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4  概念概述Conceptual Overview
翻译: 陈杰   刘小洋
piyajee@163.com  (百思论坛)
校稿: Xiaochuan Shen
编辑: ProbibidoAmor
 
4.2.6拓扑生成器
4.2.6.1 使用NodeContainer
在我们的脚本中的下面两行将会创建ns-3节点对象,它们在仿真中代表计算机。
    NodeContainer nodes;
nodes.Create (2);
在继续之前我们先找到NodeContainer类的文档。进入一个现成的类的说明文档可以通过在Doxygen页面的类标签中做到。如果你没有关闭上一节中打开的Doxygen页面的话,只要上拉到页面的顶部并选择类标签,就可以看见一个新的标签,类列表,出现。在标签下面你看看到所有的ns-3的类列表。往下翻,找到ns3::NodeContainer。当你找到它后,点击它然后进入这个类的说明文档。
你可能回忆起节点概念是我们的一个关键抽象概念。节点代表一台能够加入诸如协议栈,应用以及外设卡等等的东西的计算机。NodeContainer 的拓扑生成器提供一种简便的方式来创建、管理和使用任何节点对象,我们用这些节点来运行模拟器。上面的第一行只是声明了一个名为”nodes”NodeContainer。第二行调用了nodes对象的Create()方法创建了两个节点。正如Doxygen所描述的那样,这个容器调用NS-3种的内部函数来产生两个节点对象,并把指向这两个对象的指针存储在系统之中。
在脚本中他们所代表的节点什么都没有做。构建拓扑的下一步是把我们的节点连接到一个网络中。我们所支持的最简单的网络形式是一个在两个节点之间单独的point-to-point连接。我们在此会构建一个此类连接。
4.2.6.2 使用PointToPointHelper
现 在我们来以一种你以后将会非常熟悉的方式来构建一个点到点的连接。我们使用拓扑生成器来完成创建,连接的底层工作。回忆一下我们的两个关键抽象概念:网络 设备、信道。在真实的世界中,这些东西大致相当于外设卡和网线。需要说明的是这两样东西紧密的联系在一起而不能够把它们交互地使用(比如以太网设备和无线 信道就不能一起使用)。拓扑生成器遵循了这种紧密的连接,因此你在这个脚本中仅需使用PointToPointHelper来配置和连接ns-3PointToPointNetDevicePointToPointChannel对象。
在脚本中下面的三句话是:
    PointToPointHelper pointToPoint;
    pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));
其中第一行,
PointToPointHelper pointToPoint;
在栈中初始化了一个PointToPointHelper的对象PointToPoint。而紧接着的下一行,
pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
从上层的角度告诉PointToPointHelper对象当创建一个PointToPointNetDevice对象时使用“5Mbps"来作为数据速率。
 
从细节方面讲,字符串“DataRate”PointToPointNetDevice的一个属性相对应。如果你查看Doxygen中的ns3::PointToPointNetDevice 类,并阅读GetTypeId 方法的文档,你会发现设备定义了一系列属性,在这些属性中就有“DataRate”。大部分用户可见的ns-3对象都有类似的属性列表。正如你在下面的部分会看到的一样,我们使用了这个机制以方便地配置仿真器,而不用重新对源代码进行编译。
PointToPointNetDevice上的“DataRate”类似,PointToPointChannel也有一个Delay属性:
 pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));
告诉PointToPointHelper使用"2ms"2毫秒)作为每一个被创建的点到点信道传输延时值。
4.2.6.3 使用NetDeviceContainer类
现在我们有一个包含两个节点的NodeContainer对象。我们有一个准备在两个节点之间创建PointToPointNetDeviceswirePointToPointChannel对象的PointToPointHelper对象。正如我们使用NodeContainer拓扑生成器对象来为我们的模拟创建节点,我们会让PointToPointHelper来做关于创建,配置和安装设备的工作。我们需要一个所有被创建的NetDevice对象列表,所以我们使用一个NetDeviceContainer对象来存放它们,就像我们使用一个NodeContainer对象来存放我们所创建节点。下面两行代码:
