网络模拟器NS2中仿真功能的问题分析及改进
基于NS-2软件的网络仿真设计与分析
过 程进 行 简单 的设 计 和 参 数配 置 ， 在 复杂 的应 而
用 中， 往往 需要 编 写 Ｃ＋ ＋程 序 修 改 或 添 加 网络
实体 、 协议 及其 它 功能 ， 重新 编译 ＮＳ 。 并 一２
计 方案评 估 的有 力 工 具 ， 能 够 实 现 网 络 拓 扑仿 它 真、 协议 仿 真和 通信 量仿 真 ， 模 拟 的 网络行 为 中 从
合 适 的算 法 ， 高效 的操 作字 节 、 包头 等大 规模 的数 另 一方 面 ， 多设 计 都 是 围绕 设 置 网络 实体 和环 许 境 的具 体 参数 而 进 行 ， 常 需 要 反 复 的设 置 和修 经
改仿 真参 数 。这 时 ， 转 时 间（ 周 修改 参数 到重 新运
行 的时 间） 就很 关 键 了 。
脚本语 言， 于 它对仿 真过 程进 行 编程 ； 基 Ｔｋ是 Ｔｃ 的 图 形 界 面 开 发 工 具 ； ｃ 是 基 于 Ｔｃ／ ｋ ｌ ＯＴ ｌ ｌＴ
一
１ ２ Ｎ 一２所 用 的仿真 语 言 ． Ｓ
基 于 ＮＳ 一２的仿 真一 般 需要 完 成 两种 任 务 ： 方 面 ， 信协 议 的实 现需 要一 种语 言 ， 通 它能 够用 据 。对 于 这 样 的 任 务 ， 行 速 度 是 十 分 重 要 的 。 运
（ ｃ ｅ ｕｅ） 多种 网络 实 体 。普 通 的 ＮＳ ２使 Ｓ ｈｄ ｌ 和 ｒ 一
用 者 一 般 通 过 左 下 角 的 ＯＴｃ 语 言 ， 网络 仿 真 ｌ 对
人 员一 方面 需 要不 断 研 究 新 的协 议 和 算 法 ， 网 为
络 发展做 出前 瞻性 的研 究 ， 一 方 面 也 要 考 虑 如 另 何 整合 、 用现 有 的资源 ， 网络 运行 达 到最 高效 利 使 能 。网络仿 真 软件 是 进 行 网络 性 能 分 析 、 网络 设
NS2学习笔记（15）——无线网络传输问题探讨及效果分析
NS2学习笔记（15）——无线网络传输问题探讨及效果分析1、Destination（1）了解什么是隐藏节点和暴露节点问题（2）了解RTS/CTS是如何降低隐藏节点问题发生的概率，以提升系统效果（3）了解NS2中无线传输模型和门限的概念（4）了解如何在NS2中建立无线自组织网络（Wireless Ad Hoc Networks）（5）学习分析无线自组织网络路由协议（Ad Hoc Routing Protocol）的效果（6）了解802.11b DCF和802.11e EDCF机制运作（7）探讨802.11b DCF和802.11e EDCF机制对多媒体数据流所提供的传输服务质量（8）了解802.11b所提供的吞吐量上限值（9）了解哪些因素会影响802.11b的吞吐量（10）了解什么是效果异常（Performance Anomaly）现象（11）了解现有改善效果异常的方法及如何提升系统效果2、Background（1）隐藏节点（隐终端）隐藏终端是指在接收接点的覆盖范围内而在发送节点的覆盖范围外的节点。
隐藏终端由于听不到发送节点的发送而可能向相同的接收节点发送分组，导致分组在接收节点处冲突。
冲突后发送节点要重传冲突的分组，这降低了信道的利用率。
隐藏终端又可以分为隐发送终端和隐接收终端两种。
在单信道条件下，隐发送终端可以通过在发送数据报文前的控制报文握手来解决。
但是隐接收终端问题在单信道条件下无法解决。
当A要向B发送数据时，先发送一个控制报文RTS;B接收到RTS 后，以CTS控制报文回应；A收到CTS后才开始向B发送报文，如果A没有收到CTS，A认为发生了冲突，重发RTS,这样隐发送终端C能够听到B发送的CTS，知道A要向B发送报文，C延迟发送，解决了隐发送终端问题。
对于隐接收终端，当C听到B发送的CTS控制报文而延迟发送时，若D向C发送RTS控制报文请求发送数据，因C不能发送任何信息，所以D无法判断时RTS 控制报文发生冲突，还是C没有开机，还是C 时隐终端，D只能认为RTS报文冲突，就重新向C发送RTS。
网络模拟器NS2中仿真功能的问题分析及改进
第21卷第2期 系统 仿 真 学 报© V ol. 21 No. 22009年1月 Journal of System Simulation Jan., 2009网络模拟器NS2中仿真功能的问题分析及改进况晓辉1, 赵 刚1,2, 郭 勇1,3(1.北京系统工程研究所, 北京 100101; 2.清华大学计算机科学与技术系, 北京 100084; 3.国防科技大学信息系统与管理学院, 长沙 410073)摘 要：网络仿真技术为解决大规模网络规划、应用和协议设计面临的挑战提供了新的途径。
作为广泛应用的网络模拟器，NS2为建立可扩展的网络仿真环境奠定了重要基础。
