NS2简单又经典的入门教程.docx
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NS2简单又经典的入门教程
NS2简单又经典的入门教程
NS2网络仿真2010-07-1022:
06:
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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){
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