Tài liệu Tìm hiểu ns2 và demo

Trường đại học Khoa Học Khoa công nghệ thông tin BÀI TẬP TIỂU LUẬN Đề tài:tìm hiểu ns2 và demo Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:ĐỒNG HỮU NGỌC HUY MỤC LỤC MỤC LỤC...........................................................................................................................1 A.GIỚI THIỆU VỀ NS2:.....................................................................................................2 I.GIỚI THIỆU VỀ NS:........................................................................................................2 II.CÀI ĐẶT NS2:.................................................................................................................3 1.Cài trên windowns:......................................................................................................3 2.Cài ns-2 trên ubuntu:.....................................................................................................4 III.TÌM HIỂU VỀ NS2:.......................................................................................................4 1.KHỞI TẠO VÀ KẾT THÚC:.......................................................................................4 2.TẠO NÚT MẠNG:.......................................................................................................5 3.TẠO LIÊN KẾT CÁC NÚT MẠNG:...........................................................................6 a.Liên kết đơn công :....................................................................................................6 b.Liên kết song cong:...................................................................................................6 c.Làm đứt liên kết giữa 2 nút:..........................................................................................6 4.CÁC TÁC NHÂN-AGNET TRONG NS2:.................................................................6 a.khái niệm Agnet:.......................................................................................................6 b.Agent UDP:...............................................................................................................7 c.Agnet TCP:................................................................................................................7 4.LỚP ỨNG DỤNG TRONG NS2:.................................................................................8 a.Lớp Application: ......................................................................................................8 b.Phân loại ứng dụng:..................................................................................................8 c.Ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng:.......................................................................9 d.Ứng dụng giả lập mạng:..........................................................................................10 6.LẬP LỊCH SỰ KIỆN:.................................................................................................10 7.HIỂN THỊ DÙNG NAM:...........................................................................................10 8.LIÊN KẾT LỖI:..........................................................................................................10 IV.CÁC PHẦN MỀM KẾT HỢP VỚI NS-2:..................................................................11 1.NAM...........................................................................................................................11 2. TRACEGRAPH: .......................................................................................................12 B.PHẦN BÀI TẬP DEMO:...............................................................................................14 1 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY A.GIỚI THIỆU VỀ NS2: I.GIỚI THIỆU VỀ NS: • Ns là một phần mềm mô phỏng mạng điều khiển sự kiện riêng rẽ hướng đối tượng ,được viết bằng ngôn ngữ C++ va OTCL. • Trong