Bao cao nhom bài tập lớn mô phỏng rada

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN CƠ SỞ MẠNG THÔNG TIN
ĐỀ BÀI SỐ 2
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS PHẠM VĂN TIẾN
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Nguyễn Ngọc Mạnh(TN) MSSV:20071914
Lưu Tiến Đạt MSSV:20070716
Nguyễn Viết Thu MSSV:20072801
HÀ NỘI 11/2010
1
Tóm tắt nội dung báo cáo :
I, Đề bài và phân tích yêu cầu 3
II. Cách thức tiến hành công việc 4
III. Giới thiệu về NS2 4
IV, Nội dung chương trình mô phỏng 8
V, Kết quả mô phỏng 13
VI,Kết luận 24
2
I, Đề bài và phân tích yêu cầu :
1.Đề bài:
Các thông số của mạng :
- Mạng gồm 7 nút
- Các liên kết giữa các nút có trễ truyền lan 10ns, chiều dài hàng đợi là 50.
Cụ thể :
+ Các liên kết giữa các máy tính và các bộ định tuyến thuộc loại
100BaseT có băng thông 100 Mbps
+ Băng thông các liên kết giữa các nút như trên hình vẽ
- Mạng truyền 2 nguồn thông tin :

+ Thứ nhất là nguồn lưu lượng tcp - ứng dụng FTP :
Kích thưóc file : 50MByte
Kích thước gói : 1400 byte
+ Thứ hai là luồng udp - traffic CBR
Tốc độ : 1Mbps
Kích thước gói : 1024 byte
Nguồn lưu lượng tcp khởi động trước luồng udp : 10s
2, Yêu cầu :
- Viết kịch bản và chạy mô phỏng mạng với thời gian lớn hơn 2 phút
- Thu thập số liệu về khả thông của mỗi luồng và vẽ đồ thị
- Thu thập và vẽ đồ thị cửa sổ tắc nghẽn (congestion window)
3
- Thay đổi tham số luồng udp sau đó thu thập và vẽ đồ thị tỷ lệ mất gói tại
node_1 và node_2 của luồng udp.
II. Cách thức tiến hành công việc:
II.1. Công việc chung:
-Tìm hiểu về NS2
-Viết các chương trình đơn giản và chạy trong NS2
-Tạo topology cho bài tập lớn và tự tạo kịch bản để chạy.
II.2. Phân chia công việc:
1.Nguyễn Ngọc Mạnh (trưởng nhóm) :
-Cài đặt NS2, tìm tài liệu liên quan và cung cấp cho các thành viên
trong nhóm. Điều phối công việc của nhóm.
-Tìm hiểu khái niệm congestion window
-Thu thập số liệu và vẽ cửa sổ tắc nghẽn.
-Thay đổi tốc độ luồng UDP và thu thập số liệu.
-Tổng hợp , báo cáo.
2.Lưu Tiến Đạt:
-Tìm hiểu về Xgraph
-Xây dựng chương trình tính khả thông cho mỗi luồng.

-Tìm hiểu về UDP,TCP
3.Viết Thu:
-Tìm hiểu về awk
-Viết chương trình tính tỉ lệ mất gói tại node_1, node_2.
III. Giới thiệu về NS2
NS (phiên bản) là phần mềm mô phỏng mạng điều khiển sự kiện riêng rẽ
hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely, viết bằng ngôn ngữ C++
và OTcl. NS rất hữu ích cho việc mô phỏng mạng diện rộng (WAN) và
mạng local (LAN). Bốn lợi ích lớn nhất của NS-2 phải kể đến đầu tiên là:
• Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại
• Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng
• Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể
thực thi được trong thực tế
• Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau
4
Các lệnh cơ bản:
1. Tạo biến mới
Để tạo một biến mới ta dùng lệnh set. Có 3 cách dùng lệnh set như sau:
set a 0 : Tạo một biến a và gán cho a giá trị bằng 0.
set b $a: Tạo biến b và gán cho b giá trị bằng giá trị của biến a
set a [] : Tạo biến a và gán cho a giá trị của một hàm ở trong “[]”.
set a [ new Node]: Tạo biến a và thiết lập a là một node. Node là một
đối tượng ở trong NS2
2. Kiểu biến
Chú ý rằng ở trong Tcl cũng như trong NS2 không có kiểu của biến.
Biến là string hay interger phụ thuộc vào giá trị ta gán cho biến. Ví dụ:
set a [expr 1/20] : a có giá trị bằng 0.
set a [expr 1.0/20.0] : a có giá trị chính xác là 0.05
Điều này rất quan trọng trong quá trình lập trình cho NS2.
3. Lệnh puts

