ns-3_ Day 1

一些概念

在Day0中，通过ns-3提供的 first.cc 我们了解了几个仿真过程中涉及的概念。ns-3的主体概念有下列5个：

1. node 在网络模拟中，实际上就是“terminal/host”的概念。
2. application 需要被仿真的用户程序，这也是开发的主要部分。
3. channel 网络中数据流流过的媒介，连接各个节点。
4. net_device node需要安装net_device才能参与网络连接
5. topology_helper 建立每种网络的拓扑结构时有对应的helper辅助

除此之外，对于一个仿真系统来说，数据的收集和统计也是核心的功能，对此ns-3有以下系统：

• Logging 在 fitst.cc 中可以看到几处 LogComponent 的设置，设置后会在运行时给出log信息，帮助调试脚本和分析网络运行。
• 命令行 在 first.cc 中还可以看到 CommandLine，通过这个类可以解析命令行参数。
• Tracing 收集过程数据主要依靠的就是Tracing系统，这个机制嵌入到topology_helper中，直接使用即可
  • ASCII Tracing 产生ASCII格式的文档
  • PCAP Tracing 产生 .pcap 后缀的文件，可以被诸如 Wireshark 的软件解析。

另一个仿真脚本

下面是一个比 Day0 中复杂一些的脚本，位于：

examples/tutorial/second.cc

#include "ns3/core-module.h"
#include "ns3/network-module.h"
#include "ns3/csma-module.h"
#include "ns3/internet-module.h"
#include "ns3/point-to-point-module.h"
#include "ns3/applications-module.h"
#include "ns3/ipv4-global-routing-helper.h"

using namespace ns3;

NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("SecondScriptExample");

int 
main (int argc, char *argv[])
{
	// 决定是否开启2个UdpApplication的Logging组件
  bool verbose = true;
	// LAN中还有3个node
  uint32_t nCsma = 3;

  CommandLine cmd (__FILE__);
  cmd.AddValue ("nCsma", "Number of \"extra\" CSMA nodes/devices", nCsma);
  cmd.AddValue ("verbose", "Tell echo applications to log if true", verbose);

  cmd.Parse (argc,argv);

  if (verbose)
    {
      LogComponentEnable ("UdpEchoClientApplication", LOG_LEVEL_INFO);
      LogComponentEnable ("UdpEchoServerApplication", LOG_LEVEL_INFO);
    }

  nCsma = nCsma == 0 ? 1 : nCsma;

	// 先创建网络结构中的P2P部分
  NodeContainer p2pNodes;
  p2pNodes.Create (2);
	// 再创建网络结构中的CSMA部分
  NodeContainer csmaNodes;
  csmaNodes.Add (p2pNodes.Get (1));
  csmaNodes.Create (nCsma);

  PointToPointHelper pointToPoint;
  pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
  pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));

  NetDeviceContainer p2pDevices;
  p2pDevices = pointToPoint.Install (p2pNodes);

  CsmaHelper csma;
  csma.SetChannelAttribute ("DataRate", StringValue ("100Mbps"));
  csma.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (NanoSeconds (6560)));

  NetDeviceContainer csmaDevices;
  csmaDevices = csma.Install (csmaNodes);

  InternetStackHelper stack;
  stack.Install (p2pNodes.Get (0));
  stack.Install (csmaNodes);

  Ipv4AddressHelper address;
  address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
  Ipv4InterfaceContainer p2pInterfaces;
  p2pInterfaces = address.Assign (p2pDevices);

  address.SetBase ("10.1.2.0", "255.255.255.0");
  Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces;
  csmaInterfaces = address.Assign (csmaDevices);
	
	// 至此网络结构搭建完成，开始安装应用

  UdpEchoServerHelper echoServer (9);
	// 把server应用安装在CSMA网段的“最后”一个节点上
  ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (csmaNodes.Get (nCsma));
  serverApps.Start (Seconds (1.0));
  serverApps.Stop (Seconds (10.0));

  UdpEchoClientHelper echoClient (csmaInterfaces.GetAddress (nCsma), 9);
  echoClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (1));
  echoClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1.0)));
  echoClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));

	// 最后的c-s过程发生在P2P网段和CSMA网段的2个node上
  ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (p2pNodes.Get (0));
  clientApps.Start (Seconds (2.0));
  clientApps.Stop (Seconds (10.0));

	// 全局路由管理器根据节点产生的链路报告为每个节点建立路由表
  Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables ();

	// 开启pcap tracing
  pointToPoint.EnablePcapAll ("second");
  csma.EnablePcap ("second", csmaDevices.Get (1), true);

  Simulator::Run ();
  Simulator::Destroy ();
  return 0;
}

这个脚本的工作流程大致如下：

       10.1.1.0
 n0 -------------- n1   n2   n3   n4
    point-to-point  |    |    |    |
                    ================
                      LAN 10.1.2.0

1. n0发出packet，经 10.1.1.0 网段送达n1
2. packet在n1的CSMA接口发出，这里需要ARP协议找到n4的MAC地址
3. n1会在CSMA上广播寻找指定IP地址的设备，n4作出正面应答
4. 同理，n4要想回发echo packet时（它知道n0不在CSMA上，因为初始化了全局路由），也先广播获知n1的MAC，先从CSMA发给n1再从P2P网络发送给n0。