网络协议模拟与分析

??协议模拟

?? 工具：NS2，awk，shell，perl等；

?? 要求：掌握NS2网络模拟的基本流程；

?? 内容：NS2网络模拟基本流程

编写TCL脚本，搭建如下图所示的一个网络，共6个节点，其中2、3节点用做ftp服务器和客户端，4、5节点用做cbr流量的源和目的，而0、1节点用做转发设备。各节点间的链路属性见图。

模拟时间设为13秒钟，在0.1秒开始产生cbr流量，在1.0秒开发发送发ftp流量；8.0秒ftp流量结束，12.0秒cbr流量结束。编写脚本（可用shell，awk，或perl等）分析模拟日志文件，统计每0.5s内0、1节点间链路通过的分组数以及字节数。

设计与实现

1.仿真脚本代码与详细注解?

 
 

#Create?a?simulator?object??#创建一个模拟器对象?
  
  
set?ns?[new?Simulator]??????#将模拟器对象赋值给变量ns?
  
  
?
  
  
#Define?different?colors?for?data?flows?(for?NAM)???#对不同的数据流定义不同?
  
  
$ns?color?1?Blue????????????????????????????????????#的颜色，是给NAM用的?
  
  
$ns?color?2?Red?
  
  
?
  
  
#Open?the?NAM?trace?file?
  
  
set?nf?[open?out.nam?w]?#打开一个nam文件，若存在则清空，若不存在则新建?
  
  
$ns?namtrace-all?$nf?
  
  
?
  
  
#Open?the?Trace?file?
  
  
set?tf?[open?out.tr?w]??#打开一个trace?file，方式同上。用来记录封包传送的过程?
  
  
$ns?trace-all?$tf?
  
  
?
  
  
#Define?a??'finish'?procedure???#定义一个finish过程?
  
  
proc?finish?{}?{?
  
  
????global?ns?nf?tf?
  
  
????$ns?flush-trace?
  
  
????close?$nf???????#关闭nam文件?
  
  
????close?$tf???????#关闭trace?文件?
  
  
????exec?nam?out.nam?&??#以后台方式执行nam?
  
  
????exit?0?
  
  
}?
  
  
?
  
  
#Create?four?nodes??????#创建六个节点?
  
  
set?n0?[$ns?node]?
  
  
set?n1?[$ns?node]?
  
  
set?n2?[$ns?node]?
  
  
set?n3?[$ns?node]?
  
  
set?n4?[$ns?node]?
  
  
set?n5?[$ns?node]?
  
  
?
  
  
#Create?links?between?the?nodes?????#根据条件创建节点之间的连接?
  
  
$ns?duplex-link?$n0?$n2?1.5Mb?10ms?DropTail?
  
  
$ns?duplex-link?$n0?$n4?1.5Mb?10ms?DropTail?
  
  
$ns?duplex-link?$n1?$n3?1.5Mb?10ms?DropTail?
  
  
$ns?duplex-link?$n1?$n5?1.5Mb?10ms?DropTail?
  
  
$ns?duplex-link?$n1?$n0?2Mb?20ms?DropTail?
  
  
?
  
  
#Give?node?position?(for?NAM)???????#设置节点的位置，供NAM使用?
  
  
$ns?duplex-link-op?$n2?$n0?orient?right-down?
  
  
$ns?duplex-link-op?$n4?$n0?orient?right-up?
  
  
$ns?duplex-link-op?$n0?$n1?orient?right?
  
  
$ns?duplex-link-op?$n0?$n1?orient?right?
  
  
$ns?duplex-link-op?$n1?$n3?orient?right-up?
  
  
$ns?duplex-link-op?$n1?$n5?orient?right-down?
  
  
?
  
  
#Set?Queue?Size?of?link?(n0-n1)?to?10???#设置n0和n1之间的最大队列长度为10?
  
  
$ns?queue-limit?$n1?$n0?10?
  
  
?
  
  
#Setup?a?TCP?connection?#建立一条TCP链接?
  
  
set?tcp?[new?Agent/TCP]?
  
  
$tcp?set?class_?2?
  
  
$ns?attach-agent?$n2?$tcp?
  
  
set?sink?[new?Agent/TCPSink]?
  
  
$ns?attach-agent?$n3?$sink?
  
  
$ns?connect?$tcp?$sink?
  
  
$tcp?set?fid_?1?????#在NAM中，TCP的连接以蓝色表示?
  
  
?
  
  
#Setup?a?UDP?connection?????#建立一个UDP连接?
  
  
set?udp?[new?Agent/UDP]?
  
  
$ns?attach-agent?$n4?$udp?
  
  
set?null?[new?Agent/Null]?
  
  
$ns?attach-agent?$n3?$null?
  
  
set?null?[new?Agent/Null]?
  
  
$ns?attach-agent?$n5?$null?
  
  
$ns?connect?$udp?$null?
  
