TCP与UDP模拟实验学习笔记

程序和相关解释可以参考：http://nile.wpi.edu/NS/ ，为英文文档。

本文假设已有课本教材和相关代码。

这个实验的仿真网络结构图包含：两个传输节点/路由器和数据接收端。传输节点到路由器的传递延迟是10ms，路由器到接收端是20ms。链路的管理机制是DropTail机制（丢掉队列尾部以实现更好的QoS 服务）。s1到d之间有一条FTP的联机，建构在TCP之上，接收TCP的数据后，会回复ACK封包给发送端。s2到d之间有一条CBR（const bit rate）的联机，建构在UDP之上。

TCL的程序代码略。

在目录文件下运行：

ns lab3.tcl

会生成仿真过程记录文件（out.tr）和一个NAM记录文件（out.nam），通过弹出的nam窗口，运行，可以观察网络仿真的过程（发包/回ACK等）。

本实验的重点应该是分析数据（out.tr）吧，下面是对自己的一些理解，花了一定的时间，不过可能还是有一些理解的不到位。

记录的格式字段包括--事件/时间/发送节点/接收节点/包的类型/包大小/封包的标记标注/封包属于哪一个数据流/封包的来源端/封包的目的端/封包的序号/封包的ID。共12个字段。

out.tr中按时间记录了网络中的所有封包，包括tcp/cbr/ack类型，封包的来源端和目的端的格式为a.b,a代表结点编号，b表示端口号。 封包的序号(seq number)好像表示网络层包的序号，封包的id是标识一个包的。

1.0--3.1表示从结点1的端口0发送包到结点3的端口1，中间会经过路由器的转发（被路由器接收并转发）。每个封包都会发两次？！。tcp报文大小为1040byte，cbr为1000byte？？？

awk语言是一行一行的来读取数据文件，要注意它的工作流程。在此不多做介绍。

使用awk对out.tr的数据做简单分析，分析的物理量包括：端点到端点的延迟/抖动率/封包的遗失率/吞吐量。

1.端点到端点的延迟

顾名思义，是计算包从发送端到接收端之间的时间，比如从节点1到节点3之间经过的时间，前面分析过大约是30ms左右的时间，会在队列中等待，导致延迟时间会大于30ms，比如38.7ms等，等待的时间不同，导致延迟时间不同，这个不同就是抖动率。

awk中一段程序为：

   if ( flow_id == 2 && action != "d" ) {
      if ( action == "r" ) {
         end_time[packet_id] = time;
      }
   }

这里的“r”表示接收包的意思，其时间表示接收该包的时间，out.tr中的每一行表示一个包，一个包肯定会被路由器转发（接收），当被目的端接收时就会覆盖掉路由器的这个end_time[packet_id]，从而得到packet_id包的接收时间。接收时间-发送时间就可以得到这个包的延时，该延时表示端点到端点的延时。

使用gnuplot工具可以画出每个包的延时（横轴为包的发送时间，纵轴位延时时间），图当然可以画的更细致/更好看一些。画图的代码为：

set terminal gif
set output "cbr_delay.gif"
plot "cbr_delay"

图为：

2.抖动率（jitter）

如前所述，抖动就是因为在队列中的等待时间或者在链路上的传输时间不一样，导致的每个封包的延迟时间不一样。这个物理量可以描述网络的稳定情况，抖动率越大，表示网络越不稳定。抖动率的计算公式为：(封包n2的延时-封包n1的延时)/(n2封包的序列号-n1封包的序列号)  ???。 awk程序略。

使用类似的画图程序（这里，如果前面做了一些绘图环境的设置，想要重置环境的话，使用reset命令即可),可以得到抖动率的统计图为：

3.封包的遗失率

其含义是：丢失包占发送包的比例。awk程序中统计的是，发送包的数量和丢失包的数量。

4.吞吐量

表示单位时间内，某个节点发送和接收的数据量。

实验中统计的是，from结点2 to 节点3在不同接收时刻的吞吐量。公式为：th=pkt_byte_sum[j]/(end_time[j]-start_time)*8/1000;单位是kbps。

模拟图为：