摘? 要: 介紹網(wǎng)絡(luò)仿真的免費軟件ns2的概況，對利用ns2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>的輸入、結(jié)構(gòu)的定義、運行仿真、動態(tài)觀察仿真過程、仿真數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了分析，同時用一個例子對仿真過程進(jìn)行了說明。
關(guān)鍵詞: 網(wǎng)絡(luò)仿真? 免費軟件
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網(wǎng)絡(luò)仿真軟件是網(wǎng)絡(luò)性能理論分析、評估網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案以及網(wǎng)絡(luò)故障診斷的有力工具。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計階段，對于規(guī)模稍大的互連網(wǎng)絡(luò)目前還沒有哪個理論能夠?qū)ζ溥M(jìn)行較精確的分析，一般都是依靠仿真的方法對設(shè)計方案進(jìn)行評估，這對于減少投資風(fēng)險，降低網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)費用等都有著巨大的好處[1]。在網(wǎng)絡(luò)仿真軟件中，比較有名的有MIL3公司的OPNET軟件、Cadence公司的VCC軟件，這些軟件一般的價格都在20～30萬美元左右，每年還需要幾萬美元的服務(wù)費，對于研究單位、學(xué)校甚至大型的公司來講都是一筆巨大的投資。除了上面的商業(yè)軟件，在網(wǎng)絡(luò)仿真領(lǐng)域還有一些免費軟件，這里面比較有名的就是VINT的ns2軟件。
1 ns2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件簡介
Network Simulator 仿真軟件是位于美國加州的 Lawrence Berkeley國家實驗室于1989年開始開發(fā)的軟件，簡稱ns軟件。ns是一種可擴(kuò)展、易配置和編程的事件驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)仿真工具。ns 從S. Keshav＇s REAL 仿真器發(fā)展而來。目前ns 正在Virtual InterNetwork Testbed (VINT)項目的支持下由南加州大學(xué)、施樂公司、加州大學(xué)與Lawrence Berkeley國家實驗室協(xié)作發(fā)展ns軟件。目前最高版本為ns2。
ns所用仿真語言是Tool Command Language(tcl)語言的一個擴(kuò)展，tcl語言是一種簡單的腳本語言，它的解釋器可與任何C語言相鏈接，tcl最強大的功能是它的X工具包(tk)，該工具包可以讓用戶開發(fā)具有圖形用戶界面的腳本，仿真通過tcl語言進(jìn)行定義[2]。利用ns命令編寫腳本來定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配置網(wǎng)絡(luò)信息流量的產(chǎn)生和接收以及收集統(tǒng)計信息。軟件配有仿真過程動態(tài)觀察器，可以在仿真運行結(jié)束后，動態(tài)查看仿真的運行過程，觀察跟蹤數(shù)據(jù)。軟件還有圖形顯示器，顯示從仿真中得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，直觀而清晰。
目前ns2主要基于UNIX平臺，需要tcl-8.0.5、tk-8.0.5、otcl-1.0a4、tclcl-1.0b8和ns-2.1b6的支持。如果基于Windows98平臺，還需要Perl(Practical Extraction and Report Language)以及Cygwin(Ports of the pupular GNU development)支持，但在Windows98平臺下軟件可能會不穩(wěn)定。
ns2仿真軟件主要支持下面一些已完成測試的協(xié)議:HTTP、telnet業(yè)務(wù)流、ftp業(yè)務(wù)流、CBR業(yè)務(wù)流、On/Off業(yè)務(wù)流、UDP、TCP、RTP、SRM、算法路由、分級路由、廣播路由、多播路由、靜態(tài)路由、動態(tài)路由、CSMA/CD MAC層協(xié)議等[3]。
下面將結(jié)合基于Linux平臺上的ns2軟件，對5節(jié)點星型拓?fù)錆M足UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)仿真進(jìn)行說明。ns2所有相關(guān)文件可以在位于www.isi.edu/nsnam/ns的網(wǎng)址上找到。
2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼敖Y(jié)構(gòu)的定義
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎?個節(jié)點的星型結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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下面利用tcl語言對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行定義如下:
set n0 [＄ns node]?
set n1 [＄ns node]?
set n2 [＄ns node]?
set n3 [＄ns node]?
set n4 [＄ns node]
＄ns duplex-link ＄n0 ＄n3 1Mb 100ms DropTail?
