【网络仿真】ns-3基础（上）

资料：

1. ns-3官网：http://www.nsnam.org/
2. ns-3官方开发文档：https://www.nsnam.org/releases/ns-3-34/documentation/
3. ns-3维基百科（文档中没有的内容）、FAQ问题解答：https://www.nsnam.org/support/
4. ns-3相关文献：https://www.nsnam.org/education/

使用waf配置编译ns-3系统：

测试安装

1. 节点
   Node类描述节点，提供添加外设卡、驱动程序、协议栈、应用程序等功能。
   NodeContainer类，拓扑生成器，用于创建、管理
   使用节点，保存一组节点指针。

2. 应用
   Application类描述。
   UdpEchoServerHelper和UdpEchoClientHelper为Application类实例。（动物类->实例：熊猫类）
3. 信道
   Channel类，实例包括：CsmaChannel（模拟了载波侦听多路访问通信子网中的媒介，有以太网的功能）、PointToPointChannel（最多2个点到点连接的网络设备）、WifiChannel（无线信道）
4. 网络设备（网卡）
   NetDevice类，提供连接节点和信道对象的各种方法。实例有：CsmaNetDevice、PointToPointNetDevice、Wi-FiNetDevice。
   NetDeviceContainer类存放（类似NodeContainer类）。
5. 拓扑帮助
   Helper类，用于网络设备配置到节点、连接信道、配置IP地址等。
   例如TopologyReaderHelper类可以配置和使用TopologyReader；InternetStackHelper安装PointToPointHelper对象和网络协议栈。

3.2.1 Logging系统

将执行结果输出命令行中（类似cout、printf）。

添加附加前缀

自定义Logging代码（输出自定义信息）

3.2.2 命令行参数

作用：不修改脚本，用命令行传递参数来修改脚本中的变量。

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挂钩自定义变量

3.2.3 Tracing系统

• 作用：将执行结果输出一个文件中。
• 3个基本概念：Tracing Sources、Tracing Sink、连接的统一机制。
• Helper类：AsciiTraceHelper生成文档

1. ASCII Tracing：以ASCII格式的信息输出

2. PCAP Tracing
   生成.pacp格式文件，可用于Wireshark工具打开分析。

4.1.1 PyViz 可视化模块

其他信息：http://www/nsnam.org/wiki/index.php/PyViz

4.1.2 NetAnim 动画演示工具

在脚本文件中写入代码，以生成XML记录文件。

运行：

在netanim界面中点击open->first.xml->play

详细信息：http://www.nsnam.org/wiki/index.php/NetAnim

第三方网络数据分组显示和统计分析工具，读取ns-3的trace文件，并进行统计和分析。

4.2.1 TcpDump

TcpDump (dump the traffic on a network)，读取pcap文件，截获分组，分析头部，输出

使用方法：
在脚本first.cc中加入代码

在命令行中使用TcpDump

4.2.2 Wireshark

使用方法

1. 写脚本
   例子：examples/stats/wifi-example-sim.cc

第三方作图工具，有gnuplot类，可产生gnuplot数据，最后由gnuplot读取数据生成图表，从而进行仿真数据统计分析。

详细信息：http://www.gnuplot.info/
ns-3提供了Gnuplot类和GnuplotDataset类
ns-3中使用方法：（例子ns-3.xx/src/tools/examples/gnuplot-example.cc）

方法二：每次独立重复实验时，全局种子不变，每次设置不同的标识。改变标识有几种方式：
a. 调用函数RngSeedManager::SetRun(3)设置不同的运行标识。

b. 修改全局变量NS_GLOBAL_VALUE值来修改运行标识。

c（推荐）. 使用命令行传递参数修改运行标识

d. 使用build

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随机变量

ns-3中用来声明随机变量的类，都有一个基类RandomVariableStream。其基类有：

1. UniformRandomVariable: 最基本的类。给定一个最大值和最小值，按均匀分布方式返回一个随机数。

2. ConstantRandomVariable: 返回一个固定的数，默认为0

在C++中还要为成员函数建立成员函数指针、区分成员函数指针和函数指针：

2. 什么是回调机制？what
   例如调用快排函数，函数参数中有回调函数地址，可以传递自己的比较函数。这种被调用者（快排函数）调用调用者的排序函数（cmp），称为回调。
3. 怎么用回调机制？how
   ns-3提供了Callback类的API接口：

• 静态函数

• 类成员函数回调

1. 面向对象设计
2. 对象基类
   ns-3提供了3个对象基类：Object、ObjectBase、SimpleRefCount。若每个类继承这种类，就可以包含ns-3提供的特有特性：

3. 内存管理与引用计数指针（Ptr类）
   ns-3使用引用计数来管理内存 。

4. 聚合

• why?
  例如ns-3中，Node类在任何网络终端中都使用，但不同网络终端的构建和协议不同，为了创建满足不同网络节点需求，就要使用聚合，将不同构件聚合到节点中。
• what?
• how?
  例如，将IPv4协议加入节点中：

• 对象模型：设置实例化模型的参数。
• Object类：多数ns-3类都是继承Object类。所有继承Object的类都可以包含一个叫TypeId的元数据类，用于记录类的元信息（包括唯一标识字符串、子类的基类、子类的构造函数）。
• 例子：Node类，静态成员函数GetTypeId

• 属性系统：管理和组织仿真中内部对象（方便用户访问模拟中内部变量，e.g. cwnd）
• 例如：DropTailQueue类，无符号整型成员变量m_maxPackets（用来控制队列的大小）

在脚本中操纵属性系统中的数据(src/point-to-point/examples/main-attribute-value.cc)

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写自己的网络模块：

1. 添加现有类的成员变量到元数据系统中
   例如TcpSocket类的成员变量：uint32_tm_cWnd。使用TCP模块时想用元数据获得、设置变量的值，而ns-3没有提供这个变量，用户可以在元数据系统中添加声明：

从而可以用指向TcpSocket类的指针执行设置和获取操作。

2. 向属性系统中添加自定义类
   例如：把自定义的类A加入到系统属性中

作用：追踪某仿真数据。
Tracing系统由三部分构成：Tracing Sources, Tracing Sinks, 连接前两者的方法。

1. Tracing Sources提供信息（生产者）。
2. Tracing Sinks使用信息做相关事务（消费者）。
3. 二者关联。使用到回调。

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（1）使用函数TraceConnectWithoutContext将二者关联。

例子：（examples/tutorial/fourth.cc）

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（2）使用“配置路径”将Trace Sources和Trace Sink关联起来。
例子：third.cc改写，通过定义一个Trace Sink输出移动节点的位置变化信息。

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（3）如何确定Trace Sources
ns3官网->API文档->Modules->C++Constructs Used by All Modules->The list of all trace sources->找到可以直接使用的Trace Sources。

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