    NetDeviceContainer devices;
devices = pointToPoint.Install (nodes);
会完成设备和信道的配置。第一行声明了上面提到的设备容器,第二行完成了主要工作。PointToPointHelperInstall()方法以一个NodeContainer对象作为一个参数。Install()方法内,一个NetDeviceContainer被创建了。对于在NodeContainer 对象中的每一个节点(对于一个点到点链路必须明确有两个节点),一个PointToPointNetDevice被创建和保存在设备容器内。一个PointToPointChannel对象被创建,两个PointToPointNetDevices与之连接。当PointToPointHelper对象创建时,那些在生成器中就被预先地设置的属性被用来初始化对象对应的属性值。
调用pointToPoint.Install(nodes)后,我们会有两个节点,每一个节点安装了点到点网络设备,在它们之间是一个点到点信道。两个设备会被配置在一个有2毫秒传输延时的信道上以5M比特每秒的速率传输数据。
4.2.6.4 使用InternetStackHelper
我们现在已经配置了节点和设备,但是我们还没有在节点上安装任何协议栈。下面两行代码完成这个任务:
    InternetStackHelper stack;
    stack.Install (nodes);
InternetStackHelper 是一个安装PointToPointHelper 对象和点到点网络设备的网络协议栈的拓扑生成器类。其中Install()方法以一个NodeContainer 对象做为一个参数,当它被执行后,它会为每一个节点容器中的节点安装一个网络协议栈(TCP,UDP,IP等等)。
4.2.6.5 使用Ipv4AddressHelper
下面我们需要为节点上的设备设置IP地址。我们也提供了一个拓扑生成器来管理IP地址的分配。当执行实际的地址分配时唯一用户可见的API是设置基IP地址和子网掩码。
在我们的范例脚本文件first.cc的下两行代码
    Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
声明了一个地址生成器对象,并且告诉它应该开始从10.1.1.0开始以子网掩码为255.255.255.0分配地址。地址分配默认是从1开始并单调的增长,所以在这个基础上第一个分配的地址会是10.1.1.1,紧跟着是10.1.1.2等等。底层ns-3系统事实上会记住所有分配的IP地址,如果你无意导致了相同IP地址的产生,这将是一个致命的错误(顺便说一下,这是个很难调试正确的错误)。
 
 
下面一行代码,
  Ipv4InterfaceContainer interfaces = address.Assign (devices);
完成了真正的地址配置。在ns-3中我们使用 Ipv4Interface对象将一个IP地址同一个设备关联起来。正如我们有时候需要一个被生成器创建的网络设备列表一样,我们有时候需要一个 Ipv4Interface对象的列表。Ipv4InterfaceContainer提供了这样的功能。
现在我们有了一个安装了协议栈,配置了IP地址类的点到点的网络。这时我们所要做的事情是运用它来产生数据通信。
4.2.7 Applications
另一个ns-3系统的核心抽象是Application类。在这个脚本中我们用两个特定的ns-3核心 Application类:UdpEchoServerApplicationUdpEchoClientApplication。正如我们先前声明过的一样,我们使用生成器对象来帮助配置和管理潜在的对象。在这里,我们用UdpEchoServerHelper UdpEchoClientHelper对象使我们的工作更加容易点。
4.2.7.1 UdpEchoServerHelper
下面在first.cc脚本中的代码被用来在我们之前创建的节点上设置一个UDP 回显服务应用。
    UdpEchoServerHelper echoServer (9);
    ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (1));
    serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (10.0));
上面一片代码中的第一行声明了UdpEchoServerHelper。 像往常一样,这个并非应用本身,这是一个用来帮助创建真正应用的对象。我们约定在生成器中放置必需的属性。本例中,除非我们告知生成器服务器和客户端所共 知的一个端口号,否则这个生成器是不会起任何作用的。我们并没有随机选择,而是把这个端口号作为生成器构造函数的一个参数。只要你愿意,你就能够使用 SetAttribute设置“Port”参数到另一个值。