在描述NS2仿真功能实现的基础上，重点分析了NS2仿真功能存在的不足。
针对发现的问题，提出并实现了NS2仿真功能扩展，最后验证了仿真功能扩展的正确性。
关键词：网络仿真；NS2；报文转换；功能扩展中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2009) 02-0427-05Improvement of Emulation Function in Network SimulatorKUANG Xiao-hui 1, ZHAO Gang 1,2, GUO Yong 1,3(1. Beijing Institute of System and Engineering, Beijing 100101, China; 2. Department of Computer Science and Technology,Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. Department of Information System and Management of NUDT, Changsha 410073, China)Abstract: Network emulate technology which enables real hosts and a real network to interact with a virtual network, becomes a very important way to resolve the challenge faced in network plan, application and protocol design. As a famous network simulator, NS2 proposed a foundation to construct network emulate platform. The emulation function of NS2 was described firstly. Based on analysis the problem of emulation function in NS2, the extension of NS2 emulation function was proposed and implemented. The correctness of extension was dominated in the end. Key words: network emulation; NS2; packet reform; function extension引 言互联网的迅速发展与膨胀对网络的规划、应用和协议的设计提出了新的挑战。
仿真软件NS-2的分析
技 与
经 上 图 是作 者 在 运 用 Ｎ ２ 具 时 采 取 的 分 析 步 骤 。在 使 用 济 Ｓ 工
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至 旦
维普资讯
Ｎ －２时 一般有下面三个过程 ： Ｓ １ ）建立网络模型 ：描述整个 网络的拓扑结构 带宽 ，时延 等消息 ；
建立节点 ． ｓ 中 ． 在Ｎ 一２ 每个节点都可 以代表终端或者是路
由器 ｓｔｎ Ｓｓｎｄ ］ ｓｔｎ Ｓｓｎｄ］ ｅ Ｏ［ ｏ ｅ ｅ １［ｎ ｏｅ。 ｎ
的 比如一些 比较底层的工作 ：事 件的处理 ，封包的传送 等． 这需要较 高的处理速度 ． 而且一旦 完成就很少修 改， 所 以ｃ ＋是最佳 的选择ｊ另外 ，我们在仿真的时候需要设置 ＋ 不 同的网络 环境 、进而动态改变参数 ，这些选择 Ｔ Ｌ Ｃ 这种 直 白性的语言为佳 。同时 Ｎ 一 采用ｔｌ 来连接这两种语 ｓ２ ｃｃ ｌ 言之 间的变量。Ｎ －２ Ｓ 使用 ＭＴ Ｉ发展的 Ｏ ｃ Ｏ ｊ ｔＴ １作 Ｔ Ｉ（ ｂｅ ｃ） ｃ 为描述 配置、执行仿真的 言 Ｏｃ； Ｔ ｌ ｔｌ是 ｃ 的物件导向 延伸版本。Ｎ ２ Ｓ 的组成结 构如 图 １ 。
通过仿真 ，我们可 以从每
种可能的方案中筛选 出自己需要 的
并加 以改进 ，其次 仿真环境易于修 改。这 样 我们可 以人为 地 区性将某些特定的参 数和算法对仿真的影响降低 。
目前 有相 当多的网络仿真软件 ，最著 名的仿真软件 Ｏ Ｎ Ｔ ＰＥ
是美 国 ＭＩ 公 司 的 产 品 其 支 援 度十 分 广 泛 ，几 乎包 含 所 有 现 Ｌ ３ 行 的 网络 标准 但 却 要 价 百 万 元 以 上 Ｆ ￥ 了其 在 研 究 领 域 的 Ｅ
网络仿真模拟器(NS2)中802.11协议的实现与改进
龙源期刊网
网络仿真模拟器（NS2）中802.11协议的实现与改进
作者：李晓伟叶雪梅安利蔡艳宁范青刚
来源：《现代电子技术》2012年第20期