  
$udp?set?fid_?2?????#在NAM中，UDP的链接以红色表示?
  
  
?
  
  
#Setup?a?FTP?over?TCP?connection????????#在TCP连接之上建立FTP应用?
  
  
set?ftp?[new?Application/FTP]?
  
  
$ftp?attach-agent?$tcp?
  
  
$ftp?set?type_?FTP?
  
  
?
  
  
#Setup?a?CBR?over?UDP?connection????#在UDP连接之上建立CBR应用?
  
  
set?cbr?[new?Application/Traffic/CBR]?
  
  
$cbr?attach-agent?$udp?
  
  
$cbr?set?type_?CBR?
  
  
$cbr?set?packet_size_?1000?
  
  
$cbr?set?rate_?1mb?
  
  
$cbr?set?random_?false?
  
  
?
  
  
#Schedule?events?for?the?CBR?and?FTP?agents?#设置FTP和CBR开始的时间?
  
  
$ns?at?0.1?"$cbr?start"?#在0.1秒开始产生cbr流量??
  
  
$ns?at?1.0?"$ftp?start"?#在1.0秒开发发送发ftp流量?
  
  
$ns?at?8.0?"$ftp?stop"??#8.0秒ftp流量结束?
  
  
$ns?at?12.0?"$cbr?stop"?#12.0秒cbr流量结束?
  
  
?
  
  
#Call?the?finish?procedure?after?13?seconds?of?simulation?time???
  
  
#在13秒调用finish过程结束模拟?
  
  
$ns?at?13.0?"finish"?
  
  
?
  
  
#Run?the?simulation?#执行模拟?
  
  
$ns?run?
 
 

2.仿真过程示意图

3.日志分析脚本设计（设计思路与代码、注解）

1. 设计思路：首先按取出每行的时间（第二字段）、分组大小（第六字段）；?
2. 若时间大于当前的时间段（interval）$i*0.5，令变量i加1，开始统计下一个时间段信息；
3. 数组count1记录分组的数目，它的下标与时间段的序号对应（比如0~0.5时间段内的通过的分组数的值为$count1[1]）。
4. 数组count2记录每个时间段通过的分组的总字节数，它的下标也与时间段的序号对应。?

?perl脚本：

 
 

#!/usr/bin/perl?
  
  
#count?the?number?of?packets?between?node0?and?node1?,the?interval?is?0.5?seconds.?
  
  
?
  
  
$i=0;???????#定义变量i?
  
  
@info;??????#定义三个数组?
  
  
@count1;?
  
  
@count2;?
  
  
while(<>){??????#从标准输入读入数据?
  
  
@info?=?split(/?+/,$_);?#split函数以一个以上的空格为分隔符对每行数据进行分割。分割后的数据返回给info数组?
  
  
$reason?=?$info[0];?#封包事件发生原因?
  
  
????$time?=?$info[1];???????#info中的下标1对应的数据(第二字段)为时间?
  
  
$src?=?$info[2];????#开始节点?
  
  
$dst?=?$info[3];????????????#结束节点?
  
  
????$length?=?$info[5];?????#info中下标5对应数据(第六字段)为分组大小?
  
  
if($reason==’r’?&&?($src==0?&&?$dst==1)?||?($src==1?&&?$dst==0)){????
  
  
#封包进入队列，且在0——1链路上，执行以下操作?
  
  
if($time?>?$i*0.5){?????#若时间大于当前的时间段，则开始统计下一?
  
  
????????????$i++;???????????????????时间段的信息?
  
  
????}????
  
  
????$count1[$i]++;??????#对应时间段的分组数加1?
  
  
????$count2[$i]+=$length;???????#对应时间段的字节数累加?
  
  
}?
  
  
}#end?of?while?
  
  
printf("intervals(s)ttpacketsttbytesn");?
  
  
$i=1.0;?
  
  
while($count1[$i]){?#只要count1数组不为空就打印?
  
  
????printf("%4.1f~%4.1ftt$count1[$i]tt$count2[$i]n",($i-1)*0.5,$i*0.5,);?
  
  
????$i++;?
  
  
}?
 
 

4.分析结果展示（通过自绘图来说明）

第一列：时间段，每0.5秒分成一个时间段；第二列为分组数；第三列为通过的分组的总字节数。

绘制成统计图如下：

?

注：

NS2是指 Network Simulator version 2，NS（Network Simulator） 是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。

1.节点（node）：由tclobject对象组成的复合组件，在NS2中表示端节点和路由器

2.链路（link）：由多个组件复合而成，用来连接网络节点。所有的链路都是以队列的形式来管理分组的到达、离开和丢弃。

3.代理（agent）：负责网络层分组的产生和接收，也可以用在各层次的协议实现中。每个agent连接到一个网络节点上，由该节点给它分配一个端口号。

4.包（packet）：由头部和数据两部分组成。一般情况下，packet只有头部没有数据部分。