Lệnh puts dùng để ghi giá trị ra bên ngoài. Trong NS2 thì lệnh puts sẽ ghi
ra bảng lệnh terminal. Mỗi lần lệnh puts được gọi, nó sẽ tạo ra một dòng
mới. Ngoài ra lệnh puts còn được dùng để ghi các giá trị lên một biến được
dùng để ghi giá trị ra ngoài (trong nam hoặc graph) đã được định nghĩa từ
trước. Ví dụ:
set nf [open out.nam w]n
puts $nf “$a”
4. Lệnh if
Cấu trúc lệnh if cũng giống như trong c++:
if{expression} {
<execute some comands>
} else{
<execute some comand>
}
5. Vòng lặp for
for{ set i 0}{$i < 5} {incr i}{
<execute some comands>
}
6. Chương trình con
Trong Tcl cũng như trong NS2, để chú thích ta sử dụng dấu # ở đầu
dòng. Điều này sẽ làm cho chương trình thoáng, gọn gang hơn, dễ đọc và dễ
sửa sai.
5
Cấu trúc của một chương trình con:
proc test2 { par1, par2, par3…}{
global var1, var2, var3….
<some command>
return $something
}
Chú ý là lệnh return có thể có hoặc không.

1. Phần mềm mô phỏng Nam
Ở đây chúng ta chỉ nói đến một số lệnh cơ bản thường để sử dụng Nam
trong phần mềm mô phỏng mạng NS2. Chú ý rằng nếu chạy trực tiếp
chương trình Nam thì các lệnh có thể sẽ khác đi.
- Tạo file theo dõi hệ thống phục vụ cho việc mô phỏng:
set nf [open out.nam w]
$ns namtrace-all $nf
- Gọi phần mềm mô phỏng Nam. Lệnh này thường được đặt trong
chương trình con “finish”
exec nam out.nam &
Lệnh này sẽ gọi chương trình Nam và chạy nó dựa vào file theo theo
dõi out.nam
- Xác định vị trí các node trong cửa sổ Nam
$ns duplex-link-op $node1 $node2 orient right
Chú ý rằng ở câu lệnh trên right là dùng để chỉ phương hướng. Hoàn
toàn có thể thay right bằng left, right – down, down, left – down, v.v
- Gán màu cho các gói tin khi chạy chương trình mô phỏng
$ns color 1 red # Gán cho các gói tin thuộc luồng 1 màu đỏ
- Gán màu cho node
$node color red # có thể thay red bằng blue, green, yellow……
- Gán hình dạng cho các node
$node shape box
- Gán màu sắc cho đường link
$ns duplex-link-op $node1 $node2 “green”
2. Theo dõi sự kiện
2a. Các lệnh theo dõi cơ bản
Các lệnh cơ bản dùng để theo dõi các sự kiện trên hệ thống:
- Cân bằng cấp phát bộ đệm cho tất cả các file theo dõi:
$ns flush-trace
- Tạo một đối tượng theo dõi:

