【文章內(nèi)容簡介】 nimater）的功能是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模擬軟件或真實環(huán)境里的特定格式的 Trace輸出文件來運行動畫，以觀測網(wǎng)絡(luò)模擬中的 Trace 和數(shù)據(jù)分組流 向。需要說明 的是盡管 NAM 14 工具已經(jīng)推出了一系列的版本并且性能也趨于穩(wěn)定，但仍存在一些 Bug 有待進一步完善。 4 gawk 語言簡介 gawk 是一種對文檔資料具有很強處理能力的程序語言，簡短的幾句代碼就可以完成對文檔的修改、對比、抽取，相對其他的語言來說，其對文檔資料的處理方面具有很大的優(yōu)勢。 gawk 是 GNU 下開發(fā)的 awk,最初在 1986 年完成，此后不斷改進和更新，現(xiàn)已包含 awk的所有功能。 5 gnuplot 繪圖 gunplot 是一款命令驅(qū)動的交互式繪圖軟件，一個強有力的科學繪圖工具。其功能是把數(shù)據(jù)資料和數(shù) 學函數(shù)轉(zhuǎn)換成直觀的二維或三維圖形，易于進行數(shù)據(jù)分析，因此 適合于科學研究過程中的數(shù)據(jù)曲線繪制和理論模型對比的曲線化、圖形化工作。雖然 gnuplot 不如Matlab 那么強大，但卻非常小巧實用，使用也簡單，而且繪制出來的圖形質(zhì)量也很好。Gnuplot 適合于多操作系統(tǒng)平臺，在 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)下都能方便安裝。 （ 1）二維： 在多圖模式下繪圖，得到如下圖所示的結(jié)果。 圖 24在多圖模式下繪圖 （ 2）三維：繪制等高線，得到如下圖所示的結(jié)果。 15 圖 25繪制等高線 NS2 的安裝及 工作平臺搭建 1 安裝 步驟一：安裝各個基礎(chǔ)軟件 yum – y install autoconf yum – y install automake yum – y install gccc++ yum – y install libX11devel yum – y install xx11protodevel yum – y install libXtdevel yum – y install libXmudevel 圖 26 yum 命令安裝架包 步驟二：下載并且安裝 ，先解壓，后進入文件夾，運行 ./install 即可完成安裝 16 圖 27運行 ./install 根據(jù)提示，需要 進行 環(huán)境配置，完成安裝 2 NS2 工作平臺搭建 因為 Linux 環(huán)境下， NS2 在完成安裝以后 ，如果要使用 NS2 進行實驗仿真，還需要對一些基礎(chǔ)的系統(tǒng)文件的參數(shù)進行修改，具體如下。 （ 1） 修改用戶主目錄下的 .bashrc 文件，用 vi 編輯器在文件的末尾加上如下的代碼： 圖 28修改用戶主目錄下的 .bashrc文件 （ 2） 在終端環(huán)境下輸入 ns,出現(xiàn)符號“ %”，證明安裝成功，如下圖所示： 圖 29出現(xiàn)符號“ %” （ 3） 執(zhí)行 ns2 自帶的 simple 文件，如下： 17 圖 210找到 （ 4） 然后運行 ns ，結(jié)果如下： 圖 211 運行 ns 至此，所有配置工作完成 。 18 第 3 章 洪泛路由算法仿真設(shè)計 洪泛 路由協(xié)議概述 路由協(xié)議分類 路由協(xié)議： 路由協(xié)議通過在路由器之間共享路由信息來支持可路由協(xié)議。路由信息在相鄰路由器之間傳遞，確保所有路由器知道到其它路由器的路徑。總之，路由協(xié)議創(chuàng)建了路由表，描述了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié) 構(gòu)；路由協(xié)議與路由器協(xié)同工作，執(zhí)行路由選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能。 動態(tài)路由協(xié)議分類 ， 對動態(tài)路由協(xié)議的分類可采用以下不同標準： （ 1） 根據(jù)作用的范圍，路由協(xié)議可分為：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（ Interior Gateway Protocol，簡稱 IGP）：在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部運行，常見的 IGP 協(xié)議包括 RIP、 OSPF 和 ISIS。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（ Exterior Gateway Protocol，簡稱 EGP）：運行于不同自治系統(tǒng)之間， BGP 是目前最常用的 EGP。 （ 2） 根據(jù)使用的算法，路由協(xié)議可分為：距離矢量協(xié)議（ DistanceVector）：包括RIP 和 BGP。其中， BGP 也被稱為路徑矢量協(xié)議（ PathVector）。鏈路狀態(tài)協(xié)議（ LinkState）：包括 OSPF 和 ISIS。 （ 3） 根據(jù)目的地址的類型，路由協(xié)議可分成：單播路由協(xié)議（ Unicast Routing Protocol）：包括 RIP、 OSPF、 BGP 和 ISIS 等。