摘要：为了使研究者更好地理解802.11协议在NS2中的仿真过程和原理，在分析NS2系统工作机制的基础上，结合802.11协议的工作原理，对802.11协议物理层信道判断和数据收发机制，以及MAC层分布协调功能工作机制在NS2中具体的仿真实现过程进行了分析与说明。
同时针对NS2中仿真时不考虑收发节点距离对数据接收率影响的问题，在仿真源码中增
加了距离对数据接收率的影响比重，仿真结果表明，在理解NS2中实现802.11协议的基础上，对仿真机制的改进是有效的，并为相关研究者提供了借鉴。
关键词：802.11； NS2；协议仿真；无线局域网
中图分类号：TN919-34文献标识码：A。
NS-2移动代理网络仿真功能扩展设计和实现
Vol. 16 No. 1 Jan. 2004系 统 仿 真 学 报 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION• 85 •NS-2 移动代理网络仿真功能扩展设计和实现李建枫，糜正琨，成际镇（南京邮电学院通信工程系，南京 210003）摘要：在分析网络仿真工具 NS-2 特点的基础上，提出了移动代理模型的建立以及数据包、节点和代理扩展技术， 通过修改原有的数据结构和增加新的网络模块扩展 NS-2 的功能以实现移动代理网络 的仿真，并据此设计实现了移动代理网络模拟软件。
利用该软件，可以有效地分析移动代理系统的 网络性能，为其设计和评估提供可靠的依据。
关键词：移动代理；网络性能分析；仿真软件；面向对象设计；NS-2 文章编号：1004-731X (2004) 01-0085-06 中图分类号：TP18 TP391.9 文献标识码：ADesign and Implementation of NS-2 Functional Extension to Mobile Agent Network EmulationLI Jian-feng，MI Zheng-kun，CHENG Ji-zhen(Department of Communication Engineering Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing Jiangsu 210003, China)Abstract： Following the analysis of the features of network simulation tool NS-2, the establishment of mobile agent model and the design techniques of packet, node and agent extension have been proposed. Through the modification of existing data structure and the addition of new network modules, NS-2 functionality has been extended to cope with the emulation of mobile agent networks. Based on these techniques, a mobile agent network simulation software is designed and implemented. Using this software, the network performance of mobile agent systems can be effectively analyzed, which will provide sound evidence for their design and evaluation. Keywords：mobile agent; network performance analysis; emulation software; object-oriented design; NS-2引 言1移动代理（Mobile agent）是近年来迅速发展的 IT 界热 点研究课题。
NS-2的仿真模拟技术分析
第 31 卷 Vol.31第 15 期 № 15计 算 机 工 程 Computer Engineering文章编号：1000—3428(2005)15—0110—03 文献标识码：A2005 年 8 月 August 2005中图分类号：TP393·网络与通信·NS-2 的仿真模拟技术分析杨玉华，刘培宁，刘际炜，陈涵生（华东计算技术研究所，上海 200233） 摘 要：网络仿真是研究通信网络技术的有效工具。
仿真模拟功能提供了实际网络和仿真器交互的能力。
该文介绍了 NS-2 的结构及网络 仿真的设计流程，重点分析了网络仿真 NS-2 中仿真模拟功能的设计和实现。