đó, C++ dùng để xử lý dữ liệu, các thao tác về gói tin và Otcl được sử dụng để định dạng cấu hình mô phỏng, điều khiển mô phỏng. • Đây là lí do để hệ mô phỏng NS đạt hiệu quả. Để giảm bớt thời gian xử lý gói tin và những sự kiện trong mô phỏng, tất cả đều được thực hiện trên C++. • NS được sử dụng để mô phỏng LAN và WAN . • NS-2 được thiết kế để chạy trong môi trường Unix.Vì thế để chạy NS-2 trên windows ta cần Cygwin là phần mềm giả lập môi trường Unix trong Windows. • NS thực thi các giao thức mạng như Giao thức điều khiển truyền tải (TCP) và Giao thức gói người dùng (UDP); các dịch vụ nguồn lưu lượng như Giao thức truyền tập tin (FTP), Telnet, Web, Tốc độ bit cố định (CBR) và Tốc độ bit thay đổi (VBR) ; các kỹ thuật quản lý hàng đợi như Vào trước Ra trước (Drop Tail), Dò sớm ngẫu nhiễn (RED) và CBQ; các thuật toán định tuyến như Dijkstra… NS cũng thực thi multicasting và vài giao thức lớp Điều khiển truy cập đường truyền (MAC) đối với mô phỏng LAN. Tổng quan về ns2: Hình tổng quan ns2 dưới gốc độ người dùng • OTcl Script Kịch bản OTcl 2 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY • Simulation Program • OTcl tượng • NS Simulation Library • Event Scheduler Objects • Network Component Objects • Network Setup Helping Modules • Plumbling Modules • Simulation Results • Analysis • NAM Network Animator Chương trình Mô phòng Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối Thư viện Mô phỏng NS Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện Các đối tượng Thành phần Mạng Các mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng Các mô đun Plumbling Các kết quả Mô phỏng Phân tích Minh họa Mạng NAM II.CÀI ĐẶT NS2: 1.Cài trên windowns: B1: Quá trình chạy file này có những bước chọn sau: - Chọn Install local from Directory trong hộp thoại Chose Install Type. - Chọn thư mục mặc nhiên là C:\Cygwin và chọn All User và Unix/Binary trong hộp thoại Chose Installation Directory. - Hộp thoại Select local Package Directory chỉ định gói là đường dẫn đến thư mục ftp%3a%2f%2fftp.nctu.edu.tw%2fWindows%2fcygwin. - Trong hộp thoại Select Package chọn mục Currence và chọn All sao cho hiển thị Install. - Chương trình sẽ tự động cài đặt cho đến khi hoàn thành. Nên chọn Creat Icon on Desktop. Trên nền Desktop sẽ có biểu tượng của Cygwin. B2: Cài đặt NS-2. Bước này gồm các bước nhỏ sau: *b2.1: Double Click (Chạy file Cygwin) trên biểu tượng Cygwin trên Desktop (Bước này phải thực hiện. Khi file Cygwin chạy lần dầu sẽ khởi tạo thư mục có tên là tên của người sử dụng trong thư mục C:\Cygwin\home\. Nếu không chạy file Cygwin thì không có thư mục này. Màn hình làm việc giống màn hình DOS. *b2.2: Xả nén file ns-allinone-2.30.tar và chép thư mục ns-allinone-2.30 vào thư mục C:\Cygwin\home\ *b2.3: Trở lại màn hình của Cygwin (giống màn hình DOS), tại dấu mời có dạng gõ lệnh CD ns-allinone-2.30 để vào thư mục ns-allinone-2.30 3 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY tại dấu mời gõ lệnh: ./install chương trình se thực hiện cài đặt NS-2 cho đến khi hoàn thành Mở file BASHRC này (với chương trình Wordpad) trong thư mục C:\Cygwin\home\ và sửa lại như sau: export NS_HOME=/cygdrive/c/cygwin/home/tên người sử dụng/nsallinone-2.30 export PATH=$NS_HOME/tcl8.4.13/unix:$NS_HOME/tk8.4.13/unix: $NS_HOME/bin:$PATH export LD_LIBRARY_PATH=$NS_HOME/tcl8.4.13/unix: $NS_HOME/tk8.4.13/unix:$NS_HOME/otcl-1.12:$NS_HOME/lib: $LD_LIBRARY_PATH export TCL_LIBRARY=$NS_HOME/tcl8.4.13/library 2.Cài ns-2 trên ubuntu: • B1: Đầu tiên update cho apt-get : Lệnh code : sudo apt-get update sau khi update xong ta thực hiện lệnh : sudo apt-get install -f build-essential libxt-dev libxt6 libsm-dev libsm6 libice-dev libice6 libxmu-dev • B2: Giải nén ns-allinone-2.34 Code: tar -xzvf ns-allinone-2.34.tar.gz Thực hiện lênh sau để cài đặt. Code: ./install • B3: Cần chỉnh sửa thêm file /.bashrc như cài đặt trên windowns. Để mở file /.bashrc thực hiện lệnh sau. Code: gedit ~/.bashrc III.TÌM HIỂU VỀ NS2: 1.KHỞI TẠO VÀ KẾT THÚC: • Trong bộ công cụ giả lập ns-2,lớp quan trọng nhất là Simulator.Nó cung cấp các thủ tục giao tiếp để tạo,quản lý topology va lưu giữ các tham số cấu hình của các tham số cấu hình của các thành phần trong topology.Thông thường,các kịch bản giả lập thường bắt đầu bẳng việc giả lập,sau đó gọi các phương thức để tạo các node,topo và cấu hình cho các node,các liên kêt,ứng dụng.... • Cú pháp để khởi tạo một đối tượng Simulator như sau: Set tên_đối_tượng [new Simulator] 4 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY • Để có file đầu ra với dữ liệu mô phỏng (file bám vết ) hay các file sử dụng cho hiển thị (file nam) thì chúng ta cần tạo file này bằng cách sử dụng lệnh open như sau: #mở file bám vết Set tracefile1 [open out.tr w]//tao file bám vết tên là out.tr $ns trace-all $tracefile1 #mở file bám vết nam Set namfile [open out.nam w]//tạo file bám vết tên là out.nam $ns namtrace-all $namfile • Trong tập lệnh tcl,các file out.nam và out.tr không được gọi trực tiếp mà thông qua 1 tên biến tracefile1 và namfile . • Phương thức trace-all là tên của file mà các trace sẽ chạy. • Để kết thúc chương trình ta dùng hàm finish #định nghĩa 1 thủ tục `finish' Proc finish {} { glocal ns tracefile1 namfile $ns flush-trace close $tracefile1 close $namfile exe nam out.nam & exit 0 } • Để gọi thủ tục hàm finish ta dùng lệnh $ns at t “finish” ,trong đó t là thời điểm muốn gọi hàm finish tính bằng giây. • Để bắt đầu quá trình mô phỏng : $ns run. 2.TẠO NÚT MẠNG: a.tạo 1 node: cú pháp : set tên_node [$ns node] vd: set n0 [$ns node] • Một nút trong NS chứa ít nhất các thành phần sau: +Địa chỉ hoặc số ID,giá trị được khởi tạo bằng 0 và tuần tự tăng 1 đơn vị khi có 1 node mới được tạo. +Danh sách các node láng giềng của nó(neighbor_). +Danh sách các Agent (agent_). +Loại node(nodetype_). +Module định tuyến của node. 5 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY 3.TẠO LIÊN KẾT CÁC NÚT MẠNG: Trong ns2 có 2 loại liên kết các node: +liên kết đơn công(simple link) +liên kết song công(duplex-link) a.Liên kết đơn công : • là loại liên kết theo kiểu point-to-point giữa 2 nút mà chỉ có 1 node truyền và 1 node nhận.Cú pháp: $ns simplex-link <$node1> <$node2> • Trong đó: + bandwith:là băng thông. +delay:thời gian trễ giữa 2 lần. +queue_type:loại hàng đợi. b.Liên kết song cong: • là loại liên kết theo kiểu point-to-point giữa 2 nút nhưng mỗi node vừa truyền và nhận.Cú pháp: $ns duplex-link <$node1> <$node2> • Có các hàng đợi sau: +DropTail:loại bỏ gói tin cuối cùng +RED:loại bỏ sớm ngẫu nhiên. +FQ:sắp hàng đợi cân bằng.... c.Làm đứt liên kết giữa 2 nút: • cú pháp : $ns rtmodel-at 1.0 down $n(1) $n(2) $ns rtmodel-at 2.0 up $n(1) $n(2) • 2 dòng lệnh trên sẽ làm đứt kết nối giữa 2 nút 1 và 2,từ 1 giây đến 2 giây.sau đó kết nối lại được thiết lập. 4.CÁC TÁC NHÂN-AGNET TRONG NS2: a.khái niệm Agnet: • là giao thức ở tầng mạng hoặc ở tầng vận tải dùng để xử lý các gói tin khi node nhận được. Gồm các Agnet sau: Thẻ Agent gồm có các giao thức: Các TCP Agent nhận dữ liệu : • Agent / TCPSink • Agent / TCPSink / DelAck • Agent / TCPSink / Sack1 6 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY • Agent / Null Các TCP Agent truyền dữ liệu • Agent / TCP • Agent / TCP / Reno • Agent / TCP / Sack • Agent / TCP / Vegas • Agent / TCp / Fack • Agent/UDP b.Agent UDP: • là agent không hướng đối tượng tức là không cơ chế phát hiện gói tin bị mất khi truyền và truyền lại gói tin khi bị mất. • Tạo 1 đối tượng UDP: Set udp(int) [new agent/udp] • Kết nối agent udp cho node: $ns attach-agent <$node> <$agent> • Cài đặt ứng dụng cho agent: $traffic-gen attach-agent <$agent> Trong đó: traffic-gen:là tên ứng dụng,để tạo 1 ứng dụng cú pháp: Set traffic-gen [new application/traffic/traffic-gen] • Tạo kết nối giữa 2 agnet: $ns connect <$agnet1> <$agent2> • Cấu hình cho 1 agent UDP: $udp set packsize _ $udp set dst_addr_

