NS2

然而，對初學者來說，NS是非常難於掌握的，一般人從學習NS到上手至少需要半年多時間，原因是多方面的。一方面，NS內容龐雜，隨軟體所提供的手冊更新不夠快，初學者閱讀起來非常困難；另一方面，使用NS還要掌握其它很多必備的相關知識以及相關工具，這會使初學者感到無從入手；有的使用者可能還不了解網路模擬的過程或是對NS軟體的機制缺乏理解，這也影響了對NS的掌握。另外，不論在國外還是國內，還沒有一本書能集中回答和解決這些問題，這也是NS難於被掌握的一個重要原因。

NS2（Network Simulator,version 2）是一種面向對象的網路模擬器，本質上是一個離散事件模擬器，由UC Berkeley開發而成。它本身有一個虛擬時鐘，所有的模擬都由離散事件驅動的。目前NS2可以用於模擬各種不同的IP網，已經實現的一些模擬有網路傳輸協議，比如TCP和UDP,業務源流量產生器，比如FTP,Telnet,Web CBR和VBR；路由隊列管理機制，比如Droptail,RED和CBQ；路由演演算法，比如AODV、DSDV、DSR等無線路由協議。NS2也為進行區域網的模擬而實現了多播以及一些MAC 子層協議。

NS2使用C++和Otcl作為開發語言。NS可以說是Otcl的腳本解釋器，它包含模擬事件調度器、網路組件對象庫以及網路構建模型庫等。事件調度器計算模擬時間，並且激活事件隊列中的當前事件，執行一些相關的事件，網路組件通過傳遞分組來相互通信，但這並不耗費模擬時間。所有需要花費模擬時間來處理分組的網路組件都必須要使用事件調度器。它先為這個分組發出一個事件，然後等待這個事件被調度回來之後，才能做下一步的處理工作。事件調度器的另一個用處就是計時。NS是用Otcl和C++編寫的。由於效率的原因，NS將數據通道和控制通道的實現相分離。為了減少分組和事件的處理時間，事件調度器和數據通道上的基本網路組件對象都使用C++寫出並編譯的，這些對象通過映射對Otcl解釋器可見。

當模擬完成以後，NS將會產生一個或多個基於文本的跟蹤文件。只要在Tcl腳本中加入一些簡單的語句，這些文件中就會包含詳細的跟蹤信息。這些數據可以用於下一步的分析處理，也可以使用NAM將整個模擬過程展示出來。

NS2模擬器封裝了許多功能模塊，最基本的是節點、鏈路、代理、數據包格式等等，下面分別來介紹一下各個模塊。

1．事件調度器：目前NS2提供了四種具有不同數據結構的調度器，分別是鏈表、堆、日曆表和實時調度器。

2．節點（node）：是由TclObject對象組成的複合組件，在NS2中可以表示端節點和路由器。

3．鏈路（link）：由多個組件複合而成，用來連接網路節點。所有的鏈路都是以隊列的形式來管理分組的到達、離開和丟棄。

4．代理（agent）：負責網路層分組的產生和接收，也可以用在各個層次的協議實現中。每個agent連接到一個網路節點上，由該節點給它分配一個埠號。

5．包（packet）：由頭部和數據兩部分組成。一般情況下，packet只有頭部、沒有數據部分。

NS2包含Tcl/Tk,OTcl,NS，Tclcl。其中Tcl是一個開放腳本語言，用來對NS2進行編程；Tk是Tcl的圖形界面開發工具，可幫助用戶在圖形環境下開發圖形界面；OTcl是基於Tcl/Tk的面向對象擴展，有自己的類層次結構；NS2為本軟體包的核心，是面向對象的模擬器，用C++編寫，以OTcl解釋器作為前端；Tclcl則提供NS2和OTcl的介面，使對象和變數出現在兩種語言中。為了直觀的觀察和分析模擬結果，NS2 提供了可選的Xgraphy、可選件Nam。