关键词：仿真；模拟；网络仿真；代理；网络对象Analysis of Network Emulation Technology in NS-2 SimulatorYANG Yuhua, LIU Peining, LIU Jiwei, CHEN Hansheng(East China Institute of Computer Technology, Shanghai 200233) 【Abstract】Network simulation is one of the efficient analysis tools to study the technology of communication networks. Employing an emulation capability in network simulation provides the ability for real-world traffic to interact with a simulation. This paper firstly introduces the architecture of NS-2 simulator, and describes the design of simulation, emphatically analyzes the design and implementation of the emulation facility in the NS-2 simulator. 【Key words】Simulation; Emulation; Network simulation(NS); Agent; Network object网络仿真(Network Simulation, NS)是近几年来被提出的 一个新概念。
对仿真软件OPNET和NS2的分析
对仿真软件OPNET和NS2的分析网络仿真的应用是基于现代计算机技术同网络的结合发展上产生的网络研究手段，文章通过对网络仿真的相应的应用软件的发展以及背景进行了比较性研究，对网络仿真的工作流程进行了描述，通过对其原理以及构成的分析对当下应用最广的OPENT以及NS2软件进行了介绍。
标签：网络工具；网络仿真；应用；软件1 简介现代化的网络在研究过程中需要一个模拟环境用以对其开发设计已经应用进行不断地完善，网络仿真工具就是通过一个系统理论形式以及随机过程为基础的统计优化理论作为研究前提的手段。
在设计时期，仿真环境可以为各种方案提供一个虚拟的模型用以对其性能进行有效的预测；在运行时期，系统的性能优化需要建立在工作环境不同以及负荷分析的比较上的。
因此，在很多情况中，模拟仿真的网络环境是最可行可靠的方式以及技术手段。
相对比数学分析仿真方式的抽象程度要低一些，更容易让人理解；相对比测量技术，仿真方式耗费的时间也相对较少；其在成本的节约以及有效性的高低上是其他的方式无法比拟的。
网络技术的发展也使得网络技术的复杂化程度随之增加，因此测试和完善其的网络环境要求也越来越高，网络仿真技术要求也随之不断的加强，应用也开始广泛。
目前在网络技术的开发设计以及研究规划和完善上成为了不可或缺的工具。
美国等西方的发达国家从上世纪的八十年代起就开始进行了商业以及非商业的的网络仿真技术的开发和研究，近些年来我国也开始意识到了网络仿真的重要性，因此开始针对性的对此类软件进行开发。
1997年CERNET网络中心开始着手对自己的网络仿真类的软件进行研发，1998年之后OPENT软件开始被引入中国，用于很多企业单位，进行协议开发以及规划和设计应用方面的研究。
2 步骤完整的网络仿真具有特定的步骤，需要对仿真的环境首先进行定义，然后在进行建模和运行最后是结果的展示的等一系列的环节，这个过程中最重要的就是运行以及建模，具体来说包括了首先建模之后对模型的确认然后是对数据进行采集以及程序的编制、验证，最后则是运行，并且每个环节都是对下一个环节可以正常运行的前提。
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第21卷第2期 系统 仿 真 学 报© V ol. 21 No. 22009年1月 Journal of System Simulation Jan., 2009网络模拟器NS2中仿真功能的问题分析及改进况晓辉1, 赵 刚1,2, 郭 勇1,3(1.北京系统工程研究所, 北京 100101; 2.清华大学计算机科学与技术系, 北京 100084; 3.国防科技大学信息系统与管理学院, 长沙 410073)摘 要：网络仿真技术为解决大规模网络规划、应用和协议设计面临的挑战提供了新的途径。
作为广泛应用的网络模拟器，NS2为建立可扩展的网络仿真环境奠定了重要基础。
在描述NS2仿真功能实现的基础上，重点分析了NS2仿真功能存在的不足。
