實驗名稱：比較tcp和udp的丟包行為
試驗目的：
1. 熟練用ns2做網絡仿真試驗的整個流程；
2. 練習寫tcl腳本，了解怎么應用http和rtp；
3. 練習用awk處理trace數據，了解怎么計算丟包率；
4. 練習用gnuplot繪制曲線圖，熟練gnuplot的使用。
實驗步驟：
1。確定網絡拓撲。
一個簡單的三個節點的拓撲，兩個運行cbr(const-bitrate)應用的發送結點，一個接收結點。一條鏈路使用tcp鏈接，一條鏈路使用udp連接。如圖。
2。寫tcl腳本。
| # jiqing 2007-6-5
# this script is to compare the loss rates of http and rtp. set ns [new Simulator] #open a nam trace file
set nf [open out.nam w]
$ns namtrace-all $nf #open a trace file
set tf [open out.tr w]
$ns trace-all $tf #finish procedure
proc finish {} {
global ns nf tf
$ns flush-trace
close $nf
close $tf
exec ./nam out.nam &
exit 0
} #create nodes
set node(http) [$ns node]
set node(rtp) [$ns node]
set node(recv) [$ns node] #create links
$ns duplex-link $node(http) $node(recv) 0.9Mb 10ms DropTail
$ns duplex-link $node(rtp) $node(recv) 0.9Mb 10ms DropTail #set queue size
$ns queue-limit $node(http) $node(recv) 10
$ns queue-limit $node(rtp) $node(recv) 10 #relayout nodes
$ns duplex-link-op $node(http) $node(recv) orient right-down
$ns duplex-link-op $node(rtp) $node(recv) orient right-up #set colors
$ns color 1 blue
$ns color 2 red #set a tcp connection
set tcp [new Agent/TCP]
$ns attach-agent $node(http) $tcp
set sink [new Agent/TCPSink]
$ns attach-agent $node(recv) $sink
$ns connect $tcp $sink
$tcp set fid_ 1 #set a cbr above tcp connection
set cbr(http) [new Application/Traffic/CBR]
$cbr(http) attach-agent $tcp
$cbr(http) set type_ CBR
$cbr(http) set packet_size_ 1000
$cbr(http) set rate_ 1mb
$cbr(http) set random_ false #set a rtp connection
set rtp [new Agent/UDP]
$ns attach-agent $node(rtp) $rtp
set null [new Agent/Null]
$ns attach-agent $node(recv) $null
$ns connect $rtp $null
$rtp set fid_ 2 #set a cbr above tcp connection
set cbr(rtp) [new Application/Traffic/CBR]
$cbr(rtp) attach-agent $rtp
$cbr(rtp) set type_ CBR
$cbr(rtp) set packet_size_ 1000
$cbr(rtp) set rate_ 1mb
$cbr(rtp) set random_ false #schedule
$ns at 0.1 "$cbr(http) start"
$ns at 0.1 "$cbr(rtp) start"
$ns at 4.0 "$cbr(http) stop"
$ns at 4.0 "$cbr(rtp) stop"
$ns at 4.1 "finish" $ns run |
3。仿真。在命令提示符下輸入ns http_vs_rtp.tcl，回車。仿真結束，會調用nam演示動畫。
4。用awk處理trace數據。
awk的語法和c很像，不同的是awk中使用變量不用事先聲明。一個awk程序的結構如下面所示：
BEGIN{
...
}
{
...
}
END{
...
