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

• 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

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

二、运行环境 • 平台： Windows 、 Linux 、 Unix 、 mac

hitosh ，还要求系统装有 C++ 编译器 • 两种语言： C++ 、 OTcl ，

三、 NS2 主要模块及功能

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

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

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>

脚本的写法

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

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

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

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

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 。

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 cha

r* 型指针指向脚本代码，并将此指针值赋与成员变量 code_ 。

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 c

md 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， i

nteger 型，和 boolean 型变量。

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。

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。

Class node

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

Class link

• 由 Connecter 、 Quere 、 Delay• 一个简单的链路对象是由一些连接器 (co

nnector) 组成的。• 由 Connecter 、 Quere 、 Delay

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。

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。

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。

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 Qo

S 。• Diffserv 模块分三个主要子模块： policy ，

edge router ， core router 。

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 。

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

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” ”

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();