NS3之路---Tutorial解读---Beginning&&Concept

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鉴于前面已经有写过了ns3安装的部分，因此也就不重新介绍beginning部分了。

第四章介绍了几个网络中非常重要的概念。对于网络比较熟悉的基本上一看就能懂，理解这几个概念对于理解ns3十分重要。下面就是tutorial第四章的相关翻译工作。

相关概念介绍

首先，在进行ns3程序开发之前，我们有必要对相关概念进行介绍。它们是网络中最基本的对象，因此必须理解。

节点-Node

在因特网术语中，连接到网络的计算设备被称为主机或者终端。但是由于ns3是网络模拟器，而非因特网模拟器，因此我们更习惯使用图论中的概念节点来描述。

节点对象的基类是使用C++编写的Node类，它提供各类方法模拟网络中的计算设备。同时，也允许用户向其内部添加功能（应用程序、协议栈、外部设备驱动…）以模拟更复杂的网络设备。

应用程序-Application

计算机软件分为两类：系统软件和应用软件。系统软件负责组织各类资源（内存、处理器、磁盘、网络…），应用软件则用于完成用户需求（期间可能需要与系统软件通信以使用其资源）。然而在ns3中，并没有操作系统的概念，因此系统软件也就不存在了，只剩下应用程序。

在ns3中，应用程序的基类为Application。但是在学习初期，我们直接使用两个具体的应用程序类，它们继承Application，分别为：UdpEchoClientApplication（客户端）和UdpEchoServerApplication（服务器）。它们可以用来产生和回应数据包。

信道-Channel

现实中，网络通信数据流经过的媒介乐意被称为“信道”。同样，在ns3中我们也需要有信道的概念。其基类使用Channel表示。信道用于管理通信子网之间、节点与通信子网之间的通信。

在ns3中，提供了具体的信道类，它们继承于Channel。分别为：CsmaChannel（载波侦听多路访问信道）、PointToPointChannel（点对点信道）、WifiChannel（wifi信道）。不同信道支持的协议不一样，如CsmaChannel在其通信媒介上提供载波侦听和冲突检测，可以模拟以太网的特点。

网络设备-Net Device

总所周知，当你需要使用电脑上网时，必须使用网络接口卡（NIC）。但是硬件网卡必须使用软件驱动，二者结合才能正常工作。在Linux操作系统中，它们的出现形式类似于eth0这样的。

在ns3中，网络设备的模拟包括硬件和软驱动两部分。而且必须将其“安装”在Node中，才能使Node通过Channel与外部通信。另外，一个Node允许有多个Net Device，通过多条Channel与外部进行通信。

网络设备在ns3中的抽象为NetDevice，它提供连接Channel和Node的方法。在ns3中的具体派生类有：CsmaNetDevice（CSMA网络设备）、PointToPointNetDevice（点对点网络设备）、WifiNetDevice（wifi网络设备）。不同的网络设备应该被用在Node与对应的的Channel之间。例如：CsmaNetDevice对应CsmaChannel。

拓扑帮助器-Topology Helpers

现实中的网络十分复杂，想要在ns3中模拟，那么就必须在Node、NetDevice、Channel之间搭建各种连接，还包括分配IP，等等工作。为了简化开发工作，ns3提供了Topology Helpers来帮助搭建网络拓扑，它为开发人员提供了一种更见方便的模式。

第一个ns-3脚本

以本人安装的ns-3.15为例，在…ns-3.15/examples/tutorial/first.cc，这是我们需要学习的第一个例子。关于该例子的解释，详细的请参考tutorial第25-33页。本文选出在上面没有介绍的部分进行说明。

1.  NodeContainer

位于ns3命名空间下。它提供了管理、创建、访问Node对象的方法。程序中涉及的Create()即为创建节点的方法。

1. PointToPointHelper

它属于我们前面提到的Topology Helper。在该脚本中构造一个点对点的链路，连接PointToPointNetDevice和PointToPointChannel。在实例化对象之后，使用了两个方法：SetDeviceAttribute()设置网络设备的属性，包括MTU、Address、bps、DateRate等；SetChannelAttribute()设置信道属性，具体可查阅www.nsnam.org/docs/release/3.24/doxygen；

1. NetDeviceContainer

网络设备容器，类似于NodeContainer，是网络设备的容器。但是它并非像NetContainer那样创造对象。而是通过将Channel和Node连接起来这样的一个过程构造网络设备卡，并将其附在节点和信道之间。最初在创建Channel时所设置的属性值会过渡到创建的属性中。下面的代码以容器为对象两两匹配。

NetDeviceContainer = PointToPointHelper.Install(NodeContainer)；

1. InternetStackHelper

网络协议部署器，属于前面提到的Topology Helper，在设置完整体拓扑结构之后，需要在节点中部署互联网协议（TCP、UDP、IP等）。下面的安装过程以节点容器为对象。

InternetStackHelper.Install(NodeContainer)；

1. Ipv4AddressHelper

负责ip地址的分配，同样为了方便，可以直接以节点容器为对象进行地址分配。目前该类对外只提供基础IP地址和子网掩码的设置功能，函数为SetBase()。

Ipv4AddressHelper.SetBase(IP, MASK)；

具体分配是由Assign()方法完成的，以容器为对象，按顺序分配ip。当然，ip地址绑定在NetDevice上。这样就形成了网络接口，这些接口保存为Ipv4InterfaceContainer，同样也是一个容器类，对外提供统一的访问方式。

Ipv4InternetContainer = Ipv4AddressHelper.Assign(NetDeviceContainer)；

如此一来，一个基本的网络架构便搭建完成。下面需要做的就是在网络中产生流量。

应用程序-Application

之前提到过，为了简化入门的过程，我们前面提到了两个具体类：UdpEchoServerApplication和UdpEchoClientApplication分别作为服务器和客户端，在ns3中为了减少开发人员的工作，分别提供了UdpEchoServerHelper和UdpEchoClientHelper，对于服务器Helper而言，需要在初始化的时候设定一个监听端口，然后将该服务安装到某一节点（而非节点容器）中，然后得到的UdpEchoServerApplication同样保存在ApplicationContainer容器中。

UdpServerHelper echoserver(PORT)；

ApplicationContainer = UdpEchoServerHelper.Install(Node)；

客户端Helper在初始化过程中需要设定访问的远程IP地址、远程端口。其次设定相关的属性（包大小、发包间隔等），最后则是将Client安装到节点上。

UdpEchoClientHelper echoclient (Remote IP, Remote Port)；

UdpEchoClientHelper.SetAttribute(ATTRIBUTES)；

ApplicationContainer = UdpEchoClientHelper.Install(Node)；

需要注意的是Server和Client都保存在ApplicationContainer中，但是程序中是建立了两个ApplicationContainer，分开存放。对于同一容器内的对象均是按先来后到的顺序存放。

仿真-Simulator

基础架构搭建完毕、流量工程设置完毕，接着就可以启动网络，开始仿真。具有流量运动的仿真时间通过Client和Server的开始、关闭时间决定。仿真直接调用Run开始整个工程。

Simulator::Run()；

但是在运行结束之后，必须将其关闭，以免造成内存泄露等问题。

Simulator::Destroy()；

另外仿真器可以显示停止，在于对Stop()的调用。

Simulator::Stop()；

程序运行之前一般先编译、再运行。

$ ./waf

$ ./waf –run YOUR-PROGRAMM

NS3之路---Tutorial解读---Beginning&&Concept

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