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基于网络模拟软件NS2的网络协议仿真【摘要】：网络模拟是网络协议性能及研究中非常重要的一个组成部分。
本文介绍了网络模拟软件 NS2 的结构和特点以及仿真过程，并实例介绍了基于NS2的网络协议仿真。
【关键词】：NS2；TCP；UDP；路由；仿真一、引言网络模拟是网络协议性能及研究中非常重要的一个组成部分，算法是否合理、是否具有实用价值、是否能够提高网络的性能等都需要通过实验证明。
由于在真实的网络环境中进行实践验证耗资巨大，多数高校和科研机构并不具备完整有效的实验环境，而且真实网络中实验数据的收集和分析也有一定困难。
网络仿真软件通过在计算机上建立一个虚拟的网络环境来实现对真实网络环境的模拟，科研人员在这个平台上不仅能对网络的通信、设备、协议、结构以及应用进行研究，还能对网络的性能进行分析和评估。
仿真软件大大提高了网络设计开发的效率，同时也降低了费用和风险，已经成为研究中不可或缺的工具。
二、NS2 的结构和特点目前，使用较多的网络仿真软件有OPNET，Matlab，NS2 和GloMoSim 等。
选择免费且开放源代码的NS2作为仿真平台，是因为该平台是一种离散事件网络仿真平台，可以运行在Linux或Windows操作系统上。
作为一种可扩展、易配置、可编程的事件驱动的网络仿真软件，NS2能够近乎真实地在各个层次上模拟网络运行，并支持多种协议。
其主要功能包括以下几点。
一）灵活的仿真环境作为一款开源软件，NS2所有源代码公开，任何人都可以获得、使用和修改其源代码。
这对于利用NS2来构建特殊的网络仿真实验环境非常方便和迅速。
二）结果分析及再现容易研究人员通过配置环境参数获得理想的网络环境，即可实时跟踪并记录关键节点的重要信息，从而获得网络性能参数，并可以随时再现某些特殊情况，这在真实网中是难以做到的。
三）良好的可扩展性NS2使用C++和OTCL两种程序设计语言，分别完成具体协议的模拟，实现与网络仿真环境的配置和建立。
基于NS-2的AnycastQoS路由研究与仿真的开题报告一、研究背景和意义：随着互联网的飞速发展，人们对于网络服务质量的需求越来越高。
但是现有的IP网络基于拥塞控制和流量控制等机制，导致网络服务质量无法满足用户要求。
为了提高网络服务质量，Anycast技术被广泛应用于互联网中。
Anycast是一种多播技术，它将一个ip地址分配给多个路由器，选择离请求者最近的一台路由器来提供服务。
Anycast在互联网应用中具有广泛应用，例如CDN、DNS、DDoS防护等领域。
然而，如何在Anycast网络中提供高质量的网络服务仍然是一个挑战。
AnycastQoS路由协议是一种新型的路由协议，它基于质量感知、分布式和容错等原则，设计出一种适用于Anycast网络的路由协议。
AnycastQoS路由可以根据请求者的需求和网络的拥塞情况，选择最优的路由器来提供服务，从而提高网络服务质量。
因此，研究AnycastQoS路由对于提高网络服务质量具有重要的意义。
本文的研究目的是基于NS-2仿真平台，研究AnycastQoS路由协议的性能，分析其优缺点，并对其进行改进，以提高其性能和应用范围。
二、研究内容和方法：1. 研究AnycastQoS路由协议的原理和设计思路，分析其优缺点；2. 基于NS-2仿真平台，建立AnycastQoS路由协议的仿真模型，针对各种情况进行仿真实验，从而得到其性能指标；3. 通过仿真实验和分析，对AnycastQoS路由协议进行改进和优化，提高其性能指标和应用范围；4. 验证改进后的AnycastQoS路由协议的可行性和优越性。
三、论文结构和进度安排：第一章：绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容和方法1.4 论文结构和进度安排第二章：AnycastQoS路由协议原理和设计思路2.1 Anycast技术基础2.2 AnycastQoS路由协议原理2.3 AnycastQoS路由协议设计第三章：AnycastQoS路由协议仿真模型3.1 NS-2仿真平台介绍3.2 AnycastQoS路由协议仿真模型建立3.3 实验参数设置和仿真场景设计第四章：AnycastQoS路由协议实验结果分析4.1 基本性能指标分析4.2 不同拓扑结构下的性能指标分析4.3 不同流量负载下的性能指标分析第五章：AnycastQoS路由协议改进和优化5.1 改进思路和方法5.2 改进后的AnycastQoS路由协议性能分析第六章：实验验证6.1 实验环境搭建6.2 改进后的AnycastQoS路由协议实验结果分析第七章：结论与展望7.1 研究结论7.2 研究展望参考文献本文研究计划为期6个月，预计完成时间为2022年6月份。
5 基于NS2的仿真测试
5. 1nam动画演示
开始界面截图，如图5-1所示。
图5-1 开始界面初始化界面，如图5-2所示。
图5-2 初始化界面Nam动画过程，只有第一条链路如图5-3所示。
图5-3Nam动画一条链路Nam动画过程，有两条链路如图5-4所示。
图5-4Nam动画两条链路
Nam动画过程，有三条链路如图5-5所示。
