一个命令，返回一个结果 输入命令： ％/ns-version 返回版本号： ns /2.0a12 • 脚本方式：指定一个脚本文件（*.tcl文件），让NS执行 输入命令： ％/ns <example.tcl>

9. 脚本的写法

11. 五、主代码简析——基类 • Tcl类：C++代码与Tcl代码之间的接口 • TclObject类：所有仿真对象的基类 • TclClass类：定义了解释类的类层次，并允许用户实例化TclObject，与TclObject一一对应 • TclCommand类：封装了C++代码和Tcl代码相互调用命令的方法 • EmbeddedTcl类：封装了装载更高级别的内置命令的方法 • InstVar类：访问C++成员变量，如Otcl变量方法

12. Tcl类 • 获得访问Tcl实例的入口 • 通过解释器调用Otcl过程 • 与解释器交换结果 • 报告出错状况，并以统一方式退出 • 存储、查找TclObject类对象 • 取解释器的句柄

13. TclObject类 TclObject类封装了网络实体 • 生成和释放“ 对象对” • 变量的绑定（bindding） • 变量的跟踪（Trace） • 命令方法的定义和调用 • 流程图

15. TclClass类 • 定义了解释类的类层次，并允许用户实例化TclObject，与TclObject一一对应。 • 类TclClass是一个纯虚类，从它派生的子类需实现两个成员函数：其一是构造函数，构造解释类层次来镜像编译类层次；其二是生成函数，生成与之相对应的TclObjects对象 。 • 流程图

17. TclCommand类 • 类TclCommond的作用就在为解释器提供全局命令 • 由TclCommand的定义知道，它是一个虚基类，必须派生子类，才能工作。 • 例子，派生类MyCommand，它的命令名为say。

19. EmbededTcl类 • 用户对通过对文件~tclcl/tcl-object.tcl进行修改，或是修改、增加tcl/lib的文件来对ns进行扩展。 • 对于新文件的装载是由类EmbeddedTcl的对象来完成的。 • Tcl脚本其实就是由char类型数据组成的文本文件，所以类Embedded的构造函数可以用char*型指针指向脚本代码，并将此指针值赋与成员变量 code_。

20. InstVar类 • 类InstVar定义了实现绑定机制的方法： 隐式，当创建新解释对象时，构造函数创建与其对应的编译对象，编译对象的构造函数将它的成员变量与解释对象的实例变量绑定； 显式，定义一个实现绑定变量的命令，然后通过方法cmd调用。 • 基类InstVar派生五个子类：InstVarReal，InstVarTime，InstVarBandwidth，InstVarInt，InstVarBool。分别用来绑定real型，time型，bandwidth型，integer型，和boolean型变量。

21. 六、主代码简析——功能模块 • NS对网络实体的仿真和各种功能模块都封装在派生类中。 • 重要的派生类有simulator、node、link、 LAN等等。

22. Class simulator • 仿真器类是一个解释类，没有相应的编译类。但仿真器类是由许多更小的类构成的，这些类有相应的编译类。 • 它封装了节点、链路、代理、数据包格式等。 • 从ns外部看来，整个仿真过程可以看成对仿真器类对象的操作。因此，我们的工作从创建一个仿真器的实例对象开始，之后，通过这个仿真器调用各种方法生成节点，进而构造拓扑图，对仿真的各个方面进行配置，定义事件，然后，根据定义的事件，模拟整个网络活动的过程。

23. Class node

25. Class classifier • Base classifier是一虚基类 • address classifier：支持独播，通过位移和掩码将包的目的地址转化成槽的号码。 • multicast classifier：保持一个哈希链表，匹配地址对，取到槽的号码。如为未知地址对，则加入表中。 • multipath classifier：支持等价多路转发。 • hash classifier：使用哈希表，将包分发给“流”。 • replicator：拷贝数据包，转发给表中的所有对象，支持广播

26. Class link • 由Connecter、Quere、Delay • 一个简单的链路对象是由一些连接器(connector)组成的。 • 由Connecter、Quere、Delay

28. Class Quere • drop-tail：FIFO队列 • FQ：公平队列 • SFQ：实现随机公平队列 • DRR（deficit round robin）：不同流之间调度 • CBQ：实现了基于类的队列 • CBQ/WRR：是CBQ的子类，实现了同一优先级上不同的类间的带权的循环调度。

29. Agent • Agent可以在不同层上实现各种协议。对某些协议（如UDP），包的大小、发送时间取决于应用程序，而对另一些较低层的协议，以上参数取决于agent本身。  • Agent可用Otcl语句创建，其内部状态可以用Tcl的set命令修改。 • 注：某些agent的状态变量只存在于Otcl，用C++代码不可访问。

30. 数据包 • 类Packet是仿真对象间交换数据的基础单元，它提供了足够的信息，可以将一个包联入一个列表，可以查询数据包头缓冲，可以查询包数据缓冲。不同的协议采用不同的数据包格式，因此报头会不一样。要引入新的数据报头，需要根据数据包的格式定义一个C++结构，定义一个静态类来提供与Otcl的连接，然后修改仿真器的初始化代码。

31. 区别服务 • 区别服务（Differentiated Services），简称DiffServ，通过标注包的类型，并对不同的包采取不同的处理，实现了IP QoS。 • Diffserv 模块分三个主要子模块：policy，edge router，core router。

32. 局域网 • 局域网(LAN)与那些由多条点－点链简单构成网络大不一样，有共享、竞争等特性。为了模仿真正的LAN，ns又定义了新的节点——LanNode。

34. 其他 • NS还实现了其他的模型，如、卫星网络模型、无线传播模型 、能量模型

35. 七、简单的扩展 • 扩展ns最简单的方法是在~tclcl/tcl-object.tcl中加入Otcl代码，或在目录~ns/tcl/lib下加入新Tcl脚本。 • 若是在~ns/tcl/lib下加入新脚本，则必须在~ns/tcl/lib/ns-lib.tcl中加入对脚本的引用，语句为： source tcl/<filemame> • 在启动ns时，~ns/tcl/lib/ns-lib.tcl自动引用这个新脚本，类似于C程序中的“＃include “filename” ”

36. 进一步扩展 • 首先，将脚本转为类EmbeddedTcl对象： tclsh bin/tcl-expand.tcl tcl/lib/ns-lib.tcl | \ ../Tcl/tcl2c++ et_ns_lib > gen/ns_tclsh.cc • ~ns/ns_tclsh.cc中的Tcl_AppInit函数通过Tcl::Init()调用~ns/tcl/lib/ns-lib.tcl，实现装载的语句是： et_ns_lib.load();