针对发现的问题，提出并实现了NS2仿真功能扩展，最后验证了仿真功能扩展的正确性。
关键词：网络仿真；NS2；报文转换；功能扩展中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2009) 02-0427-05Improvement of Emulation Function in Network SimulatorKUANG Xiao-hui 1, ZHAO Gang 1,2, GUO Yong 1,3(1. Beijing Institute of System and Engineering, Beijing 100101, China; 2. Department of Computer Science and Technology,Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. Department of Information System and Management of NUDT, Changsha 410073, China)Abstract: Network emulate technology which enables real hosts and a real network to interact with a virtual network, becomes a very important way to resolve the challenge faced in network plan, application and protocol design. As a famous network simulator, NS2 proposed a foundation to construct network emulate platform. The emulation function of NS2 was described firstly. Based on analysis the problem of emulation function in NS2, the extension of NS2 emulation function was proposed and implemented. The correctness of extension was dominated in the end. Key words: network emulation; NS2; packet reform; function extension引 言互联网的迅速发展与膨胀对网络的规划、应用和协议的设计提出了新的挑战。
在试验环境中对网络规划、新的应用和协议进行评估是应对上述挑战的有效手段之一[1-3]。
当前构建复杂网络试验环境的实现技术主要包括测试床、网络模拟（network simulation ）和网络仿真（network emulation ）[4]等三种类型。
测试床具有逼真度高的优点，但是造价较高、规模和复杂性有限。
网络模拟具有可控性强、灵活性高、代价低以及能够实现复杂网络拓扑等优点，但是对于网络流量以及实现细节支持不够，交互性不高。
网络仿真综合了测试床和网络模拟的优点。
在仿真环境中，网络应用运行在实际的硬件平台上，且能够与实际的环境交互，扩展性和灵活性较高，同时网络试验环境可配置、可控制、可重复，能够生成真实网络流量，从而成为当前构建网络试验环境的重要技术。
当前网络仿真技术研究思路分为两种：一种思路是将仿真网络看作简单的延迟黑盒（simple delay lines ），仅关注网络出入口的设置，该思路具有硬件要求低的优点。
相关研究包括：Dummynet [5]，NIST net [6]等。
另一种思路是通过建立虚拟网络模拟进行实时网络仿真。
真实网络流量能够通过仿真收稿日期：2007-06-10 修回日期：2008-02-09作者简介：况晓辉(1975-), 男, 湖南新化, 博士, 副研究员, 研究方向为计算机网络, 信息安全；赵刚(1969-), 男, 河北保定, 研究员, 研究方向为计算机网络, 信息安全; 郭勇(1966-), 男, 湖南常德, 研究员, 研究方向为计算机网络, 计算机软件。
器，虚拟网络能够根据交互生成网络流量。
相关的研究包括VINT/nse [7]，ModelNet [8]，NetBed [9], Virtual Routers [10]，PlanetLab [11]以及IP-TNE [1]等。
随着网络复杂性的提高，基于延迟黑盒的网络仿真环境难以满足应用需求。
因此，建立在网络模拟基础上的仿真环境成为网络仿真技术的研究重点。
在网络模拟器实现中，NS2 [12]能够支持有线和无线、本地或卫星、局域网和广域网等各种网络类型以及网络分层模型，具有强大的二次开发能力以及可扩展、易配置和编程的事件驱动特性，为构建网络仿真平台提供了良好基础。