6
Cấu trúc: create-trace {type filename scr dst}
Ví dụ : $ns create-trace Drop $tf $n0 $n2
- Theo dõi tất cả các sự kiện trên hệ thống:
$ns trace-all $tf
2b. Cấu trúc file trace
Mỗi một lệnh theo dõi trong các lệnh trên sẽ có các cấu trúc đầu ra
khác nhau. Ở đây chúng ta chỉ xét đến cấu trúc file đầu ra của lệnh “trace-
all”. Với các công cụ phân tích file dữ liệu có sẵn như awk, grep, perl,….
Chúng ta có thể có được tất cả các thông tin mong muốn trong quá trình hệ
thống mạng được mô phỏng bằng cách phân tích file “trace-all”.
File trace được tổ chức trong 12 trường như trong hình dưới
1. Trường đầu tiên mô tả loại sự kiện, được cho bởi một trong 4 kí tự r, +,
-, d tương ứng với các trường hợp đã nhận (ở đầu ra của link), đã xếp vào
trong hàng đợi (enqueued), rời khỏi hàng đợi (dequeued), đã bị hủy
(dropped)
2. Trường thứ hai biểu diễn thời gian sự kiện xuất hiện.
3. Thông báo node input của link nơi sự kiện xảy ra.
4. Thông báo node ouput của link nơi sự kiện xảy ra.
5. Loại gói tin ( ví dụ TCP, CBR, tên loại tương ứng với tên của
application mà chúng ta đã đặt, ví dụ trong phần trước thì application TCP
được gọi là “tcp”).
6. Kích cỡ gói tin.
7. Một vài loại cờ. Chúng ta sẽ xét ở phần sau.
8. Flow id (fid) của Ipv6 mà người dùng thiết lập cho mỗi luồng (flow) tại
đầu vào OTcl cript. Ta có thể dùng trường này để phân tích kết quả, cũng
như để thiết lập màu sắc cho các luồng trong mô phỏng NAM.
9. Địa chỉ của nguồn, nơi phát gói tin, được cho dưới dạng “node.port”.
7
10. Địa chỉ của nguồn đích, nơi nhận gói tin, được cho với cùng dạng như

trên.
11. Số chuỗi các gói tin của một lớp giao thức mạng. Mặc dù thành phần
UDP trong mạng thực tế không có số các chuỗi nhưng ns vẫn giữ lại các vết
(track) để phân tích kết quả.
12. Trường cuối cùng ghi chỉ số id của gói tin (unique id of packet).
IV, Nội dung chương trình mô phỏng:
Mở đầu một chương trình mô phỏng luôn luôn là một lệnh tạo một đối tượng
Simulator:
set ns [new Simulator]
-gán màu cho 2 luồng dữ liệu:
$ns color 1 Blue
$ns color 2 Red
-Tạo file lưu cửa sổ tắc nghẽn
set cwnd [open cwnd.tr w]
- Tạo file trace lưu tất cả các thông số về mạng đang xét
set tracefile [open TraceAll.tr w]
$ns trace-all $tracefile

Tiếp theo ta thiết lập file ghi lại các thông tin theo dõi phục vụ cho việc chạy
Nam và các lệnh để tạo ra các node:
set nf [open out.nam w]
$ns namtrace-all $nf
-Tạo 2 file chứa thông tin băng thông:
set f1 [open khathong1.tr w]
set f2 [open khathong2.tr w]
- Xác định phương thức định tuyến cho mạng :
$ns rtproto Session
Tạo các nút:
set s1 [$ns node]
set s2 [$ns node]

