Мультисервисные сети2

RealAudio. Кроме того, имеются абстрактные модели трафика, например CBR (Constant Bit Rate – постоянная битовая скорость), а также генерируемые датчиками случайных чисел с различными законами распределения (Пуассона, Парето и т.д.).

Абстракции NS2, соответствующие уровням стека протоколов TCP/IP, приведены на рис. 16.4.

16.2. Компоненты моделей NS2

Основными компонентами моделей NS2 являются планировщик событий, сетевые объекты и события. Рассмотрим их подробно,

начиная с планировщика.

16.2.1. Планировщик событий

Как уже сказано выше, NS2 осуществляет дискретно-событийное моделирование, при котором функционирование системы представляется цепочкой событий, наступающих в хронологическом порядке (рис. 16.5). Управляет этой последовательностью событий планировщик (Event Sheduler), который извлекает их одно за другим из списка и передает обработчику событий, изменяя при этом состояние системы. С точки зрения программиста, эти действия представляют собой вызов метода-обработчика определенного объекта [1, 2, 5, 6].

Основные компоненты планировщика событий и соответствующие им переменные члены класса Scheduler:

часы (clock_) – текущее время симуляции;

останов (halted_) – инициализируется 0 при запуске симуляции и принимает значение 1, когда симуляция завершается или приостанавливается;

адрес (instance_) – ссылка на событие в списке планировщика;

ID (uid_) – уникальный идентификатор события.

ВNS2 может быть два вида событий:

пакеты (Packet), которые помещаются в список сетевыми объектами;

at-события (atEvent), создаваемые пользователем.

…

$ns at 200 ―finish_sim‖

…

Здесь происходит создание at-события, которое внутри планировщика событий обрабатывается так же, как «внутреннее» событие, связанное с передачей пакета.

Выражение at time “String” является частной функцией объекта Simulator. Когда начинается моделирование и наступает время atсобытия, заданное по графику в очереди событий, оно поступает на обработчик at-событий, который создается только один раз. Он обрабатывает все at-события, а интерпретатор OTcl выполняет команду, определенную в поле ―String‖ at-события.

NS2 имеет два вида планировщиков событий: реального и модельного времени. Для планировщика модельного времени доступны три реализации: список (list), куча (heap) и календарь (calendar). Они выполняют одинаковые логические функции, но такое разделение позволяет пользователям, разрабатывающим дополнительные функции сетевых компонентов (не входящие в ядро NS2), использовать особые виды планировщика. Календарь в планировщике событий установлен по умолчанию.

Особый тип планировщика выбирается следующим образом:

…

#Создать новый объект класса симулятор ns set ns [new Simulator]

#Использовать в ns планировщик типа «куча» $ns use-scheduler Heap

…

Планировщик реального времени используется в случае, когда модель выступает в качестве сегмента реальной сети. В настоящее время эта часть проекта находится в разработке и в данной главе не рассматривается.

16.2.2. Пакет – основное событие симуляции

В NS2 пакет состоит из набора заголовков и иногда поля данных. Формат заголовка пакета задается, когда создается объект класса

Simulator [1, 3].

Из соображений простоты все пакеты в системе имеют одинаковый формат (являются объектами одного класса), и поэтому

каждый пакет, независимо от того, к какому протоколу он относится, имеет в своем составе заголовки всех протоколов, используемых в модели. Типичная структура пакета в NS2 изображена на рис. 16.7. Поле данных используется лишь в случаях, когда NS2-модель входит в состав реальной сети; если модель чисто компьютерная, то достаточно иметь в заголовке поле, содержащее размер пакета.

Рис 16.7. Структура пакета

Для ускорения процесса моделирования необходимо указывать явным образом, какие протоколы будут использоваться в модели, чтобы исключить заголовки неиспользуемых протоколов из заголовка пакета:

…

#Удалить все заголовки пакета remove-all-packet-headers;

#Добавить заголовок IP-пакета add-packet-header IP TCP;

…

16.2.3.Сетевые объекты

На рис. 16.8 в общих чертах показана иерархия классов OTcl в NS2 [2, 3].

Класс TclObject является суперклассом всех объектов библиотек OTcl. Для сетевых объектов NS2 суперклассом является класс nsObject.

Рис. 16.8. Иерархия сетевых объектов в NS2

Сетевые объекты в NS2 могут быть простыми и составными.

Кпростым объектам относятся:

очереди;

линии задержки;

мультиплексоры/демультиплексоры,

атакже такие нетривиальные объекты, как:

агенты;

приложения.

Составные объекты формируются путем объединения простых объектов. Система NS2 содержит большой набор готовых описаний классов составных объектов, среди которых:

узлы (Nodes);

линии связи (Links) или звенья;

локальные сети (LAN):

проводные (например, IEEE 802.3 Ethernet);

беспроводные (например, IEEE 802.11 Wi-Fi);

спутниковые сети:

геостационарные;

низкоорбитальные.

Система может быть расширена введением в нее новых классов сетевых объектов. Особенно удобно создавать составные объекты на основе имеющихся (как простых, так и составных). Для описания новых классов может использоваться язык C++ или OTcl.

Абстракция сетевого уровня – узел. Узлы в NS2 могут выполнять две функции – хоста (host) и маршрутизатора (router).