然而，NS2已有的仿真功能在IP 地址支持、路由机制、协议支持等方面存在不足，难以满足网络技术研究和协议设计开发的实际需求。
本文在深入分析NS2仿真功能的基础上，重点分析了已有功能存在的不足，描述并实现了NS2仿真功能扩展，解决了IP 地址支持、动态路由以及拓扑验证的问题。
最后，通过试验验证了仿真功能的正确性和有效性。
1 NS2网络仿真功能分析事件驱动的网络模拟器NS2是DARPA 支持的VINT 项目中的核心部分，由Berkeley, USC/ISI 、 LBL 和Xerox PARC 等大学和实验室合作开发，其目的是构造虚拟的网络平台和模拟工具，以支持网络协议的研究、设计和开发。
1.1 仿真功能NS2仿真模块实现了模拟器与实际网络的连接功能，2009年1月系统仿真学报 Jan., 2009包括分接代理对象、网络对象和协议仿真对象等，它们与NS2模拟器的关系如图1所示。
分接代理对象负责真实网络报文与模拟网络报文的转换。
分接代理对象关联的网络对象是接收和发送实际数据的入口点。
协议仿真对象实现对特定协议的仿真支持。
1.1.1 仿真功能中相关对象分接代理(Tap agent)分接代理类是从代理基类派生而来的类，能够产生模拟报文。
分接代理用来设置公共报头中长度、类型等字段。
其中，类型设置为 PT_LIVE 表明该模拟报文中包含真实网络数据。
分接代理能够发送数据包给关联的网络对象，并从关联的网络对象接收数据包。
每个分接代理只能关联到一个网络对象，但一个仿真节点可以绑定多个分接代理。
IPTapAgent和TCPTapAgent为Tap Agent的派生类，它将真实报文转换为模拟器中的IP报文或TCP报文，使得模拟器中已有的IP agent或TCP agent可理解此类报文，并对报头中的相关字段进行处理。
同时， IPTapAgent和TCPTapAgent 还负责将模拟报文转换为真实报文。
在转换过程中，通过将模拟报头中的IP报头和TCP报头与真实报文中的报头进行映射，实现真实节点与模拟节点在网络层和传输层的交互。
网络对象(Network Objects)网络对象提供一个以特定访问模式(只读、只写、读写)进入实际网络Link、RawIP或UDP等协议层的入口。
NS2提供三个网络对象：Pcap/BPF、IP网络对象、IP/UDP网络对象。
· Pcap/BPF 网络对象――提供LBNL包捕获库的扩展接口。
其中，PcapLiveNetwork采用混杂方式从网络接口驱动中捕获链路层数据帧，PcapFileNetwork支持从特定格式的文件中获取链路层数据帧。
· IP 网络对象――提供访问IP报文的能力，该对象以原始套接字方式运行。
以Network/IP为基类可以派生出实现更高层协议网络对象。
IP网络对象的配置相当简单，它跟任何特定的物理网络接口都没有联系；系统的 IP 路由能力可以把报头中含有目的地址的数据包发送到适当的接口。
·IP/UDP 网络对象――IP/UDP是Network/IP的子类，它提供实现UDP 报文访问能力，同时支持 IP 组播操作的功能。
协议仿真对象协议仿真对象实现对特定协议的仿真功能，目前NS2的仿真模块仅部分实现了ICMP、ARP、以及NAT等协议的仿真，提供的网络对象包括：IcmpAgent、PingResponder、ArpAgent以及NatAgent、TCPDestNat、TCPSrcNat、TCPSrcDestNat等。
· ICMP协议仿真对象――包括IcmpAgent、Ping- Responder，其中Agent/IcmpAgent,实现ICMP协议中的重定向功能，而PingResponder实现对ICMP ECHO类型ICMP 报文的响应。
· ARP协议仿真对象(ArpAgent)――实现ARP请求响应功能，可通过ArpAgent对象的命令设置接口、接口绑定的IP地址等。
· 网络地址转换对象――NatAgent是网络地址转换基类。
TCPDestNat、TCPSrcNat、TCPSrcDestNat等对象分别实现目的地址转换、源地址转换以及源/目的地址转换。
1.1.2 NS2仿真工作模式NS2仿真工作模式包括非透明模式和协议模式两种类型。
在非透明模式中，NS2把网络中的数据看成是不能被解释的数据包，实际的网络数据仅作为模拟报文的载荷，不对其进行任何处理。
在协议模式中，NS2通过仿真对象对真实网络报文进行解析、处理和响应。
协议模式协议模式下，绑定仿真对象的节点作为真实网络流量的目的节点，通过对真实报文进行分析，产生对应的响应报文，并将其封装为模拟报文，通过仿真网络发送到真实网络中。
如图2所示，NS2中的TCP agent 可以与实际的 TCP 服务器实现交互访问，也能接收来自外部应用程序的数据。