NS-3教程（2）：NS-3简单介绍

本文主要介绍一些NS-3入门性质的知识。

简介

什么是NS-3？

ns-3是一个离散事件驱动网络模拟器，主要作为研究和教学使用。ns-3是基于GNU GPLv2下的免费的开源软件。ns-3意图最终能够完全取代ns-2。

NS-3虽然冠以一个“3”，但事实上跟它广泛流行的前任NS-2并非一脉相承，或者从使用角度上说，仅仅继承了一个名称而已。NS-3基本上是一个新的 模拟器，不支持NS-2的API。NS-3是完全用C++编写的（也有可选的Python接口），而NS-2一部分模块使用C++而另一部分使用 OTcl。因而NS-3最大的特点就是脚本可以C++或Python语言，而在NS-2中，我们使用的是OTcl。

NS-3的功能仍旧在开发中，因此它远没有NS-2完善（当然NS-2的维护也在进行中）。NS-3并不包含目前所有NS-2的功能，但它具有某些新的特性：正确的多网卡处理、IP寻址策略的使用、更详细的802.11模块等等。

NS-3的一些名词解释

POSIX: Portable Operating System Interface

一组操作系统API的协议/标准族，最开始为了Unix系统上的可移植性而开发的，也适用于其他操作系统。

Doxygen: Documentation Generator

支持C++、C、Java、Objective-C、Python、IDL、Fortran、VHDL、PHP、C#等各种语言的文档生成器，用于从源代 码中生成说明文档。（类似于我之前使用过的Sandcastle，貌似更加强大些，有必要得学习一下。）

nam: Network Animator

基于Tcl/TK的网络动画演示工具，能提供拓扑和包级别的动画以及数据流观察。（参考http://www.isi.edu/nsnam/nam/）

Mercurial:

NS-3代码维护使用的源码版本控制管理系统

Waf:

NS-3项目使用的新一代的基于Python的构建系统（Build System）

WireShark:

一种GUI包嗅探器。由于NS-3能生成.pcap文件，因此可以使用类似于WireShark的软件对数据进行分析

tcpdump:

另一种包嗅探器。在Linux下使用CLI进行数据分析

资源

编译系统Waf

读者下载NS-3的源码到本地系统之后，需要对源码进行编译来生成可执行程序。正如源码管理方式多种多样，编译源码也有多种工具。最常用的工具是make. Make最出名的一点：它可能是编译大型和高可配置型系统最难的一种方法。因此，有很多替代工具被开发出来。最近，大型高可配置系统的编译工具大多选择用Python语言来开发。

NS-3的编译系统采用了Waf。它是用Python开发的新一代编译管理系统。读者不必掌握python，即可编译现有的NS-3项目。如果读者想要扩展现有的NS-3系统，大多数情况只需了解Python知识的很少且非常直观的一个子集。

对于想了解Waf细节的读者，可以访问http://code.google.com/p/waf/ .

开发环境

通常，NS-3使用者的工作环境为Linux或者类Linux系统，NS-3的脚本由C++或者Python编写。从NS-3.2开始，NS3的API提供了python语言接口，但是所有的模块都是由C++编写的。

套接字编程

我们假定读者对本教程所举例子中的Berkeley套接字API基本熟悉。如果您不了解套接字，我们建议您学习一下这些API和一些常见的使用例程。

概念概述

节点 （Node）

在因特网术语中，任何一台连接到网络的计算设备被称为主机，亦称为终端。 ns -3是一个网络模拟器，而非一个专门的因特网模拟器，为此我们避开术语“主机”，因为这个词太容易让人联想到因特网和及其相关协议。因此，我们选用了一个来源于图论，在其他网络模拟器中亦广泛使用的术语：节点。

ns-3中基本计算设备被抽象为节点。节点由C++中的Node类来描述。Node类提供了用于管理仿真器中网络组件表示的各种方法。

你应该将节点设想为一台可以添加各种功能的计算机。为了使一台计算机有效地工作，我们可以给它添加应用程序，协议栈，外设卡及驱动程序等。NS3采用了与此相同的模型。

应用程序 （Application）

计算机软件通常可分为两大类： 系统软件和应用软件。系统软件根据计算模型配置和管理计算机中的各种资源，例如内存，处理器周期，硬盘，网络等。系统软件通常并不直接使用这些资源来完成用户任务。用户往往需要运行应用程序来完成一些特定的任务，而应用程序需要使用由系统软件控制的资源。