同其它生成器对象类似,UdpEchoServerHelper对象有一个Install方法。实际上是这个方法的执行,才初始化回显服务器的应用,并将应用连接到一个节点上去。有趣的是,安装方法把NodeContainter当做一个参数,正如我们看到的其他安装方法一样。这里有一个C++隐式转换,此转换以nodes.Get(1)的结果作为输入,并把它作为一个未命名的NodeContainer的构造函数的参数,最终这个未命名的NodeContainer被送入Install方法中去。如果你曾迷失于在C++代码中找到一个编译和运行良好的特定方法签名(signature),那么就寻找这些内在的转换。
我们现在会看到echoServer.Install将会在管理节点的NodeContainer容器索引号为1的机节点上安装一个UdpEchoServerApplication。安装会返回一个容器,这个容器中包含了指向所有被生成器创建的应用指针。
应用对象需要一个时间参数来“开始”产生数据通信并且可能在一个可选的时间点“停止”。我们提供了开始和停止的两个参数。这些时间点是用ApplicationContainer的方法StartStop来设置的。这些方法以”Time”对象为参数。在这种情况下,我们使用了一种明确的C++转换序列来获得C++双精度(double)的1.0并且用一个Seconds转换(cast)来把它转换到ns-3Time对象。需要注意的是转换规则是模型的作者所控制,并且C++也有它自己的标准,所以你不能总是假定参数会按照你的意愿顺利地转换。下面两行,
    serverApps.Start (Seconds (1.0));
    serverApps.Stop (Seconds (10.0));
会使echo服务应用在1s时开始(生效)并在10s时停止(失效)。既然我们已经声明了一个模拟事件(就是应用的停止事件)在10s时被执行,模拟至少会持续10s
4.2.7.2 UdpEchoClientHelper
echo客户端应用的设置与回显服务器端类似。也有一个UdpEchoClientHelper来管理UdpEchoClientApplication
    UdpEchoClientHelper echoClient (interfaces.GetAddress (1), 9);
    echoClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (1));
    echoClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1.)));
    echoClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));
    ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (nodes.Get (0));
    clientApps.Start (Seconds (2.0));
    clientApps.Stop (Seconds (10.0));
然而,对于echo客户端,我们需要设置五个不同的属性。首先两个属性是在UdpEchoClientHelper的构建过程中被设置的。按照生成器的构造函数的格式,我们把”RemoteAdress””RemotePort”属性传递给了生成器(实际上是作为生成器构造函数的两个必须参数传递的)。
回忆一下我们使用Ipv4InterfaceContainer来追踪我们配置给设备的IP地址。在界面容器中位置零的界面对象将会和在节点容器中的位置零的节点对象对应。同样在界面容器中位置一的界面对象将会和在节点容器中的位置一的节点对象对应。所以,在上面的第一行代码中,我们创建了一个生成器并告诉它设置客户端的远端地址为服务器节点的IP地址。我们同样告诉它准备发送第二个数据包到端口9
那个“MaxPackets”属性告诉客户端我们所允许它在模拟期间所能发送的最大数据包个数。“Interval”属性告诉客户端在两个数据包之间要等待多长时间,而“PacketSize”属性告诉客户端它的数据包应该承载多少数据。本例中,我们让客户端发送一个1024字节的数据包。
正如echo服务端一样,我们告诉echo客户端何时来开始和停止,但是这里我们使客户端在服务端生效1s后才开始(在模拟器中时间2s的时候)。
 
4.2.8 Simulator
下面我们所需要做的就是运行模拟器,这是用全局函数Simulator::Run.来做到的
    Simulator::Run ();
当我们调用了如下方法时:
    serverApps.Start (Seconds (1.0));
    serverApps.Stop (Seconds (10.0));
    ...