組播路由協(xié)議（ Multicast Routing Protocol）：包括 PIMSM、 PIMDM 等。 （ 4） 根據(jù) IP 協(xié)議的版本，路由協(xié)議可分成： IPv4 路由協(xié)議：包括 RIP、 OSPF、 BGP和 ISIS 等。 IPv6 路由協(xié)議：包括 RIPng、 OSPFv BGP4+和支持 IPv6 的 ISIS等。 洪泛路由協(xié)議 洪泛（ mflood）路由算法是一個簡單有效的路由算法，其具體思想是每個節(jié)點都使用廣播轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)分組，若收到重復(fù)分組則進行丟棄處理。洪泛協(xié)議會導致數(shù)據(jù)分組以源節(jié)點為中心進行擴散，為了不造成大面積的擴散占用過多的網(wǎng)絡(luò)資源以及使擴散收斂，需要設(shè)定合適的 TTL值，保證數(shù)據(jù)分組只經(jīng)過有限條路由 ；此外為了進行重復(fù)分組檢測，每個節(jié)點需要維護一個數(shù)據(jù)分組序號 SEQ 和一張路由表，源節(jié)點每發(fā) 送一個數(shù)據(jù)分組則將SEQ 記錄到路由表并根據(jù)該 SEQ 進行重復(fù)分組檢測。 洪泛算法最大的問題是會產(chǎn)生大量的重復(fù)分組，占用網(wǎng)絡(luò)資源，是路由器和鏈路的資 19 源過于浪費，以致效率很低。 路由算法是數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)中較為重要的一部分，其設(shè)置的優(yōu)劣與否會大大影響數(shù)據(jù)交換的成功率和傳輸速度。而路由算法的研究也隨著時間有著較大的發(fā)展空間。到目前為止，已經(jīng)應(yīng)用在現(xiàn)實生活中的路由算法主要包括了一下幾種：基于靜態(tài)路由表的路由分組技術(shù)，基于最短路徑的 dijkstra 算法和基于動態(tài)規(guī)劃的 Floyd 算法，基于可靠性保證的洪泛算法等。而每個算法都 由其特殊的優(yōu)劣有著不同的適用范圍。而本文研究的是在保證準確性前提下使用的洪泛算法。 洪泛 路由算法評價標準 路由算法的設(shè)計為了達到更好的用戶體驗效果，要求路由算法具有以下幾個特點：優(yōu)化；簡單低耗；健壯穩(wěn)定；快速聚合；靈活性。由于現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)的具體情況是隨時間變化而有可能有較大變化的，而優(yōu)秀的路由算法要求能夠很快很好的適應(yīng)最新的情況要求；同時路由算法作為數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)算法，也要求不能占有很大的資源和帶寬，具有簡單和低耗的特點。對于出現(xiàn)硬件錯誤等情況的出現(xiàn)，路由算法也必須仍然能夠處理，由于路由器作為 網(wǎng)絡(luò)連接的節(jié)點處，其失效往往會造成較大的損失和影響，所以也要求路由算法的健壯性。 同樣，基于以上特點建立的路由算法與同時需要以上述作為評價標準，通過對于dijkstra 和 floyd 算法的分析可以看出好的路由算法必然同時滿足了以上要求。 洪泛（ Flooding）算法，故名思意，將需要傳遞的信息像洪水泛濫的情形一樣傳遞下去，從而最終保證傳到需要的目的節(jié)點。其算法相當?shù)暮唵?，當每個路由器接收到信息時，判斷其是否第一次接收到，如果是第一次接收到的話則相與自己相連通的所有節(jié)點傳輸該信息，如果不是的話則自動拋棄該信息。 以后的所有路由器都遵循同一個原則，從而將該信息傳輸?shù)侥康墓?jié)點。此算法的核心在于判斷是否為第一次接受的信息。由于傳遞不具有方向性，而是單一的相所有相連節(jié)點進行信息的傳遞，則很容易發(fā)生信息成環(huán)的傳遞結(jié)果，這個時候如果不判斷是否第一次接收到此信息的時候就會導致信息風暴的產(chǎn)生，導致信息在某兩臺或多個計算機中循環(huán)重復(fù)傳遞，大大占用帶寬和資源。 洪泛算法的原理 洪泛算法作為一個路由算法，其最終的目標是對于一個不清楚狀況的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)能夠迅速而高效的進行信息內(nèi)容的交換。這就決定了洪泛算法的基礎(chǔ)是在一個沒有具體權(quán)值的具體圖中進行搜索和信息傳遞。而洪泛算法的結(jié)果應(yīng)該包括了每個節(jié)點的路由表的建立 20 和最終點到點傳輸方向的建立。 洪泛算法 的實現(xiàn) 基于三個步驟：初始化階段，路由建立階段，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段。下面分每個階段進行算法的設(shè)計和描述 。 1. 初始化階段 ： 初始化階段（ Initialization Phase）中具體又分為兩步：第一步，各個節(jié)點廣播節(jié)點信息的報文 NIP；第二步，收到 NIP 報文的節(jié)點將其相關(guān)信息存儲到鄰居信息表 NIT 中。通過初始化階段以后每個節(jié)點就能獲得其與哪些節(jié)點直接相連，并能得到初始化階段每兩個節(jié)點之間的連接時延作 為圖的權(quán)值； 2. 