set n1 [$ns node]
set n2 [$ns node]
set n3 [$ns node]
8
set n4 [$ns node]
set d0 [$ns node]
-Tạo liên kết giữa các nút:
$ns duplex-link $s1 $n1 100Mb 10ns DropTail
$ns duplex-link $s2 $n1 100Mb 10ns DropTail
$ns duplex-link $n1 $n2 1.5Mb 10ns DropTail
$ns duplex-link $n1 $n3 20Kb 10ns DropTail
$ns duplex-link $n1 $n4 1.5Mb 10ns DropTail
$ns duplex-link $n2 $n3 1Mb 10ns DropTail
$ns duplex-link $n4 $n3 1.5Mb 10ns DropTail
$ns duplex-link $n3 $d0 100Mb 10ns DropTail
-Giới hạn kích thước hàng đợi giữa các liên kết:
$ns queue-limit $n1 $n2 50
$ns queue-limit $n2 $n3 50
$ns queue-limit $n3 $d0 50
$ns queue-limit $n1 $n4 50
$ns queue-limit $n4 $n3 50
$ns queue-limit $n1 $n3 50
$ns queue-limit $s1 $n1 50
$ns queue-limit $s2 $n1 50
-Xắp sếp vị trí các nút trong NAM
$ns duplex-link-op $s1 $n1 orient right-down
$ns duplex-link-op $s2 $n1 orient right-up
$ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up
$ns duplex-link-op $n2 $n3 orient right-down
$ns duplex-link-op $n3 $d0 orient right

$ns duplex-link-op $n1 $n4 orient right-down
$ns duplex-link-op $n4 $n3 orient right-up
$ns duplex-link-op $n1 $n3 orient right
-Đặt nhãn cho các nút:
$s1 label " Source 1 "
$s2 label " Source 2"
$d0 label " Destination "
$n1 label " n1"
$n4 label " n2 "
$n3 label " n3"
$n2 label " n4 "
-Đặt kích thước băng thông cho các liên kết:
$ns duplex-link-op $n1 $n2 label "1.5Mb"
$ns duplex-link-op $n2 $n3 label "1.5Mb"
$ns duplex-link-op $n1 $n4 label "1.5Mb"
$ns duplex-link-op $n4 $n3 label "1Mb"
$ns duplex-link-op $n1 $n3 label "20Kb"
-Tạo cost cho các liên kết theo băng thông:
$ns cost $n1 $n2 1
$ns cost $n1 $n3 77
$ns cost $n1 $n4 1
$ns cost $n2 $n3 2
9
$ns cost $n3 $n4 1
- Tạo ra các nguồn lưu lượng :
+ Nguồn lưu lượng tcp và gắn mã luồng 1 cho nguồn lưu lượng này :
set tcp [new Agent/TCP]
$ns attach-agent $s1 $tcp
set sink2 [new Agent/TCPSink/DelAck]
$ns attach-agent $d0 $sink2

$ns connect $tcp $sink2
$tcp set fid_ 1
$tcp set packetSize_ 1400
-Cài đặt ứng dụng FTP cho TCP
set ftp [new Application/FTP]
$ftp attach-agent $tcp
$ftp set type_ FTP
-Thiết lập UDP và kết nối
set udp [new Agent/UDP]
$ns attach-agent $s2 $udp
set sink1 [new Agent/LossMonitor]
$ns attach-agent $d0 $sink1
$ns connect $udp $sink1
$udp set class_ 2
-Cài đặt ứng dụng CBR cho UDP
set cbr [new Application/Traffic/CBR]
$cbr attach-agent $udp
$cbr set type_ CBR
$cbr set packet_size_ 1024
$cbr set rate_ 1Mb
- Thủ tục record với chức năng thu thập số liệu về băng thông và cửa sổ tắc
nghẽn :
proc record {} {
global tcp cwnd sink1 sink2 f1 f2
set ns [Simulator instance]
set time 0.5
#so byte nhan duoc tu moi luong
set bw1 [$sink1 set bytes_]
set bw2 [$sink2 set bytes_]
#cai dat thoi gian hien tai

set now [$ns now]
#tinh toan bang thong va ghi no vao file
puts $f1 "$now [expr $bw1/$time*8/1000000]"
puts $f2 "$now [expr $bw2/$time*8/1000000]"
#Reset gia tri sink
10
$sink1 set bytes_ 0
$sink2 set bytes_ 0