＄ns duplex-link ＄n1 ＄n3 1Mb 100ms DropTail?
＄ns duplex-link ＄n2 ＄n3 1Mb 100ms DropTail?
＄ns duplex-link ＄n3 ＄n4 1Mb 100ms DropTail?
前4行設(shè)置了從n0到n4的4個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，后4行分別定義了從n0、n1、n2到n3以及n3到n4的網(wǎng)絡(luò)鏈路，鏈路設(shè)置均相同，都為1Mbit/s，延遲100ms，丟棄超出信道容量的數(shù)據(jù)。定義完基本的節(jié)點和鏈路后，對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)源和應(yīng)用的協(xié)議進(jìn)行定義，由于需要定義的節(jié)點較多，采用子程序的方法。網(wǎng)絡(luò)的信源采用On/Off指數(shù)分布隨機信源，協(xié)議采用UDP無連接協(xié)議，具體程序腳本如下:
proc attach-expoo-traffic { node sink size burst idle rate }
? {
?????? #Get an instance of the simulator
?????? set ns [Simulator instance]
?????? #Create a UDP agent and attach it to the node
?????? set source [new Agent/CBR/UDP]
?????? ＄ns attach-agent ＄node ＄source
?????? #Create an Expoo traffic agent and set its?configuration parameters
?????? set traffic [new Traffic/Expoo]
?????? ＄traffic set packet-size ＄size
?????? ＄traffic set burst-time ＄burst
?????? ＄traffic set idle-time ＄idle
?????? ＄traffic set rate ＄rate
?????? #Attach the traffic agent to the traffic source
?????? ＄source attach-traffic ＄traffic
?????? #Connect the source and the sink
?????? ＄ns connect ＄source ＄sink
?????? return ＄source
}
子程序首先設(shè)置ns作為仿真器，然后創(chuàng)建一個UDP協(xié)議并把這個協(xié)議附加到節(jié)點上，之后創(chuàng)建一個開關(guān)時間滿足指數(shù)分布的On/Off隨機信源，設(shè)置信源的包大小、開關(guān)時間、峰值速率參數(shù)，并將信源綁定到UDP協(xié)議上，最后指出信息流的源地址和目的地址。
仿真模型定義完成后，在腳本程序中設(shè)置仿真的開始時間和結(jié)束時間，以及通過編寫腳本將仿真中需要記錄的數(shù)據(jù)寫入文本文件。這樣，仿真模型的整個腳本就完成了，下面我們就可以運行仿真，以及觀察仿真的結(jié)果。
3 運行仿真并動態(tài)觀察仿真過程
ns2軟件的仿真運行比較簡單，采用后臺方式，只需要在命令行中輸入如下命令即可:
ns? 腳本程序名.tcl
仿真運行結(jié)束后，我們可以利用仿真動態(tài)觀察器nam軟件查看仿真過程，運行如下命令:
nam out.nam
觀察器啟動后，我們可以看到一個圖形界面如圖2所示。通過觀察器按鈕，我們可以正向播放、反向播放、快速前進(jìn)、快速后退、停止仿真動畫的播放。我們也可以給網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)陌由蠘?biāo)記，動態(tài)觀察包的傳遞過程。在觀察器的右上角設(shè)置有步長設(shè)置滑塊，用來設(shè)置仿真演示的速度。利用該工具大大方便了對網(wǎng)路運行情況的理解與觀察。
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4 仿真數(shù)據(jù)處理
利用仿真過程中記錄的數(shù)據(jù)和xgraph軟件，我們可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化的分析。在此例中我們可以顯示節(jié)點n0、n1、n2分別到n4的信息流量圖，峰值速率分別為我們所設(shè)定的值。我們也可以利用仿真形成的數(shù)據(jù)文件，根據(jù)需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
從上面的整個仿真過程來看，ns2免費網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真軟件具有功能完整，使用較方便，支持較多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特點，但利用腳本來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型稍顯煩瑣。
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參考文獻(xiàn)
1 逯昭義，王思明. 計算機通信網(wǎng)信息量理論. 電子工業(yè)出版社.1997
2 John K. Ousterhout.Tcl and Tk Toolkit. Addison Wesley. 1994
3 Lee Breslau， Deborah Estrin etc. Advances in Network?Simulation.IEEE Computer 2000(5)