從網路拓撲模擬、協議模擬和通信量模擬等方面介紹NS的相應元素：

1．網路拓撲主要包括節點、鏈路。NS的節點由一系列的分類器（Classifier，如地址分類器等）組成，而鏈路由一系列的連接器（Connector）組成。

2．在節點上，配置不同的代理可以實現相應的協議或其它模型模擬。如NS的TCP代理，發送代理有：TCP，TCP/Reno，TCP/Vegas，TCP/Sack1，TCP/FACK，TCP/FULLTCP等，接收代理有：TCPSINK，TCPSINK/DELACK。TCPSINK/SACK1，TCPSINK/SACK1/DELACK等。此外，還提供有UDP代理及接收代理Null（負責通信量接收）、Loss Monitor（通信量接收並維護一些接收數據的統計）。

3．網路的路由配置通過對節點附加路由協議而實現。NS中有三種單播路由策略：靜態、會話、動態。

4．在鏈路上，可以配置帶寬、時延和丟棄模型。NS支持：Drop-tail（FIFO）隊列、RED緩衝管、CBO（包括優先權和Round-robin 調度）。各種公平隊列包括：FQ，SFQ，DRR等。

5．通信量模擬方面，NS提供了許多通信應用，如FTP，它產生較大的峰值數據傳輸；Telnet則根據相應文件隨機選取傳輸數據的大小。此外，NS提供了四種類型的通信量產生器：EXPOO，根據指數分佈（On/Off）產生通信量，在On階段分組以固定速率發送，Off階段不發送分組，On/Off的分佈符合指數分佈，分組尺寸固定；POO，根據Pareto分佈（On/Off）產生通信量，它能用來產生長範圍相關的急劇通信量；CBR，以確定的速率產生通信量，分組尺寸固定，可在分組間隔之間產生隨機抖動；Traffic Trace，根據追蹤文件產生通信量。

使用NS進行網路模擬的方法和一般過程。

進行網路模擬前，首先分析模擬涉及哪個層次，NS模擬分兩個層次：一個是基於OTcl編程的層次。利用NS已有的網路元素實現模擬，無需修改NS本身，只需編寫OTcl腳本。另一個是基於C++和OTcl編程的層次。如果NS中沒有所需的網路元素，則需要對NS進行擴展，添加所需網路元素，即添加新的C++和OTcl類，編寫新的OTcl腳本。

假設用戶已經完成了對NS的擴展，或者NS所包含的構件已經滿足了要求，那麼進行一次模擬的步驟大致如下：

1．開始編寫OTcl腳本。首先配置模擬網路拓撲結構，此時可以確定鏈路的基本特性，如延遲、帶寬和丟失策略等。

2．建立協議代理，包括端設備的協議綁定和通信業務量模型的建立。

3．配置業務量模型的參數，從而確定網路上的業務量分佈。

4．設置Trace對象。NS通過Trace文件來保存整個模擬過程。模擬完后，用戶可以對Trace文件進行分析研究。

5．編寫其他的輔助過程，設定模擬結束時間，至此OTcl腳本編寫完成。

6．用NS解釋執行剛才編寫的OTcl腳本。

7．對Trace文件進行分析，得出有用的數據。

8．調整配置拓撲結構和業務量模型，重新進行上述模擬過程。

NS2採用兩級體系結構，為了提高代碼的執行效率，NS2 將數據操作與控制部分的實現相分離，事件調度器和大部分基本的網路組件對象後台使用C++實現和編譯，稱為編譯層，主要功能是實現對數據包的處理；NS2的前端是一個OTcl解釋器，稱為解釋層，主要功能是對模擬環境的配置、建立。從用戶角度看，NS2 是一個具有模擬事件驅動、網路構件對象庫和網路配置模塊庫的OTcl腳本解釋器。NS2中編譯類對象通過OTcl連接建立了與之對應的解釋類對象，這樣用戶間能夠方便地對C++對象的函數進行修改與配置，充分體現了模擬器的一致性和靈活性。