通常，系统软件和应用软件的界线表现为特权级的变化，而这种变化是通过操作系统的自陷功能（operating system traps）来实现的。在ns-3中并没有真正的操作系统的概念，更没有特权级别或者系统调用的概念。然而，我们有应用程序的概念。正如“现实世界”中在计算机上运行应用程序以执行各种任务一样，ns-3仿真环境中的应用程序在节点上运行来驱动模拟过程。

在ns-3中，需要被仿真的用户程序被抽象为应用。应用在C++中用Application类来描述。这个类提供了管理仿真时用户层应用的各种方法。开发者应当用面向对象的方法自定义和创建新的应用。在第一个示例脚本，我们会使用Application类的实例：UdpEchoClientApplication 和UdpEchoServerApplication。也许你已经猜到了，这些应用程序包含了一个client/server应用来发送和回应仿真网络中的数据包。

信道

在现实世界中，人们可以把计算机连接到网络上。通常我们把网络中数据流流过的媒介称为信道。当你把以太网线插入到墙壁上的插孔时，你正通过信道将计算机与以太网连接。在ns-3的模拟环境中，你可以把节点连接到代表数据交换信道的对象上。在这里，基本的通信子网这一抽象概念被称为信道，在C++中用Channel类来描述。

Channel类提供了管理通信子网对象和把节点连接至它们的各种方法。信道类同样可以由开发者以面向对象的方法自定义。一个信道实例可以模拟一条简单的线缆（wire），也可以模拟一个复杂的巨型以太网交换机，甚至无线网络中充满障碍物的三维空间。

我们在本教程中将使用几个信道模型的实例，包括：CsmaChannel, PointToPointChannel和WifiChannel。举例来说，CsmaChannel信道模拟了用于一个可以实现载波侦听多路访问通信子网中的媒介。这个信道具有和以太网相似的功能。

网络设备

以前，如果想把一台计算机连接到网络上，你就必须买一根特定的网络线缆，并在你的计算机上安装称为外设卡的硬件设备。能够实现网络功能的外接卡被称为网络接口卡（网卡）。现在大多数计算机出厂时已经配置了网卡，所以用户看不到这些的模块。

一张网卡如果缺少控制硬件的软件驱动是不能工作的。在Unix（或者Linux）系统中，外围硬件被划为 “设备”。设备通过驱动程序来控制，而网卡通过网卡驱动程序来控制。在Unix和Linux系统中，网卡被称为像eth0这样的名字。

在ns-3中，网络设备这一抽象概念相当于硬件设备和软件驱动的总和。NS3仿真环境中，网络设备相当于安装在节点上，使得节点通过信道和其他节点通信。像真实的计算机一样，一个节点可以通过多个网络设备同时连接到多条信道上。

网络设备由C++中的NetDevice类来描述。NetDevice类提供了管理连接其他节点和信道对象的各种方法，并且允许开发者以面向对象的方法来自定义。我们在本教程中将使用几个特定的网络设备的实例，它们分别是CsmaNetDevice, PointToPointNetDevice, 和 WifiNetDevice。正如以太网卡被设计成在以太网中工作一样，CsmaNetDevice被设计成在csma信道中工作，而PointToPointNetDevice 在PointToPoint信道中工作，WifiNetNevice在wifi信道中工作。

拓扑生成器

在现实的网络中，你会发现主机已装有（或者内置）的网卡。在ns-3中你会发现节点附加了网络设备。在大型仿真网络中，你需要在节点、网络设备和信道之间部署许多连接。

既然把网络设备连接到节点、信道，配置IP地址等等事情在ns-3是很普遍是任务，那么我们干脆提供了“拓扑生成器”来使这个工作变得尽可能的容易。举例来说：创建一个网络设备，配置一个MAC地址，把此网络设备装载到节点上，设置节点的协议栈，以及连接网络设备到一个信道，这些事情都需要许多分立的ns-3核心操作。而当需要把许多设备连接到多点信道，在网际间将单个网络进行连接，则需要对ns-3核心进行更多更多的分立操作。我们提供了拓扑生成器来整合这些大量分立的步骤，使其成为一个简单易用的操作。很明显，这样做可以极大地方便用户。

参考文章：

http://www.cnblogs.com/lovemo1314/category/282691.html

官方文档 https://www.nsnam.org/documentation/。

个人主页： www.nicetony.space