set cwnd0 [$tcp set cwnd_]
set now [$ns now]
puts $cwnd "$now $cwnd0"
$ns at [expr $now+$time] "record"
}
- Thủ tục finish với chức năng ghi dữ liệu ra các file trace, gọi các lệnh mô
phỏng và vẽ đồ thị :
proc finish {} {
global ns nf cwnd f1 f2 tracefile losspacket_1 losspacket_2
$ns flush-trace
#Close the NAM trace file
close $nf
close $tracefile
close $f1
close $f2
close $cwnd
close $losspacket_1
close $losspacket_2
## Luu thong tin mat goi tai node2 cua luong cbr vao file node_2.dat
exec awk -f node_1.awk TraceAll.tr >node_1.dat
exec awk -f node_2.awk TraceAll.tr >node_2.dat

exec nam out.nam &
exec xgraph cwnd.tr -bg white -zg blue -t "Cua so tac nghen" &
exec xgraph khathong1.tr khathong2.tr -bg white -y "Bandwith (Mbps)" -x "Time
(s)" -t "Do thi kha thong" -geometry 800x400 &

exec xgraph node_1.dat node_2.dat -bg white -t "Ti le mat goi cua luong CBR o
node_1 node_2" -x "Time (s)" -y "%" -geometry 800x400 &


exit 0
}
- Sau khi đã xây dựng xong cấu trúc của mạng cũng như các phương thức
thu thập số liệu, ta đặt thời gian cho các sự kiện :
#thiet lap kich ban mo phong
$ns at 0.0 "record"
11
$ns at 0.1 "$ftp start"
$ns at 10.1 "$cbr start"
$ns at 130.0 "$ftp stop"
$ns at 140.0 "$cbr stop"
#goi thu tuc "finish" sau 150s
$ns at 150.0 "finish"
-Chạy mô phỏng
$ns run
V, Kết quả mô phỏng :
1, Mô hình thu được trên NAM :
a, Khi tốc độ luồng udp la 1MB
- Mô hình mô phỏng
mô phỏng trước 10s( dùng công cụ edit cua Nam đễ sắp xếp)
- mô phỏng sau 10.1s:

12
13

b,Khi tốc độ luồng udp1 là 1.5MB
mô phỏng sau 10.1s:

14
c,Khi tốc độ luồng udp1 là 2MB
mô phỏng sau 10.1s:
15
2, Các đồ thị thu được :
a, Khi tốc độ luồng udp1 là 1MB :
- Đồ thị khả thông :
16
Đường màu đỏ biểu diễn khả thông của luồng udp
Đường màu xanh biểu diễn khả thông của luồng tcp
- Đồ thị cửa sổ tắc nghẽn :
17
18
- Đồ thị tỷ lệ mất gói tại node_1 và node_2 :
b, Khi tốc độ luồng udp là 1:
- Đồ thị khả thông :
19
- Đồ thị cửa sổ tắc nghẽn :
- Đồ thị tỷ lệ mất gói tại node_1 và node_2 :
c, Khi tốc độ luồng udp là 2MB
- Đồ thị khả thông :
20
21
- Đồ thị cửa sổ tắc nghẽn :

