一个简单的ns2实验全过程

实验名称：比较tcp和udp的丢包行为

试验目的：
1. 熟练用ns2做网络仿真试验的整个流程；
2. 练习写tcl脚本，了解怎么应用http和rtp；
3. 练习用awk处理trace数据，了解怎么计算丢包率；
4. 练习用gnuplot绘制曲线图，熟练gnuplot的使用。

实验步骤：
1。确定网络拓扑。
   一个简单的三个节点的拓扑，两个运行cbr(const-bitrate)应用的发送结点，一个接收结点。一条链路使用tcp链接，一条链路使用udp连接。如图。

2。写tcl脚本。

# jiqing 2007-6-5
# this script is to compare the loss rates of http and rtp.

set ns [new Simulator]

#open a nam trace file
set nf [open out.nam w]
$ns namtrace-all $nf

#open a trace file
set tf [open out.tr w]
$ns trace-all $tf

#finish procedure
proc finish {} {
 global ns nf tf
 $ns flush-trace
 close $nf
 close $tf
 exec ./nam out.nam &
 exit 0
}

#create nodes
set node(http) [$ns node]
set node(rtp) [$ns node]
set node(recv) [$ns node]

#create links
$ns duplex-link $node(http) $node(recv) 0.9Mb 10ms DropTail
$ns duplex-link $node(rtp) $node(recv) 0.9Mb 10ms DropTail

#set queue size
$ns queue-limit $node(http) $node(recv) 10
$ns queue-limit $node(rtp) $node(recv) 10

#relayout nodes
$ns duplex-link-op $node(http) $node(recv) orient right-down
$ns duplex-link-op $node(rtp) $node(recv) orient right-up

#set colors
$ns color 1 blue
$ns color 2 red

#set a tcp connection
set tcp [new Agent/TCP]
$ns attach-agent $node(http) $tcp
set sink [new Agent/TCPSink]
$ns attach-agent $node(recv) $sink
$ns connect $tcp $sink
$tcp set fid_ 1

#set a cbr above tcp connection
set cbr(http) [new Application/Traffic/CBR]
$cbr(http) attach-agent $tcp
$cbr(http) set type_ CBR
$cbr(http) set packet_size_ 1000
$cbr(http) set rate_ 1mb
$cbr(http) set random_ false

#set a rtp connection
set rtp [new Agent/UDP]
$ns attach-agent $node(rtp) $rtp
set null [new Agent/Null]
$ns attach-agent $node(recv) $null
$ns connect $rtp $null
$rtp set fid_ 2

#set a cbr above tcp connection
set cbr(rtp) [new Application/Traffic/CBR]
$cbr(rtp) attach-agent $rtp
$cbr(rtp) set type_ CBR
$cbr(rtp) set packet_size_ 1000
$cbr(rtp) set rate_ 1mb
$cbr(rtp) set random_ false

#schedule
$ns at 0.1 "$cbr(http) start"
$ns at 0.1 "$cbr(rtp) start"
$ns at 4.0 "$cbr(http) stop"
$ns at 4.0 "$cbr(rtp) stop"
$ns at 4.1 "finish"

$ns run

3。仿真。在命令提示符下输入ns http_vs_rtp.tcl，回车。仿真结束，会调用nam演示动画。
4。用awk处理trace数据。
   awk的语法和c很像，不同的是awk中使用变量不用事先声明。一个awk程序的结构如下面所示：
BEGIN{
 ...
}
{
 ...
}
END{
 ...
}
可见，程序分为三块，BEGIN只在程序进入时执行一次，END只在程序退出前执行一次。而中间的程序块会在处理每行数据时都执行一次。
这里用awk计算tcp和udp连接的丢包率，具体程序如下：

BEGIN {
 tcp_droped = 0;
 udp_droped = 0;
 last_tcp = -1;
 last_udp = -1;
 total_tcp = 0;
 total_udp = 0;
 i = 0;
}

