Ns2实现原理

 OTcl与C++关联

执行路径：Tcl->Otcl->C++
返回路径：C++->Otcl->Tcl

NS2协议修改和移植

NS2中的各种网络协议在底层通过C++实现，在网络仿真过程中最终通过调用底层C++代码实现网络行为、算法、功能等各种仿真
NS2协议修改：通过NS2中已有协议的修改，完成网络研究中通过对现有协议或算法改进效果的测试和验证
NS2协议移植：将新开发的网络协议移植到NS2中，以便能够对协议性能进行测试和比较
两个实验：
实验二：网络拥塞避免仿真实验
实验三：洪泛无线路由协议移植实验

实验二：网络拥塞避免仿真实验

网络拥塞形成的原因
存储容量的限制：端口转发数据的速率低于数据包到达速率，造成存储空间被占满的情形，后到达的数据包将被丢弃
带宽容量的限制：低速链路难以应对高速数据流的输入
处理器性能的限制：工作效率不能满足高速链路的需求
其它原因：网络规划不合理、路由协议不完善、网络链路性能不稳定等
拥塞的表现形式（对源端）：
丢包->重传->…->更大的拥塞->…->网络崩溃

拥塞检测（ TCP中的假设）：
        丢包由拥塞引起
        接收端向源端发送ACK
                1到2个重复ACK：可能由报文乱序引起
                3个或更多重复ACK ：报文被丢弃
拥塞避免：
        队列管理：在一定程度上缓解拥塞（降低丢包率）
                Droptail、RED等
        拥塞窗口：慢启动、加法增大、乘法减小

丢包的假设

在TCP协议中，丢包通常被视为网络拥塞的迹象。TCP使用一系列的机制来检测并响应网络拥塞：

• 接收端向源端发送ACK（确认）：ACK是接收端告诉发送端已成功接收数据包的方式。
• 1到2个重复ACK：当发送端收到一个或两个重复的ACK时，这可能表明数据包是乱序到达而不是被丢弃。在这种情况下，TCP可能会稍作等待，以允许乱序的数据包被正确排序。
• 3个或更多重复ACK：当发送端收到三个或更多重复的ACK时，这被解释为一个数据包已经被网络中的某处丢弃。TCP使用这个信号作为网络拥塞的明确指示，并触发快速重传机制，同时进入拥塞控制模式。

拥塞避免策略

为了应对和避免网络拥塞，TCP实施了几种机制：

• 队列管理：网络设备使用队列管理算法来处理传入的数据包，以减少拥塞和丢包。例如：

  • Droptail：一种简单的队列管理策略，当队列满时简单地丢弃新到达的数据包。这种策略容易导致全局同步和队列振荡。
  • RED（Random Early Detection）：一种主动队列管理算法，通过在队列达到饱和前就开始丢弃数据包来避免拥塞，丢包概率与队列长度成正比，以平滑流量并避免队列过长。

• 拥塞窗口调整：TCP通过调整拥塞窗口大小来控制发送端的数据流量，主要通过以下几种方式：

  • 慢启动：连接开始时，拥塞窗口从一个较小的值开始，每收到一个ACK就将窗口大小加倍，快速增加网络中的数据量，直到达到阈值。
  • 加法增大（AIMD）：在慢启动阈值之后，拥塞窗口以线性方式增加，每个RTT（往返时间）增加一个MSS（最大段大小），使得窗口增长更为谨慎。
  • 乘法减小（MD）：当检测到丢包事件（如收到三个重复ACK）时，将拥塞窗口大小减半，以减少网络中的数据流量，避免进一步拥塞。

这些机制共同作用，使TCP能够适应网络状况的变化，优化数据传输效率，同时减少数据丢失和延迟的可能性。通过这样的策略，TCP确保了网络资源的合理利用和公平分享，同时避免了网络的过度拥塞

NS2中的Droptail队列管理：
\ns-allinone-2.29\ns-2.29\queue\drop-tail.cc

RED（Random Early Detection）

for more details, please access
http://www.icir.org/floyd/papers/red/red.html
C:\cygwin\home\admin\ns-allinone-2.29\ns-2.29\queue\red.cc

Pa是随队列长度增加而增大的函数，设置的方式可以有很多种，右图为其中的一种

实验目的： 

1. 了解NS2的架构和基本组件的结构
2. 在NS2已有算法的基础上，掌握通过修改NS2底层文件更改这些算法的方法，从而达到仿真自己设计算法的目的

实验步骤：

1. 基于实验一仿真环境，使用drop-tail丢包模式，分析节点队列长度对端到端时延、丢包率的影响
2. 学习随机早期检测（RED）拥塞避免方法的原理
3. 用C++实现简单的RED算法，要求算法中涉及的参数可在Tcl/OTcl脚本中设定，给出RED算法的实现步骤和代码
4. 将实现的RED算法添加到drop-tail文件中，在相同长度队列的条件下，比较添加RED算法前后端到端时延、丢包率的情况，给出添加RED算法前后端到端时延和丢包率的对比图
5. 仿真分析RED算法中不同参数设定对端到端时延、丢包率的影响

修改drop-tail.h：
定义参数：

、

修改drop-tail.h：
绑定参数

设置新定义的参数值
在\ns-allinone-2.29\ns-2.29\tcl\lib\ns-default.tcl中添加参数默认值

或在脚本中直接定义，语法和默认配置相同

修改drop-tail.cc：
修改函数体：

保存修改和的文件
重新编译make（ns2.29目录下）
修改Tcl脚本进行测试 

实验结果要求：

仿真脚本代码
修改后的文件（.cc and .h）
实验报告
        按照格式完成
        实验步骤详细描述实验过程，RED实现步骤和代码描述
        实验结果及分析
                drop-tail丢包模式下，队列长度对丢包率的影响
                相同队列长度下，比较drop-tail和RED对端到端时延、丢包率的影响，分析结果
                调整RED参数，观测对端到端时延、丢包率的影响，分析结果
实验总结及感想：实验总结，对本实验的感想、建议等