C точки зрения симулятора узел – сложный объект, состоящий из

объекта входа и классификаторов адреса и порта. Адрес и порт являются полями IP-заголовка пакета [1, 5, 6].

Узел создается командой set n0 [$ns node]

здесь ns – объект класса Simulator.

Несколько узлов в виде массива можно задать в Tcl с использованием циклической конструкции:

for {set i 0} {$i < 7} {incr i} { set n($i) [$ns node]

}

ВNS2 существует два вида узлов: уникастный (unicast уникальный) и мультикастный (multicast множественный).

Вуникастном узле классификатор адресов осуществляет уникастную маршрутизацию, т.е. определяет одного получателя в сети (рис. 16.9).

Приложение

Агент

Агент Приложение

Классификатор порта

Звено Вход

Звено

Классификатор

адреса

Звено

Звено

Рис. 16.9. Unicast узел

Прибывающие в узел пакеты принимаются точкой входа (Entry Point) узла и классифицируются классификатором адреса (Address Classifier), представляющим собой демультиплексор. Пакеты, адресованные другим узлам, передаются на одну из линий связи, подключенных к узлу, в соответствии с маршрутной таблицей, принадлежащей классификатору адреса. Пакеты же, адресованные

данному узлу, передаются классификатору порта (Port Classifier), также являющемуся демультиплексором.

В зависимости от номера порта классификатор передает пакет одному из прикрепленных к узлу агентов (Agents), которые являются сетевыми объектами, не входящими в состав узла и отвечающими за реализацию протоколов более высокого уровня (например, транспортных протоколов UDP и различных реализаций TCP, протоколов маршрутизации и пр.).

Мультикастный узел (рис. 16.10) кроме прочего имеет классификатор, который отличает мультикастные пакеты от уникастных, и мультикастный классификатор, который определяет групповую маршрутизацию (определяет группу получателей пакета, возможно расположенных в различных местах объединенной сети).

Приложение

Агент

Приложение Агент

Классификатор

адреса

Классификатор порта

Звено Вход

Звено

Мультикастовый

классификатор

Рис. 16.10. Структура Multicast узла

По умолчанию в NS2 определяются уникастные узлы. Для того чтобы сделать доступной мультикастную симуляцию, необходимо при создании объекта Simulator добавить опцию: -multicast on:

set ns [new Simulator -multicast on]

Звенья. Звено (link) – другой важный составной объект. Когда пользователь создает дуплексное звено, используя частную функцию duplex-link объекта Simulator, создаются два симплексных звена в двух направлениях (рис. 16.11).

Рис. 16.11. Звено: а – дуплексное; б – симплексное

Симплексное звено также является составным объектом. Выходная очередь с узла реализована как часть симплексного звена. Пакеты после очереди поступают на объект «Задержка», который моделирует задержку в звене, а пакеты, отброшенные в очереди, посылаются на Нулевой агент, где стираются. Объект TTL (Time-To- Live) считает параметры времени жизни для каждого принятого пакета и обновляет одноименное поле в заголовке пакета.

Звено создается функцией duplex-link объекта Simulator, например:

$ns duplex-link $n0 $n2 2Mb 10ms DropTail

Здесь $n0 и $n2 – значения узлов, соединенных звеном; 2Mb – скорость передачи; 10ms – задержка; DropTail – механизм обслуживания очереди.

Типы очередей. В основном NS2 использует следующие механизмы обслуживания очередей:

DropTail (обрубание хвоста) – аналог механизма FIFO (First In First Out – первый пришел, первый обслужился) с отбрасыванием вновь поступающих пакетов при переполнении очереди;

RED (Random Early Detection – случайное предвидение) –

случайное отбрасывание пакетов в предвидении переполнения очереди;

FQ (Fair Queueing – справедливая очередь) – равное распределение пропускной способности между всеми потоками;

SFQ (Stochastic Fair Queueing – стохастическая справедливая очередь) – равное распределение пропускной способности между ограниченным количеством очередей, на которые делится трафик, с использованием хеш-алгоритма;

DRR (Deficit Round Robin – дефицитная круговая порука) – обслуживание потоков в циклическом порядке с равномерным распределением пропускной способности между всеми классами;

CBQ (Class-Based Queuing – очередь, основанная на приоритетах) – распределение пропускной способности в соответствии с классом приоритета.

Тип очереди задается при создании звена передачи данных.

16.2.4. Объекты трассировки

Если модель ориентирована на трассировку событий в сети (имеет в своем составе команды создания и записи в файл трассировки), ее звенья будут иметь в своем составе объекты трассировки

(рис. 16.12).

Для трассировки необходимо в tcl-скрипт модели добавить строки: set f [open traceFile.tr w]

$ns trace-all $f

Таким образом, открывается трейс-файл traceFile.tr для записи и производится запись событий в него.

в очередь;

DeqT (Dequeue tracing) – трассировочный объект выхода из очереди;

DrpT (Drop tracing) – трассировочный объект отбрасывания пакетов;

RecvT (Receive tracing) – трассировочный объект принятых узлом пакетов.

Когда пакет достигает одного из трассировочных объектов, соответствующее событие записывается в специальный трейс-файл, причем это не занимает модельного времени, а пакет отправляется на следующий объект.