图5-5Nam动画三条链路
动画演示的过程分析如下：第一条链路在1.4sec时开始建立连接，流量较小，不会产生丢包；第二条链路在10.0sec时启动，链路一和链路二的流量总和仍没有超过带宽总量，丢包仍未产生，链路吞吐量很高效；在20sec时，第三条链路启动以后，流量总和已经超过带宽总量和队列存储范围，会产生丢包；在30sec 时第四条链路启动时，流量进一步增大，丢包数目进一步增多。
整个过程演示符合网络规则和当初设计预测，演示是正确的。
目录摘要 (3)第1章绪论 (4)1.1 论文背景 (4)1.2 论文研究内容 (4)1.3 论文组织结构 (4)第2章 Ad Hoc网络的介绍及应用 (5)2.1 Ad Hoc网络的概念及特点 (5)2.2 Ad Hoc网络的结构 (6)2.3 Ad Hoc网络的应用领域 (7)第3章 NS2体系结构和功能模块 (8)3.1 NS2网络仿真概述 (8)3.2 NS2的使用和安装 (8)3.3 NS2的相关工具介绍 (9)3.4 NS2现有的仿真元素 (10)3.5 NS2仿真的一般步骤 (10)第 4 章泛洪路由协议的设计实现 (12)4.1 MFlood议类 (12)4.2 添加协议类 (12)4.3 添加包头类型 (14)4.4 编译代码 (15)第5章泛洪路由协议的仿真测试 (16)5.1 初步测试 (16)5.2 场景测试 (19)5.3 trace分析 (21)第6章心得体会 (26)参考文献...... . (27)基于NS2的泛洪路由协议的实现与仿真摘要:网络操作要求的不断变化刺激了新协议和新算法的产生和发展。
网络模拟仿真是研究新协议、分析新算法的一种重要方法。
络仿真平台NS2正是这样一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，其协议代码与真实网络应用代码很相似，仿真结果具有较高的可靠性。
NS2（Network Simulator，version 2）是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。
由UC Berkeley开发而成。
它本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。
本文详细讨论了基于NS2仿真工具对无线通信协议MFlood泛洪路由协议进行仿真的过程。
通过在NS2中添加泛洪路由协议，进行了NS2的扩展性研究与实现，最后通过使用相关工具对输出结果进行处理，为日后进行网络研究奠定基础。
关键词：NS2 泛洪路由协议、分组头、扩展第1章绪论1.1论文背景网络模拟是进行网络技术研究的一种基本手段。
2007,43(6Computer Engineering and Applications计算机工程与应用1引言移动自组网具有完全自组的运行方式和灵活的网络结构,可以真正地实现任何时间任何地点的网络互联通信,是一种无中心的网络,网络的带宽有限,而且网络拓扑动态变化的网络,这些特点决定了移动自组网在现实中应用的关键问题取决于路由问题的解决;而在真实的网络中,设计和调试网络协议是一件困难和复杂的事情,仿真成了最佳可供选择的测试、评估和验证手段之一,这不仅适用于网络模型的构造和设计、协议性能的评价与分析,还适用于网络协议的开发与研究以及真实网络的故障诊断。
网络模拟器NS2(Network Simulator v2是一种免费、源代码公开的模拟软件平台,其协议代码与真实网络应用代码很相似,仿真结果具有可靠性。
NS2是一个面向对象的离散事件驱动的网络模拟器,支持多个流行的网络协议如TCP、UDP和路由调度、拥塞控制算法等[1];相对于一般的离散型模拟器,NS2的优势在于它有非常丰富的构件库,而且这些对象易于组合,易于拓展,但是对用户的编程能力,实际网络协议的理解能力要求较高[2]。
在本文中,利用NS2已有的对象,组合所要研究的网络系统模型,在NS2中添加移动自组网中一个单播路由协议后进行网络仿真。
2NS2的仿真原理和拓展方法2.1NS2的仿真原理NS2采用编译和解释双层结构,编译层由C++类组成,C++语言执行速度快而修改和编译速度慢,故只用于编译层协议细节的实现;前端是一个OTCL(Object Tool Command Language解释器,OTCL修改快且可用于交互操作,用于解释层中仿真对象的设置,这种分裂对象仿真增强了构件库的可扩展性和可组合性[3]。
仿真器内核定义了有层次的编译类结构;在OTCL解释器中有相似的解释类结构。
用户通过解释器创立新的仿真对象之后,解释器对它进行初始化,与编译类结构中相应的对象建立映射。
学年论文题目：基于NS2 的网络仿真与性能分析学院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术班级：学生姓名：学号：指导教师：二零一三年六月六日基于NS2 的网络仿真与性能分析摘要近几年来，网络结构的复杂化和应用的多样化，为网络系统的分析和设计提出了新的挑战，计算机网络的运行行为是不可见的，为了能够实时了解网络的运行效能，网络仿真是可靠手段。
采用先进的网络模拟工具NS2 对端到端网络进行了模拟仿真以及多方面的性能测试，测试包括端到端延迟、抖动、丢包率以及网络吞吐量等参数。