$udp set dst_port_ $udp set class_ $udp set ttl_ c.Agnet TCP: Cấu hình TCP: set tcp [new Agent/TCP]//tạo ra biến con trỏ tcp cho tác nhân TCP set sink [new Agent/TCPSink]//định nghĩa nút TCP đích và gán nó cho biến con trỏ sink $ns attach-agent $n0 $tcp //định nghĩa nut nguồn kết nối TCP $ns attach-agent $n1 $tcp_sink//định nghĩa nút đích $ns connect $tcp $tcp_sink//kết nối TCP giữa các nút nguồn và đích 7 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY gồm 2 loại: +agnet 1 chiều. +agent 2 chiều. Agent một chiều là những agent chỉ đóng một trong hai vai trò hoặc là bên gởi hoặc là bên nhận. Trong khi đó, agent hai chiều là agent đóng cả hai vai trò vừa là bên nhận, vừa là bên gởi. • Một số tcp bên gửi:  Tcp reno:  TCP Newreno • Một số tcp bên nhận:  Tcp sink:nhiệm vụ trả về ACK,phát ra ACK cho mỗi lần packet nhận được. Kích thước của ACK có thể thay đổi được.Cấu hình: Agent/TCPSink set packetSize_ kich_thước  Tcp sink/delack:có thể gửi phản hồi ACK khi nhận được vài packet.Cấu hình : Agent/tcpsink/delack set interval_thời gian Trong đó:thời gian là thời gian chờ giữa hai lần truyền gói tin ACK. 4.LỚP ỨNG DỤNG TRONG NS2: a.Lớp Application: • Ứng dụng trong NS-2 được xây dựng bỡi lớp application được cài đặt trong phần nhân của NS-2. • Lớp Application cung cấp một số phương thức cơ bản cho quá trình hoạt động của một ứng dụng: send(), recv(), resume(), start(), stop(), một con trỏ trỏ đến giao thức ở tầng vận tải bên dưới mà nó kết nối. b.Phân loại ứng dụng: Trong ns-2 có 2 loại ứng dụng: • Ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng (Traffic Generator). • Ứng dụng giả lập mạng (Simulated Applications). 8 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY c.Ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng: Ứng dụng phát sinh lưu lượng mạng có thể chia làm ba loại: exponential, pareto và CBR. • Exponential: phát sinh lưu lượng mạng theo hai trạng thái ON/OFF. Ở trạng thái “ON”, các gói dữ liệu được phát sinh theo một tốc độ truyền không đổi. Ngược lại, trong trạng thái “OFF”, không phát sinh lưu lượng mạng. Các tham số cấu hình cho đối tượng: PacketSize_ : kích thước của gói dữ liệu. burst_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái ON. idle_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái OFF. rate_ : tốc độ gởi các gói dữ liệu. Cú pháp:$exponential set thamso • Pareto (Application/Traffic/Pareto): phát sinh lưu lượng mạng theo hai trạng thái ON, OFF. Các tham số cấu hình: PacketSize_ : kích thước của gói dữ liệu. burst_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái ON. idle_time_ : thời gian trung bình trong ở trạng thái OFF. rate_ : tốc độ gởi các gói dữ liệu Cú pháp:$pareto set thamso • Đối tượng CBR (Application/Traffic/CBR) dùng để phát sinh các gói dữ liệu theo một tốc độ bit không đổi. Các tham số cấu hình: PacketSize_ : kích thước của gói dữ liệu. rate_ : tốc độ truyền dữ liệu. interval_ : khoảng thời gian giữa hai lần truyền dữ liệu. random_ : phát sinh tín hiệu nhiễu một cách ngẫu nhiên. Giá trị mặc định là off. maxpkts_ : số packet lớn nhất được truyền đi. 9 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY Cú pháp:$cbr set thamso d.Ứng dụng giả lập mạng: • FTP:là ứng dụng dùng để truyền tải các file qua mạng. Các phương thức đã được cài đặt trong NS-2: attach-agent : gắn ứng dụng FTP lên agent vận tải. start : khởi động ứng dụng FTP. stop : ngừng ứng dụng. Tham số cấu hình: maxpkts : số gói dữ liệu lớn nhất được phát sinh ở bên gởi. • Telnet : dùng để phát sinh các gói dữ liệu theo một trong hai cách dựa vào biến interval_ . Mặc định , giá trị này bằng 0. 