Методическое руководство по Network Simulator

Астраханский государственный технический университет

Институт информационный технологий и коммуникаций

Кафедра «Связь»

Цифровые сети c интеграцией служб

Методическое руководство для выполнения лабораторных работ

Астрахань 2010

УДК 621.39

Сорокин А.А., Соломатина Е.А., Лосев Н.Н. Цифровые сети с интеграцией служб. Методическое руководство для выполнения лабораторных работ. / АГТУ. – Астрахань, 2010. – 56 с.

В методическом руководстве представлено описание лабораторных работы по имитационному моделированию цифровых сетей с интеграцией служб.

Руководство предназначено для магистрантов, обучающихся по программам 210401.68 «Системы и устройства радиотехники и связи», 210402.68 «Сети, узлы связи и распределение информации», 210404.68 «Оптические системы локации, связи и обработки информации» направления «Телекоммуникации». В руководстве рассматриваются основы моделирования проводных и беспроводных систем связи различных топологий и типами трафика в программном комплексе Network Simulator.

Методическое руководство утверждено на заседании кафедры «Связь» «27» октября 2010г., протокол № 10

Рецензент: к.т.н. Барабанова Е.А.

2

3

Введение

Новые методы и модели требуют проверки на адекватность. Проверить гипотезу на адекватность возможно при помощи натурного эксперимента или моделирования. Согласно [1,2], моделирование различных процессов классифицируется на математическое и имитационное. Имитационное моделирование заключается в воспроизведении событий происходящих в реальных системах при помощи средств вычислительной техники. В результате имитационного моделирования собираются данные, по которым проводится оценка работы исследуемой системы [1,3].

Системы передачи информации в процессе работы испытывают множество случайных и детерминированных воздействий (характеристики узлов, каналов связи, передаваемого трафика, подвижность абонентов). В качестве среды моделирования используется программный пакет Network Simulator 2.31(NS–2), для построения графических зависимостей

– программный пакет TraceGraph, для визуализации работы исследуемых сетей используется программный пакет Network Animator (NAM).

Программный комплекс Network Simulator 2.31 (или NS - 2)

предназначен для проведения имитационного моделирования различных телекоммуникационных систем [4,5]. Изначально NS – 2, был ориентирован на работу под операционными системами линейки Linux.

Перед началом выполнения лабораторных работ учащимся рекомендуется ознакомиться с основами работы беспроводных систем передачи данных [1], требованиями, предъявляемыми к мультисервисных сетям [2], основами моделирования систем связи средствами программного пакета Network Simulator [3], справочной информацией по использованию программных пакетов NS-2, NAM, TraceGraph.

4

Лабораторная работа №1 Основы моделирования в программном комплексе

Network Simulator 2.31.

Цель работы: Изучить основы моделирования в программном комлексе Network Simulator 2.31.

Задачи:

1.Изучить, как сформировать массив из небольшого количества узлов;

2.Изучить, как устанавливать соединения между узлами;

3.Изучить, как задавать трафик в исследуемой телекоммуникационной сети;

4.Изучить способы визуализации результатов моделирования.

Основные сведения.

Процесс моделирования в NS – 2 состоит из нескольких этапов:

1.Написание скрипта на языке программирования TCL;

2.Запуска скрипта в консоли Linux;

3.Формирование трассировочных файлов (файла анимации и файла, по которому строятся графические зависимости);

4.Построение графических зависимостей и оценка результатов. Скрипт представляет собой исполняемый файл, в котором описы-

вается сеть. В скрипте задается число каналов, количество узлов, направления передачи информации, тип трафика, протоколы маршрутизации и управления доступом к среде. После написания скрипта, для дальнейшего моделирования необходимо открыть консоль Linux, перейти в папку, где находится созданный скрипт, и запустить его командой <ns имя_файла.tcl>. По результатам моделирования программой будет сгенерировано два новых файла, в которых отображены результаты эксперимента. Данные файлы имеют формат <*.nam> и <*.tr>. Файл формата <*.nam> используется для визуального просмотра работы сети. Файл формата <*.tr> для дальнейшей обработки и построения различных графических зависимостей (в виде двухмерных и трехмерных графиков, а также гистограмм). Визуальный просмотр производится во встроенной в NS 2 программе Network Animator. Файл запускается при помощи консоли Linux командой <nam имя_файла.nam>. Построение графических событий производится в программе для обработки трассировочных файлов. В пособии предполагается использование программы Tracegraph, так как она обеспечивает наибольшее построение графических зависимостей.

5

В данной лабораторной работе нужно разработать TCL скрипт для ns, который имитирует телекоммуникационную систему с простой топологией и будет использован в последующих лабораторных работах. Перед началом написания кода нужно создать текстовый файл под названи-

ем, например, <example1.tcl> [6].

1.Для начала моделирования необходимо создать объект симулятора. Это делается следующей командой:

set ns [new Simulator]

2.Создать файл для визуального отображения результатов моделирования в nam аниматоре.

set nf [open out.nam w] $ns namtrace-all $nf

Первая строка открывает файл out.nam для описания событий закрепив его за переменной nf. Во второй строке указывается, что переменная nf должна описать все события, происходящие в сети, необходимые для визуального отображения.

3.Создать файл для построения графических событий отображения результатов моделирования, например при помощи программы tracegraph.

set f [open out.tr w] $ns trace-all $f

Первая строка открывает файл out.tr для описания событий закрепив его за переменной f. Во второй строке указывается, что переменная f должна описать все события, происходящие в сети, необходимые для построения графических событий.