实现了网络模型的动态生成、数据传输的动画模拟、实时数据的计算以及运行结果呈现，给出了在NS2 平台上执行仿真的原理和方法，并对仿真结果进行了具体的分析。
关键字：NS2，网络仿真，时延，抖动，丢包率，吞吐量Network Simulation and Performance Analysis Based on NS2AbstractIn recent years, the complicated network structure and diversification of applications, for the analysis and design of the network system poses new challenges and run behavior of the computer network is not visible, in order to understand network performance in real time, is a reliable means of network simulation. Advanced network simulation tool NS2 simulation on end-to-end network and a number of performance tests, tests include end-to-end latency, jitter, packet loss and network throughput parameter. Implements a network model of dynamic animation generated, data transfer, data calculation in real time, and run results, gives a principle and method of execution on the NS2 simulation and analysis of the results of the simulation are specific.Key words:NS2, network simulation,time delay, jitter, frame-loss ratio,throughput目录第一章引言 (4)第二章基于NS2 的网络仿真与性能分析 (5)2.1 网络仿真简介 (5)2.1.1 网络仿真的特点 (5)2.2 基于 NS2 的网络仿真 (6)2.2.1 仿真步骤 (6)2.2.2 环境的建立与配置 (6)2.2.3 模拟运行 (7)2.2.4 性能分析 (8)结束语 (11)参考文献 (12)第一章引言近几年来，随着网络结构和规模的复杂化以及网络的应用的多样化，单纯依靠经验进行网络的规划规划和设计、网络设备的研发以及网络协议的开发已经不能适应网络的发展；网络仿真很好地满足了这种需求。
目录摘要 (3)第1章绪论 (4)1.1 论文背景 (4)1.2 论文研究内容 (4)1.3 论文组织结构 (4)第2章 Ad Hoc网络的介绍及应用 (5)2.1 Ad Hoc网络的概念及特点 (5)2.2 Ad Hoc网络的结构 (6)2.3 Ad Hoc网络的应用领域 (7)第3章 NS2体系结构和功能模块 (8)3.1 NS2网络仿真概述 (8)3.2 NS2的使用和安装 (8)3.3 NS2的相关工具介绍 (9)3.4 NS2现有的仿真元素 (10)3.5 NS2仿真的一般步骤 (10)第 4 章泛洪路由协议的设计实现 (12)4.1 MFlood议类 (12)4.2 添加协议类 (12)4.3 添加包头类型 (14)4.4 编译代码 (15)第5章泛洪路由协议的仿真测试 (16)5.1 初步测试 (16)5.2 场景测试 (19)5.3 trace分析 (21)第6章心得体会 (26)参考文献...... . (27)基于NS2的泛洪路由协议的实现与仿真摘要:网络操作要求的不断变化刺激了新协议和新算法的产生和发展。
网络模拟仿真是研究新协议、分析新算法的一种重要方法。
络仿真平台NS2正是这样一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，其协议代码与真实网络应用代码很相似，仿真结果具有较高的可靠性。
NS2（Network Simulator，version 2）是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器。
由UC Berkeley开发而成。
它本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。
本文详细讨论了基于NS2仿真工具对无线通信协议MFlood泛洪路由协议进行仿真的过程。
通过在NS2中添加泛洪路由协议，进行了NS2的扩展性研究与实现，最后通过使用相关工具对输出结果进行处理，为日后进行网络研究奠定基础。
关键词：NS2 泛洪路由协议、分组头、扩展第1章绪论1.1论文背景网络模拟是进行网络技术研究的一种基本手段。