}
可見，程序分為三塊，BEGIN只在程序進入時執行一次，END只在程序退出前執行一次。而中間的程序塊會在處理每行數據時都執行一次。
這里用awk計算tcp和udp連接的丟包率，具體程序如下：
| BEGIN {
tcp_droped = 0;
udp_droped = 0;
last_tcp = -1;
last_udp = -1;
total_tcp = 0;
total_udp = 0;
i = 0;
} {
action = $1;
time = $2;
type = $5;
seq_no = $11; if(action == "+" && type == "tcp"){
total_tcp = total_tcp + 1;
} if(action == "+" && type == "cbr"){
total_udp = total_udp + 1;
} if(action=="r"){
if(type=="tcp"){
if(seq_no != last_tcp + 1){
tcp_droped = tcp_droped + 1;
}
last_tcp = seq_no;
} if(type=="cbr"){
if(seq_no != last_udp + 1){
udp_droped = udp_droped + 1;
}
last_udp = seq_no;
} time_point[i] = time;
if(total_tcp > 0)
tcp_loss[i] = tcp_droped / total_tcp * 100;
else
tcp_loss[i] = 0;
if(total_udp > 0)
udp_loss[i] = udp_droped / total_udp * 100;
else
udp_loss[i] = 0;
i = i + 1;
}
} END {
printf("%.2f\t%.2f\t%.2f\n",0,0,0); for(j=0;j < i; i++){
printf("%.2f\t%.2f\t%.2f\n",time_point[j], tcp_loss[j], udp_loss[j]);
}
} |
awk程序寫好后，在命令行下輸入awk -f measure_loss.awk > http_rtp.txt，將把printf輸出的結果寫入http_rtp.txt。參見http_rtp.txt。
| 。。。。。。。 0.91 6.45 0.00
0.91 6.45 0.00
0.92 6.38 0.00
0.92 6.38 0.00
0.92 6.38 0.00
0.93 6.32 0.96
0.93 6.32 0.96
0.93 6.32 0.95
0.94 6.25 0.95
0.94 6.25 0.94
0.94 6.25 0.94
0.95 6.19 0.94
0.95 6.19 0.93
0.95 6.19 0.93
0.95 6.12 0.93
0.96 6.12 0.93 。。。。。。。 |
5。用gnuplot畫圖。
怎么進入和退出gnuplot?
開啟xserver(運行startxwin.bat)后，輸入gnuplot，將進入交互式的畫圖。如果要退出，輸入quit。
http_rtp.txt中有三列數據，分別是時間、tcp丟包率、udp丟包率。
怎么控制gnuplot選擇其中兩列作為x,y軸的數據呢？
plot "filename" using 2將會把第二列作為y軸的數據，第一列默認是x軸的數據。
plot "filename" using 2:3將把第二列作為x軸的數據，第三列作為y軸的數據。
怎么在一張圖中繪制多條線？
多個數據源之間用逗號隔開就可以了，如：
plot "filename1" using 2, "filename2" using 2:3, ...
怎么把圖輸出為圖片？
set terminal gif //設置輸出格式
set output "http_rtp.gif" //設置輸出文件名
replot //輸出
怎么為圖片增加說明？
set title "title" //設置標題
set xlabel "xlabel" //設置x軸說明
set ylabel "ylabel" //設置y軸說明
實驗中遇到的困難及解決辦法：
1。問題：不知道怎么使用rtp agent。
解決：找不到關於這方面的資料，先用udp代替。
2。問題：不知道怎么使用http
解決：關於http的使用ns-2手冊 39.7web cache一節，可供借鑒。但是建立一個http應用比較麻煩，需要http/server, http/client, http/cache。這里用cbr來代替。
實驗結果：
1。當鏈路帶寬設為1mb，tcp和udp速率都為1000時，tcp有丟包現象，udp沒有丟包現象，這大概是因為tcp有確認報文，而udp沒有的緣故。當把鏈路帶寬都設定為0.9Mb，tcp和udp都有嚴重的丟包現象。可見雖然tcp有重傳機制，但在帶寬太低的情況下，仍然會丟包。
2。最終的曲線圖說明，tcp的擁塞控制機制發揮了作用，丟包率逐步下降。而udp沒有擁塞控制機制，當緩沖隊列滿后，丟包率迅速上升。
參考文獻：
1. The ns Manual.
2. ja2 chung, mark claypool. ns by example.
3. 柯志亨的個人站點：http://140.116.72.80/~smallko/。