4.Следующим шагом будет добавление процедуры finish, которая закрывает файлы трассировки и запускает программу визуальной анима-

ции nam.

proc finish {} {

global ns nf f $ns flush-trace close $nf close $f

exec nam out.nam & exit 0

}

5. Закрытие эксперимента описывается при помощи следующей команды:

6

$ns at 5.0 "finish"

«5.0» означает, что моделирование будет завершено на пятой се-

кунде.

6. Последняя срока запускает процесс моделирования. $ns run

Данные процедуры описывают общие события, происходящие практически в каждом эксперименте, и ни чего не моделируют.

Создание узлов и каналов связи

Для проведения моделирования необходимо создать узлы, каналы, виды трафика, а также описать различные приложения.

Массив с малым числом узлов формируется следующим образом: set n0 [$ns node]

set n1 [$ns node]

Расшифровывается так: переменной n0 (n1) присваивается значение узла ns.

Процесс соединения двух узлов каналом связи гарантированного качества производится командой:

$ns duplex-link $n0 $n1 1Mb 10ms DropTail

Эта строка говорит о том, что объект симулятора соединяет узлы n0 и n1 дуплексным каналом гарантированного качества с пропускной способностью 1 Мбит/с, задержкой 10 мс и правилом обслуживания очереди DropTail. Сохраните файл и запустив скрипт в консоли Linux с помощью команды <ns example1.tcl>. Nam запустился автоматически, а на экране должно появиться изображение, показанное на рис.1.

Рис. 1 Отображение двух узлов и их соединения в NS.

Следующим шагом будет описание процесса отправки данных от узла n0 к узлу n1. В ns данные всегда отправляются от одного агента к другому. Создадим агент, который отправляет данные от узла n0 на узел n1.

1. Создаем UDP агент и закрепляем его за узлом n0

7

set udp0 [new Agent/UDP] $ns attach-agent $n0 $udp0

2. Создаем CBR трафик и закрепляем его за udp0 set cbr0 [new Application/Traffic/CBR]

$cbr0 set packetSize_ 500 $cbr0 set interval_ 0.005 $cbr0 attach-agent $udp0

Эти строки создают UDP агента и закрепляют его за узлом n0, затем закрепляют генератор CBR трафика за UDP агентом. CBR - «constant bit rate» (постоянная битовой оценки). Размер пакета устанавливается 500 байт и отправка пакетов осуществляется каждые 0.005 с. (то есть 200 пакетов/с).

Перевести скорость к размерности бит/с можно при помощи следующих действий:

packetSize × 8 int erval = бит/ с

3.Создаем агент-приемник CBR трафика и закрепляем его за уз-

лом n1.

set null0 [new Agent/Null] $ns attach-agent $n1 $null0

4.Соединяем два агента между собой.

$ns connect $udp0 $null0

5. После описания видов трафика передаваемого по сети необходимо составить расписание событий - начало и окончание передачи информации (установление и разрыв сеанса связи).

$ns at 0.5 "$cbr0 start" $ns at 4.5 "$cbr0 stop"

Прописать эти строки лучше всего до строки $ns at 5.0 “finish” . Теперь сохраним файл и запустим в консоли процесс моделирова-

ния снова <ns example1.tcl>. По окончанию моделирования запустится nam аниматор и на экране монитора можно будет пронаблюдать следующие (рис. 2).

8

Рис. 2 Процесс передачи трафика

Практическое задание:

Провести 10 экспериментов и проанализировать работу сети при изменении пропускной способности канала связи, размеров информационных пакетов и частоты следования информационных пакетов.

Таблица 1. Исходные данные для моделирования

Контрольные вопросы.

1.Какие топологии сетей вы знаете? Изобразите их.

2.Что такое UDP и CBR?

3.Сделайте выводы о том, как меняется поведение сети при изменении пропускной способности канала и скорости трафика.

4.Объясните, что описывает следующая строка: $ns connect $udp0

$null0.

5.Для чего необходимо создание недействующего узла?

6.Что означают цифры 5.0 в строке $ns at 5.0 "finish"?

7.Как соотносятся скорость передачи и размер пакета?

9

Лабораторная работа №2 Построение систем связи со сложной структурой

и разнородным трафиком

Цель работы: Проанализировать сеть передачи данных со сложной топологией.

Задачи:

1.Научится описывать сеть с разнородным трафиком;

2.Изучить влияния различных способов обслуживания очередности передачи информационных пакетов на маршрутизаторах.

Основные сведения

Топология сети определяется аналогично, как и в лабораторной работе №1

1.Создаем четыре узла. set n0 [$ns node]

set n1 [$ns node] set n2 [$ns node] set n3 [$ns node]

2.Создаем каналы связи между узлами.

$ns duplex-link $n0 $n2 1Mb 10ms DropTail $ns duplex-link $n1 $n2 1Mb 10ms DropTail $ns duplex-link $n3 $n2 1Mb 10ms DropTail

3. Для удобства отображения системы связи можно задать предварительное расположение узлов (направление каналов связи) [7].

$ns duplex-link-op $n0 $n2 orient right-down $ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up $ns duplex-link-op $n2 $n3 orient right

Внешне структура сети, описанная при помощи команд в пунктах 1,2,3, показана на рис.3.

10

Рис. 3. Топология сети из нескольких узлов