路由建立階段 ： 路由建立階段（ Routing Building Phase）分為 3步：第一步，源信息節(jié)點查找其 RPT 表，若它是 RREP 報文 SNL 中的一個節(jié)點，則直接沿某 RREP 的確定路徑進行信息的轉(zhuǎn)發(fā)，否則就廣播一個新的 RREQ，相當于將具體信息傳遞給下一個節(jié)點；第二步，節(jié)點 Ni 接收到 RREQ 后查找 RPT 表，若它是直接沿該 RREP 確定的路徑向上一層回復(fù) RREP，否則將報文的 TTL減一，表示已經(jīng)經(jīng)過了一個節(jié)點跳，當 TTL 小于 0時認為該信息已經(jīng)傳遞大于限定的長度，自動拋棄該信息；第三步等待一個 固定的 t時間，若來自同源節(jié)點有轉(zhuǎn)發(fā)能耗更小的 RREQ，則將目前得到的最小來自同源節(jié)點的報文進行保存，等待轉(zhuǎn)發(fā)，直到 RREQ 到達 Sink。第四步：節(jié)點 Ni丟棄該報文，同時將報文信息記錄在自身的數(shù)組中，以待以后進行判斷是否接收過。 3. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段 ： 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段（ Data Forwarding Phase）分為 3 步：第一步，源點收到 RREP 后沿該 RREP 指定的路徑相后發(fā)送數(shù)據(jù)報文；第二步。當 Ni 剩余能耗不夠轉(zhuǎn)發(fā) DP時，則其廣播 RP 報文，收到該文的節(jié)點是在 NIT 中將 Ni狀態(tài)改為 Dead，若 Ni是一個使用的節(jié)點， 想該路徑中的鄰居節(jié)點向自己在路徑中的上一跳節(jié)點發(fā)送 RR 報文，并將RPT 表中對應(yīng)的 RREP 信息刪除，直到報文到達該路徑的起點。當源點接收到此 RP 后，轉(zhuǎn)第二步。 通過了以上三步的路由建立過程，對于一個不知道每個邊的圖能夠獲得較好的路由結(jié)果，同時對于數(shù)據(jù)能夠迅速的傳遞給目標節(jié)點。 洪泛算法的使用往往是在數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)剛剛建立的時候，而對于一個已經(jīng)建立好的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，其很多狀態(tài)是能夠進行推測和描述的。此時洪泛算法就不具有其應(yīng)有的優(yōu)勢，而應(yīng)使用其他路由算法進行更替，獲得更好的路由結(jié)果。 洪泛路由協(xié)議的設(shè)計 無線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 這是一個簡單的無線網(wǎng)絡(luò)模型， 3個節(jié)點成一字型的拓撲結(jié)構(gòu)，節(jié)點 0向節(jié)點 2發(fā)送恒定速率（ Constant Bit Rate,CBR）的數(shù)據(jù)流，他們不在相互的信號覆蓋范圍內(nèi)，但他們可以通過節(jié)點 1的中繼實現(xiàn)相互間的通信。 CBR 流的包大小、流速率以及無線節(jié)點的物理層的發(fā)射功率、信號接收門限等參數(shù)在腳本中都沒有專門設(shè)置，采用默認值，默認值在~ns/tcl/lib/ 中定義。 拓撲示意圖如圖 31。 圖 31 一字型的無線拓撲結(jié)構(gòu) 洪泛路由協(xié)議的實現(xiàn) 1 一個簡單 的三個節(jié)點的無線廣播通信網(wǎng)絡(luò)模型 簡單無線網(wǎng)絡(luò)模型模擬 無線節(jié)點參數(shù) set val(chan) Channel/WirelessChannel 。信道類型：無線信道 set val(prop) Propagation/TwoRayGround 。信道模型： TwoRayGround set val(if) Phy/WirelessPhy 。網(wǎng)絡(luò)接口類型 ： 無線物理層 set val(mac) Mac/802_11 。 MAC類型 ： MAC 層協(xié)議 set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue 。接口隊列類型 set val(ll) LL 。鏈路層類型 set val(ant) Antenna/OmniAntenna 。天線模型 set val(ifqlen) 50 。接口隊列中數(shù)據(jù)包的最大值 set val(rp) MFlood 。路由協(xié)議 set val(x) 600 。拓撲－長度 22 set val(y) 200 。拓撲－寬度 set val(stop) 。仿真結(jié)束時間 建立一個 simulator 實例 set ns [new Simulator] $ns usenewtrace 開啟 Trace 跟蹤和 NAM 跟蹤 set tracefd [open w] set namtrace [open w] $ns traceall $tracefd $ns namtraceallwireless $namtrace $val(x) $val(y) 建立 topology 對象 set topo [new Top