6.LẬP LỊCH SỰ KIỆN: • Ns2 là một mô phỏng dựa trên các tập sự kiện riêng lẻ,vì vậy cần lập lịch sự kiện bằng cú pháp sau: $ns at • Bộ lập lịch bắt đầu khi ta chạy ns :$ns run • Vd:$ns at 0.1 “$cbr start” $ns at 3 “$cbr stop” Thời gian hoạt động của cbr là 0.1 đến 3 đơn vị tính bằng giây. 7.HIỂN THỊ DÙNG NAM: • Thủ tục thiết lập vị trí của các nút mạng trong nam: $ns duplex-link-op $n0 $n2 orient right-down $ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up $ns simplex-link-op $n2 $n3 orient left $ns simplex-link-op $n3 $n2 orient right $ns duplex-link-op $n3 $n4 orient right-up $ns duplex-link-op $n3 $n5 orient right-down • Tô màu nút: $n0 color Red//tô đỏ nút n0 • Tô màu liên kết: $ns duplex-link-op $n0 $n2 color “tên màu” 8.LIÊN KẾT LỖI: • Liên kết lỗi là định tuyến đường đi khác khi tuyến đường cũ bị lỗi. • Cú pháp: $ns rtpeoto dv 10 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY Đặt câu lệnh trước các đối tượng được tạo ra. IV.CÁC PHẦN MỀM KẾT HỢP VỚI NS-2: 1.NAM a.Chạy nam:ở màn hinh lệnh gõ nam b.chức năng của NAM: • Cung cấp trình diễn ảo cho mạng đã được tạo • Có thể thi hành trực tiếp từ kịch bản Tcl • NAM có giao diện đồ hoạ bắt mắt của CD player với các điều khiển bao gồm play (chạy), stop (ngưng), fast forward (chạy tiếp nhanh), rw (lùi lại), pause (tạm ngưng), điều khiển tốc độ trình diễn và tính năng giám sát packet • Biểu diễn thông tin như throughput (thông lượng), số packet trên từng link • Cung cấp giao diện rê và thả cho việc tạo ra các topology (mô hình). c.sử dụng NAM: Thẻ • • • • • Agent gồm có các giao thức: Các TCP Agent nhận dữ liệu : Agent / TCPSink Agent / TCPSink / DelAck Agent / TCPSink / Sack1 Agent / Null 11 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY • • • • • • • Các TCP Agent truyền dữ liệu Agent / TCP Agent / TCP / Reno Agent / TCP / Sack Agent / TCP / Vegas Agent / TCp / Fack Agent/UDF Thẻ TRAFFIC SOURCE gồm các ứng dụng: • CBR • EXPONENTIAL • FTP • PARETO • TELNET Thẻ LOSS MODEL: • PERIODIC • UNIFORM 2. TRACEGRAPH: -TraceGraph là bộ phân tích file trace. Tracegraph chạy trong hệ điều hành Windows, Linux, Unix và yêu cầu hệ thống có cài đặt Matlab 6.0 (hoặc các phiên bản cao hơn). -gọi Tracegraph hỗ trợ các định dạng file trace như sau: • Wired (có dây) • Satellite (vệ tinh) • Wireless (không dây) a.chức năng của Tracegraph: • 238 đồ thị 2D (hai chiều) • 12 đồ thị 3D (ba chiều) • Các đồ thị và các thống kê về Delay (trì hoãn), jitter (độ rung pha), processing times (số lần xử lý), Round Trip Times (số lần khứ hồi), intermediate nodes (số node trung gian) và throughput (thông lượng) • Các đồ thị và các thống kê cho toàn network (mạng), link (liên kết) và node • Tất cả các kết quả có thể được lưu vào file dạng text (dạng văn bản), các đồ thị có thể lưu dưới dạng file jpeg hay tiff. 12 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY • Thông tin của trục x,y,z: minimum (giá trị nhỏ nhất), mean (giá trị trung bình), maximum (giá trị lớn nhất), standard deviation (độ lệch tiêu chuẩn) và median (số trung bình) • Nếu các đồ thị lưu trong file text thì trong file này có thể dựa vào thông tin 2 hay 3 cột để vẽ lại đồ thị. • Xử lý các file kịch bản để phân tích một cách tự động 13 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY Giao diện đồ họa người dùng Trace graph B.PHẦN BÀI TẬP DEMO: Mô tả bài toán: Cho mạng thông tin có cấu hình như hình.Nút s1 va s2 tương ứng tạo ra các nguồn lưu lượng tcp1 và tcp2 gửi gói tin đến nút d dựa trên giao thức truyền TCP.Các gói được phát sinh gói tại các nguồn này một các đều đặn với tốc độ tương ứng là 500 và 600 gói/s chiều dài gói là 1300byte.Nút s3 có nguồn lưu lượng UDP phát ra những gói gửi tới d3 với chiều dài là 1024byte/s,số lượng gói tuân theo phân bố poisson tốc đọ là 400 gói/s.Các hàng đợi gắn với các liên kết sử dụng cơ chế SFQ. 14 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY 1.viết kịch bản và chạy mô phỏng hệ thống thông tin nói trên trong khoảng thời gian 4 phút. 2.thu thập và vẽ đồ thị các số liệu khả thông và tỉ lệ mất gói của từng luồng từng luồng tại từng nút,kích thước hàng đợi trên các liên kết node_2-node_5,node _4-node_5 và node_3-node_4 ---------kết thúc--------CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY 15 ĐỒNG HỮU NGỌC HUY