在新技术的研究过程中，由于各种原因，实际网络系统的实现往往是代价较高或是不现实的。
在这种情况下，模拟就成了最佳可供选择的测试、评估和验证手段之一。
网络模拟有着周期小、成本低等特点，而且可以使研究者更容易利用他人的研究成果。
NS2正是这样一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台。
它是美国DARPA支持的项目VINT（Virtual InterNet Testbed）开发的通用的多协议网络模拟软件，其中集成了大量典型的有线、无线甚至卫星网络下各个层的协议，同时NS 广泛的用户又在不断地对这个系统进行完善和修改。
正是由于NS2的这种开放性，使研究者更好的进行各种算法的实现和协议的改进。
Ad Hoc网络是一组具有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性的自组织系统，具有以下一些主要特征：动态拓扑，即网络中的节点可以任意移动，因此，网络的拓扑结构也可能会变化；链路带宽受限、容量时变，由于拓扑动态变化导致每个节点转发的非自身作为目的地的业务量随时间而变化，因此与有线网络不同，它的链路容量表现出时变特征；动力受限，能量受限，由于网络节点的移动特征，其中大多数节点以电池作为动力，在进行系统设计时节能就成为一个非常重要的指标；物理上安全有限，移动网络比固定网络（有线和无线）更易受到安全威胁，需要克服无线链路的安全弱点及移动拓扑所带来的新的安全隐患，因此，传统的用于固定网络的路由协议不适用于Ad Hoc网络。
由于Ad Hoc网络的特点，它对路由协议有了一些新的要求，如何更好地应用这种自组织的网络，满足更多的应用，首先应该掌握现有的一些路由算法协议的特点。
1.2论文研究内容在研究无线网的路由中，想要考察节点的运动型对路由协议带来的冲突。
在NS2中实现了AODV等无线路由协议，而缺乏最简单的泛洪的实现。
在节点运动型非常大的场景中，向全网进行洪泛反而是最有效的路由手段。
从而，我们要在NS2中为无线自组网部分添加一个洪泛协议。
泛洪路由协议本身非常简单，每个节点收到包后只要判断不是重复包后就再次广播。
因此本文即是基于NS2这种网络仿真器对Ad Hoc网络的泛洪路由协议进行研究。
1.3论文组织结构第二章对于Aod Hoc网络的简单介绍：包括其概念特点，结构组成等第三章NS2体系结构及功能模块：具体描述了NS2的体系结构和各项功能模块，包括使用NS2进行网络模拟的过程，此外还进一步考虑了C + + 建立新协议或修改已有网络对象进行扩展时相关的问题。
第四章泛洪路由协议的设计实现：对泛洪路由协议的设计步骤进行了详细的介绍。
第五章泛洪路由协议的仿真测试：对第四章实现的泛洪路由协议进行了网络仿真测试，最后对结果进行了分析讨论。
第六章从所作的毕业设计中得到的一些心得体会。
第二章Ad Hoc网络的介绍2.1 Ad Hoc网络的概念及特点2.1.1 Ad Hoc网络的概念(1)Ad Hoc网络是一种分布式网络。
Ad Hoc网络又称为多跳网络(multi-hop network)、无固定网络设施的网络(infrastructure less network)、自组（self organization）网，自愈网或是对等网，它是一种逻辑意义上的组网方式，即强调在不依赖基础网络设施的前提下由一定范围内的移动终端动态的建立可以互联的网络。
同时它还将现有的主要网络中广泛应用的中央控制管理的功能进行分布式处理，由网络各个节点同步完成，从而提高了网络抗干扰，抗故障的能力，也使其成为在许多特殊场合进行网络互联应用的主要方案。
Ad Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。
在Ad Hoc网络中，当两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接通信。
但是由于移动主机的通信覆盖范围有限，如果两个相距较远的主机要进行通信，则需要通过它们之间的移动主机B的转发才能实现。
因此在Ad Hoc网络中，主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。
在Ad Hoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。
(2)Ad Hoc网络是移动通信和计算机网络的交叉。
在Ad Hoc网络中，使用计算机网络的分组交换机制，而不是电路交换机制。
通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理（PDA）等移动终端设备。
Ad Hoc网络不同于目前因特网环境中的移动IP网络。
在移动IP网络中，移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络，而在Ad Hoc网络中只存在无线链路一种连接方式。
在移动IP网络中，移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之间均为有线网络，仍然使用因特网的传统路由协议。
而Ad Hoc网络没有这些设施的支持。