22
- Đồ thị tỷ lệ mất gói tại node_1 và node_2 :
Nhận xét:
-Nhìn vào đồ thị khả thông ta có thể thấy ngay khi luồng udp bắt đầu phát thì
tốc độ của luồng tcp giảm mạnh, thậm chí giảm về 0. Điều này là giao thức
truyền tin UDP và TCP. TCP và UDP là 2 giao thức ở tầng giao vận và cùng
sử dụng giao thức IP trong tầng mạng. Nhưng TCP cung cấp dịch vụ liên kết
đáng tin cậy hơn.
◦ 2 ứng dụng sử dụng TCP phải thiết lập liên kết với nhau
trước khi trao đổi dữ liệu. Dữ liệu từ tầng ứng dụng gửi đến
được TCP chia thành các segment có kích thước phù hợp
nhất để gửi đi. Khi TCP gửi 1 segment nó duy trì 1 thời gian
đợi phúc đáp từ nơi nhận, nếu trong thời gian đó nó không
nhận được phúc đáp, hoặc có phúc đáp báo sai thì segment
đó được gửi lại.
◦ Khác với TCP, UDP không có cơ chế báo nhận, không có
chức năng thiết lập và giải phóng liên kết, không sắp xếp
tuần tự các đơn vị dữ liệu. Vì vậy nó có thể dẫn đến tình
trạng mất hoặc trùng dữ liệu mà không hề có thông báo lỗi
23
đến người gửi.
-Nhìn vào cửa sổ tác nghẽn của luồng TCP ta thấy cơ chế truyền gói tin của
giao thức TCP:
+10s đầu tiên giá trị cửa sổ tăng dần
+sau khi luồng UDP phát thì kích thước cửa sổ giảm mạnh và khi ổn
định thì kích thước cửa sổ không thay đổi nhiều.
Đặc biệt khi tốc độ luồng UDP tăng lên (1.5Mbps và 2Mbps) thì cửa
sổ biến mất.
-Nhìn vào đồ thị “tỉ lệ mất gói tại node1 và node2”:
- Khi luồng UDP phát gói tin thì tại node1 xảy ra hiện tượng mất gói tin.

Với tốc độ luồng UDP 1Mbps thì tỉ lệ mất gói tại nút này là thấp (khoảng
1,2-1,4%) . Do lúc này tốc độ luồng UDP vẫn còn thấp.
Khi tăng tốc độ lên 1.5Mbps thì tỉ lệ mất gói tăng vọt (~20%).
Tiếp tục tăng tốc độ lên 2Mbps thì ban đầu (10.1-25s) thì vẫn xảy ra mất gói
nhưng có xu hướng giảm dần và sau đó (từ 25s trở đi) tỉ lệ mất gói là bằng 0.
-Tỉ lệ mất gói ở nút 2 luôn bằng không.( hay không xảy ra hiện tượng mất
gói). Điều này dễ dàng giải thích do nút 2 chỉ là nút trung gian trong quá
trình truyền gói thông tin từ nguồn đến đích.
VI,Kết luận :
Môn cơ sở mạng thông tin là một môn học chuyên ngành thú vị,và bổ
ích. Nó cung cấp những kiến thức cơ bản nhất cho những bạn nào có định
hướng theo mảng Viễn Thông. Và theo quan điểm học phải đi đôi với hành,
em thấy việc cho bọn em có cơ hội được làm bài tập lớn là một việc rất có ý
nghĩa. Và đề bài thầy giao cũng rất phù hợp với trình độ hiện tại của chúng
em. Sau khi làm xong bài tập này chúng em đã học thêm được rất nhiều
điều. Trước tiên phải kể đến đó là kiến thức về mạng thông tin, các giao thức
truyền và gửi gói tin, Thứ hai đó là biết cách sử dụng công cụ hỗ trợ thiết
kế mạng rất hữu hiệu đó là NS2, và còn biết thêm về hệ điều hành mã nguồn
mở đang được sử dụng ngày càng phổ biến ngày này đó là Linux.
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng chúng em cũng tự nhận thấy bài
làm của mình còn nhiều thiếu sót, mong thầy xem xét và cho ý kiến để bài
tập này được hoàn thiện hơn.
Lời cuối, nhóm chúng em chúc thầy công tác tốt, sức khỏe và có được
nhiều thành công hơn nữa.
* * *
24
Tài liệu tham khảo
1. Slide bài giảng Cơ sở mạng thông tin của thầy Phạm Văn Tiến
2.Ebook: -Introduction to Network Simulator NS2 của Teerawat
Issariyakul • Ekram Hossain

- Ns2_manual.pdf
-NS2 for beginner.pdf
3.Trang web tham khảo: /> 4.Sử dụng Google.com
25