    clientApps.Start (Seconds (2.0));
    clientApps.Stop (Seconds (10.0));
 
实际上我们是在模拟器中1.0秒,2.0秒,和10.0时预设了时间的发生。当Simulator::Run被调用时,系统会开始遍历预设事件的列表并执行。首先它会在1.0s时运行事件,这个事件会使echo服务端应用生效(这个事件会预设更多的其他事件)。接下来仿真器会运行在t=2.0秒时的事件,即让echo客户端应用开始。同样的,这个事件可能会预定更多的其他事件。在echo客户端应用中的开始事件的执行会通过给服务端传送一个数据包来开始仿真的数据传送阶段。
发送一个数据包给服务端会引发一系列更多的事件。这些事件会被预设在此事件之后,并根据我们已经在脚本中设定的时间参数来执行数据包的应答。
其实,我们只发送了一个数据包(回忆一MaxPackets属性被设置为一),在此之后,那个被单独的客户端应答请求所引发的连锁反应会停止,并且模拟器会进入空闲状态。当这发生时,生下来的事件就是服务端和客户端的Stop事件。当这些事件被执行后,就没有将来的事件来执行了,函数Simulator::Run会返回。整个模拟过程就结束了。
 
 
下面剩下的事情就是清理了。这个通过调用全局函数Simulator::Destroy来完成。当生成器函数(或者低级的ns-3代码)被执行后,生成器安排的钩子函数就被插入到模拟器中来销毁所有被创建的对象。你自己并不需要追踪任何对象,你所需要做的仅仅是调用Simulator::Destroy并且退出。ns-3系统会帮你料理这些繁杂的任务。在first.cc脚本中剩下的代码如下:
    Simulator::Destroy ();
    return 0;
  }
4.2.9  创建自己的脚本
我们已经让构建你自己的脚本变得非常省事。你所需要做的仅仅是把你的脚本放到scratch目录下,并运行waf,这样你的脚本就会被编译。在回到高层目录后复制examples/tutorial/first.ccscratch目录下
  cd ..
  cp examples/tutorial/first.cc scratch/myfirst.cc
现在使用waf命令来创建自己的第一个实例脚本:
  ./waf
你应该可以看到消息报告说你的myfirst范例被成功编译了。
  Waf: Entering directory `/home/craigdo/repos/ns-3-allinone/ns-3-dev/build'
  [614/708] cxx: scratch/myfirst.cc -> build/debug/scratch/myfirst_3.o
  [706/708] cxx_link: build/debug/scratch/myfirst_3.o -> build/debug/scratch/myfirst
  Waf: Leaving directory `/home/craigdo/repos/ns-3-allinone/ns-3-dev/build'
  'build' finished successfully (2.357s)
现在你能够运行这个例子(注意如果你在scratch目录编译了你的程序,你必须在scratch目录外运行它):
  ./waf --run scratch/myfirst
你应该能看到一些输出:
  Waf: Entering directory `/home/craigdo/repos/ns-3-allinone/ns-3-dev/build'
  Waf: Leaving directory `/home/craigdo/repos/ns-3-allinone/ns-3-dev/build'
  'build' finished successfully (0.418s)
  Sent 1024 bytes to 10.1.1.2
  Received 1024 bytes from 10.1.1.1
  Received 1024 bytes from 10.1.1.2
这里你看到编译系统核查来确定文件被编译了,接着运行了它。你看到在echo日志构件显示了它已经发送了1024字节到在10.1.1.2echo服务端。还可以看到回显服务器端的日志构件显示他从10.1.1.1接收到了1024字节。接下来echo服务端应答了数据包,你能看到echo客户端记录了它已经接收到了从服务端发送过来的回显数据包。