此外，在移动IP 网络中移动主机不具备路由功能，只是一个普通的通信终端。
当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构，而Ad Hoc网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。
然而在全IP的趋势下，很多研究机构也在积极给出将Ad Hoc网络无缝链接到Internet。
2.1.2 Ad Hoc网络的主要特点(1)无中心：Ad Hoc网络没有严格的控制中心。
所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。
结点可以随时加入和离开网络。
任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
(2)自组织：网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。
结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
(3)多跳路由：当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。
与固定网络的多跳不同，Ad Hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。
(4)动态拓扑：Ad Hoc网络是一个动态的网络。
网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。
(5)独立性：Ad Hoc网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。
它的建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立性。
(6)有限的无线通信带宽：在Ad Hoc网络中没有有线基础设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。
由于无线信道本身的物理特性，它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。
除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值。
(7)有限的主机能源：在Ad Hoc网络中，主机均是一些移动设备，如PDA、便携计算机或掌上电脑。
由于主机可能处在不停的移动状态下，主机的能源主要由电池提供，因此Ad Hoc网络有能源有限的特点。
(8)有限的物理安全：移动网络通常比固定网络更容易受到物理安全攻击，易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。
现有的链路安全技术有些已应用于无线网络中来减小安全攻击。
不过Ad Hoc网络的分布式特性相对于集中式的网络具有一定的抗毁性。
2.2 Ad Hoc网络的结构(1)结点结构：Ad Hoc网络中的结点不仅具备普通移动终端的功能，而且具有报文转发能力，即具备路由器的功能。
因此，就功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。
其中主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、数据处理等应用软件。
而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息，完成报文的转发功能。
电台部分为信息传输提供无线信道支持。
从物理结构上分，结构可以被分为以下几类：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主机多电台。
手持机一般采用的单主机单电台的简单结构。
作为复杂的车载台，一个结点可能包括通信车内的多个主机。
多电台不仅可以用来构建叠加的网络，还可用作网关结点来互联多个Ad Hoc网络。
(2) 网络结构：Ad Hoc网络的网络结构有平面结构和分级结构两种。
当网络的规模较小时，可以采用简单的平面式结构；而当网络的规模增大时，应用分级结构。
①.平面结构：在平面结构中，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。
平面结构的网络比较简单，网络中所有结点是完全对等的，原则上不存在瓶颈，所以比较健壮。
它的缺点是可扩充性差：每一个结点都需要知道到达其他所有结点的路由。
维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息。
②.分级结构：分级结构中，网络被划分为簇。
每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。
这些簇头形成了高一级的网络。
在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。
在分级结构中，簇头结点负责簇间数据的转发。
簇头可以预先指定，也可以由结点使用算法自动选举产生。
