计算机网络实验——ns3仿真最短路由选择算法

实验设计：

• 九个节点的ad-hoc网络，路由协议采用最短路由选择算法

          

实验目的：

• 采用Floyd-Warshall算法实现ad-hoc网最短路由选择
• 学习NS3仿真模拟器

实验设置：

• 开发环境：Windows 10 Pro + VS2012 Express
• 开发工具：NS3+ Mercurial
• 开发语言：C++

实验心得：

Mercurial:

• 基于pyhton的轻量级分布式版本控制

• 基于 GNU General Public License (GPL) 授权的开源项目

• 分布式：更轻松的管理。更健壮的系统。对网络的依赖性更低。

NS3:

• 06年开源项目

• 离散事件模拟器，C++语言编写。

• 仿真脚本语言：Python与C++。

• 可视化工具NetAnim

• 可生成PCAP包trace文件供仿真分析

• 

最短路由选择算法：

• 静态路由算法

• 目的：在一个由router构成的子网内，算法根据信道带宽，通信延时，队列长度，平均通信量，通信距离等指标，计算各router间通信最短路由表

• 常见：Dijsktra,Floyd

Floyd-Warshall算法:

• 是解决任意两点间的最短路径

• 通常可以在任何图中使用，包括有向图]、带负权边的图

• O(n^3)的算法复杂度

UDP客户端与服务端通信：

• UDPServer用来收发包

• UDP client则发包和接受来自Server的回应

• UDP client 可有带CONNECT和不带CONNECT，和TCP通信的区别在于建立连接无需三次握手

Ad hoc 网络：

• 前身是分组无线网（Packet Radio Network）。研究源于军事通信的需要，并已经持续了近20年。

• Ad Hoc源自于拉丁语，意思是“for this”引申为“for this purpose only”，即Ad hoc网络是一种有特殊用途的网络。

• IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，Ad hoc网络就此诞生。

• Ad Hoc结构是一种省去了无线中介设备AP而搭建起来的对等网络结构，只要安装了无线网卡，计算机彼此之间即可实现无线互联。

• 原理是网络中的一台计算机主机建立点到点连接，相当于虚拟AP，而其他计算机就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。

IPv4：

• IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基础的协议。

• Ipv4可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议) ，卫星链路等等。局域网中最常用的是以太网。

• 基于IPv4的网络难以实现网络实名制，一个重要原因就是因为IP资源的共用，因为IP资源不够，所以不同的人在不同的时间段共用一个IP，IP和上网用户无法实现一一对应。而IPv6的普及将改变现状，因为IPv6一个重要的应用将是实现网络实名制下的互联网身份证/VIeID，

NS3编程：

• wifiHelper类，指定无线链路标准，涉及传输速率等网络参数

  • 第一代wifi标准 80211（80211b）

    1997年完成，传输速率支持1Mbps 和 2Mbps。支持采用FHSS（跳频）和DSSS（直接序列扩频），采用不同技术的设备是无法兼容的。

    WifiHelper wifi;
    wifi.SetStandard (WIFI_PHY_STANDARD_80211b);

     

• YansWifiPhyHelper：描述天线相关参数，依赖于YansWifiChannelHelper 指定无线电传播模型：包括传播延时和衰减模型

  YansWifiPhyHelper wifiPhy =  YansWifiPhyHelper::Default ();
  YansWifiChannelHelper wifiChannel;
  wifiChannel.SetPropagationDelay ("ns3::ConstantSpeedPropagationDelayModel");
  wifiChannel.AddPropagationLoss ("ns3::LogDistancePropagationLossModel");
  wifiPhy.SetChannel (wifiChannel.Create ());

   

• Mac层设备根据802.11b标准，设置传输速率1Mbps，采用DSSS拓频技术，DSSS技术将2.4G频段划分为14个信道，以chipping sequence 处理数据串，如待传送的数据为1， 则用 展频码“01001000111”代替1，展频码自身都够冗余校验，提升抗干扰能力。

  wifi.SetRemoteStationManager ("ns3::ConstantRateWifiManager", "DataMode",StringValue ("DsssRate1Mbps"), "ControlMode",StringValue ("DsssRate1Mbps"));

   

• InternetStackHelper 类为节点聚合TCP/UDP/IP等功能所需协议，这里使用继承了ns3中IPv4路由协议实现ns3::IPv4RoutingHelper增加了最短路由算法的ShortestPathRouterHelper

  ShortestPathRoutingHelper sr;
  Ptr srt = CreateObject ();
  sr.Set ("RoutingTable", PointerValue (srt));
  ​
  //对现有节点nodes聚合IP/TCP/UDP功能。
  InternetStackHelper internet;
  internet.SetRoutingHelper (sr);
  internet.Install (nodes);

   

• Ipv4AddressHelper 类为网络设备分配IPv4地址

  Ipv4AddressHelper ipv4;
  ipv4.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0"); 
  Ipv4InterfaceContainer iface = ipv4.Assign (devices);

   

• 取代third.cc里的路由信息语句，此处ShortestPathRoutingTable类获悉各路由节点IP信息，并更新静态最短路径路由表

  for (uint16_t i = 0; i < numNodes; i++)
  {
        srt->AddNode (nodes.Get (i),   iface.GetAddress (i)); 
  }
  srt->UpdateRoute (60);

   

• 任取通信距离大于可大范围的网络设备分别安装UDP服务端应用和UDP客户端应用，进行测试

• 当 Simulator::Run 被调用时，系统会开始遍历预设事件的列表并执行。首先它会在1.0 s时运行事件，这个事件会使echo服务端应用生效。接下来仿真器会运行在t=2.0 s时的事件，即让echo客户端应用开始。

  UdpServerHelper echoServer (9);
  ​
  ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (8));
  serverApps.Start (Seconds (1.0));
  serverApps.Stop (Seconds (20.0));
    
  ​
  UdpClientHelper client (iface.GetAddress (8), 9);
  client.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (2));
  client.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1)));
  client.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1000));
  ​
   
  ApplicationContainer clientApps;
  clientApps = client.Install (nodes.Get (1)); 
  clientApps.Start (Seconds (2.0));
  clientApps.Stop (Seconds (20.0));
  ​
  Simulator::Run ();
  Simulator::Destroy ();