{
 action = $1;
 time = $2;
 type = $5;
 seq_no = $11;

if(action == "+" && type == "tcp"){
  total_tcp = total_tcp + 1;
 }

if(action == "+" && type == "cbr"){
  total_udp = total_udp + 1;
 }

if(action=="r"){
  if(type=="tcp"){
   if(seq_no != last_tcp + 1){
    tcp_droped = tcp_droped + 1;
   }
   last_tcp = seq_no;
  }

if(type=="cbr"){
   if(seq_no != last_udp + 1){
    udp_droped = udp_droped + 1;
   }
   last_udp = seq_no;
  }

time_point[i] = time;
  if(total_tcp > 0)
   tcp_loss[i] = tcp_droped / total_tcp * 100;
  else
   tcp_loss[i] = 0;
  if(total_udp > 0)
   udp_loss[i] = udp_droped / total_udp * 100;
  else
   udp_loss[i] = 0;
  i = i + 1;
  
 }
 
}

END {
 printf("%.2f\t%.2f\t%.2f\n",0,0,0);

for(j=0;j < i; i++){
  printf("%.2f\t%.2f\t%.2f\n",time_point[j], tcp_loss[j], udp_loss[j]);
 }
}

awk程序写好后，在命令行下输入awk -f measure_loss.awk > http_rtp.txt，将把printf输出的结果写入http_rtp.txt。参见http_rtp.txt。

。。。。。。。

0.91 6.45 0.00
0.91 6.45 0.00
0.92 6.38 0.00
0.92 6.38 0.00
0.92 6.38 0.00
0.93 6.32 0.96
0.93 6.32 0.96
0.93 6.32 0.95
0.94 6.25 0.95
0.94 6.25 0.94
0.94 6.25 0.94
0.95 6.19 0.94
0.95 6.19 0.93
0.95 6.19 0.93
0.95 6.12 0.93
0.96 6.12 0.93

。。。。。。。

5。用gnuplot画图。
怎么进入和退出gnuplot?
开启xserver(运行startxwin.bat)后，输入gnuplot，将进入交互式的画图。如果要退出，输入quit。

http_rtp.txt中有三列数据，分别是时间、tcp丢包率、udp丢包率。
怎么控制gnuplot选择其中两列作为x,y轴的数据呢？
plot "filename" using 2将会把第二列作为y轴的数据，第一列默认是x轴的数据。
plot "filename" using 2:3将把第二列作为x轴的数据，第三列作为y轴的数据。

怎么在一张图中绘制多条线？
多个数据源之间用逗号隔开就可以了，如：
plot "filename1" using 2, "filename2" using 2:3, ...

怎么把图输出为图片？
set terminal gif //设置输出格式
set output "http_rtp.gif" //设置输出文件名
replot  //输出

怎么为图片增加说明？
set title "title" //设置标题
set xlabel "xlabel" //设置x轴说明
set ylabel "ylabel" //设置y轴说明

实验中遇到的困难及解决办法：
1。问题：不知道怎么使用rtp agent。
   解决：找不到关于这方面的资料，先用udp代替。
2。问题：不知道怎么使用http
   解决：关于http的使用ns-2手册 39.7web cache一节，可供借鉴。但是建立一个http应用比较麻烦，需要http/server, http/client, http/cache。这里用cbr来代替。

实验结果：
1。当链路带宽设为1mb，tcp和udp速率都为1000时，tcp有丢包现象，udp没有丢包现象，这大概是因为tcp有确认报文，而udp没有的缘故。当把链路带宽都设定为0.9Mb，tcp和udp都有严重的丢包现象。可见虽然tcp有重传机制，但在带宽太低的情况下，仍然会丢包。
2。最终的曲线图说明，tcp的拥塞控制机制发挥了作用，丢包率逐步下降。而udp没有拥塞控制机制，当缓冲队列满后，丢包率迅速上升。

参考文献：
1. The ns Manual.
2. ja2 chung, mark claypool. ns by example.
3. 柯志亨的个人站点：http://140.116.72.80/~smallko/。