Εννοιολογική Επισκόπηση

Το πρώτο πράγμα που χρειάζεται να κάνουμε πριν αρχίσουμε ουσιαστικά να κοιτάμε ή να γράφουμε κώδικα για τον ns-3 είναι να εξηγήσουμε μερικές κεντρικές ιδέες και αφαιρετικές έννοιες του συστήματος. Αρκετές από αυτές μπορεί να φανούν πολύ προφανείς σε κάποιους, αλλά εμείς θα σας συνιστούσαμε να αφιερώσετε κάποιο χρόνο για το διάβασμα αυτού του μέρους, ώστε να διασφαλίσετε πως ξεκινάτε πάνω σε στέρεη βάση.

Αφαιρέσεις-Κλειδιά

Σε αυτό το τμήμα, θα εξετάσουμε κάποιους όρους που χρησιμοποιούνται συχνά στα δίκτυα, αλλά έχουν ένα συγκεκριμένο νόημα στον ns-3.

Κόμβος

Στη διαδικτυακή ορολογία, μια υπολογιστική συσκευή που συνδέεται σε ένα δίκτυο ονομάζεται ξενιστής (host) ή μερικές φορές και τερματικό σύστημα (end system). Επειδή ο ns-3 είναι ένας προσομοιωτής δικτύων, και όχι ειδικά ένας προσομοιωτής του Διαδικτύου, σκόπιμα δεν χρησιμοποιούμε τον όρο ξενιστής, καθώς σχετίζεται άμεσα με το Διαδίκτυο και τα πρωτόκολλά του. Αντ’ αυτού, χρησιμοποιούμε έναν πιο γενικό όρο που επίσης χρησιμοποιείται από άλλους προσομοιωτές και προέρχεται από τη Θεωρία Γράφων — τον όρο κόμβος.

Στον ns-3 η βασική αφαίρεση της υπολογιστικής συσκευής αποκαλείται κόμβος. Αυτή η αφαίρεση αναπαριστάται στη C++ από την κλάση Node. Η κλάση Node παρέχει μεθόδους για τη διαχείριση των αναπαραστάσεων των υπολογιστικών συσκευών στις προσομοιώσεις.

Μπορείτε να σκεφτείτε ένα Node ως έναν υπολογιστή στον οποίο θα προσθέσετε κάποια λειτουργικότητα. Κάποιος θα μπορούσε να προσθέσει πράγματα όπως εφαρμογές, στοίβες πρωτοκόλλων και κάρτες περιφερειακών με τους σχετικούς οδηγούς τους, ώστε να επιτρέψει στον υπολογιστή να πραγματοποιήσει χρήσιμες εργασίες. Το ίδιο βασικό μοντέλο χρησιμοποιούμε κι εμείς στον ns-3.

Εφαρμογή

Τυπικά, το λογισμικό των υπολογιστών χωρίζεται σε δύο ευρείες κατηγορίες. Το Λογισμικό Συστήματος (System Software) οργανώνει τους διάφορους πόρους του υπολογιστή, όπως τη μνήμη, τους κύκλους του επεξεργαστή, τους δίσκους, το δίκτυο, κτλ., σύμφωνα με κάποιο υπολογιστικό μοντέλο. Το λογισμικό συστήματος συνήθως δε χρησιμοποιεί αυτούς τους πόρους για να ολοκληρώσει εργασίες οι οποίες ωφελούν άμεσα τον χρήστη. Ένας χρήστης τυπικά θα έτρεχε μια εφαρμογή που δεσμεύει και χρησιμοποιεί τους πόρους που ελέγχονται από το λογισμικό του συστήματος για να επιτύχει κάποιον στόχο.

Συχνά, η διαχωριστική γραμμή μεταξύ λογισμικού συστήματος και εφαρμογών χαράσσεται στην αλλαγή του επιπέδου δικαιωμάτων που λαμβάνει χώρα στις παγίδες (traps) του λειτουργικού συστήματος. Στον ns-3 δεν υπάρχει ουσιαστικά η έννοια του λειτουργικού συστήματος και ειδικότερα καμία έννοια που να αφορά επίπεδα δικαιωμάτων ή κλήσεις συστήματος. Έχουμε, ωστόσο, την ιδέα της εφαρμογής. Όπως οι εφαρμογές λογισμικού τρέχουν σε υπολογιστές ώστε να πραγματοποιήσουν εργασίες στον «πραγματικό κόσμο», οι εφαρμογές του ns-3 τρέχουν σε Nodes του ns-3 ώστε να καθοδηγήσουν τις προσομοιώσεις στον προσομοιωμένο κόσμο.

Στον ns-3 η βασική αφαίρεση για κάποιο πρόγραμμα του χρήστη που προκαλεί κάποια δραστηριότητα, που πρέπει να προσομοιωθεί, είναι η εφαρμογή. Αυτή η αφαίρεση αναπαριστάται στη C++ από την κλάση Application. Η κλάση Application παρέχει μεθόδους για τη διαχείριση των αναπαραστάσεων της δικής μας έκδοσης των εφαρμογών επιπέδου χρήστη (user-level applications) στις προσομοιώσεις. Οι προγραμματιστές αναμένεται να εξειδικεύσουν (specialize) την κλάση Application στο πνεύμα του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού ώστε να δημιουργήσουν νέες εφαρμογές. Σε αυτόν τον οδηγό, θα χρησιμοποιήσουμε εξειδικεύσεις της κλάσης Application, οι οποίες καλούνται UdpEchoClientApplication και UdpEchoServerApplication. Όπως θα περιμένατε, αυτές οι εφαρμογές συνθέτουν ένα σύνολο εφαρμογών πελάτη-εξυπηρετητή που χρησιμοποιείται για να παράξει και να αναμεταδώσει προσομοιωμένα πακέτα δικτύου.

Κανάλι

Στον πραγματικό κόσμο, μπορούμε να συνδέσουμε έναν υπολογιστή σε ένα δίκτυο. Συχνά τα μέσα από τα οποία περνάνε τα δεδομένα σε αυτά τα δίκτυα ονομάζονται κανάλια. Όταν συνδέετε το καλώδιο Ethernet στην υποδοχή στον τοίχο, συνδέετε τον υπολογιστή σας σε ένα επικοινωνιακό κανάλι Ethernet. Στον προσομοιωμένο κόσμο του ns-3, κάποιος μπορεί να συνδέσει ένα Node σε ένα αντικείμενο που αναπαριστά ένα επικοινωνιακό κανάλι. Εδώ η βασική αφαίρεση του επικοινωνιακού υποδικτύου ονομάζεται κανάλι και αναπαριστάται στη C++ από την κλάση Channel.

Η κλάση Channel παρέχει μεθόδους για τη διαχείριση αντικειμένων του επικοινωνιακού υποδικτύου και για τη σύνδεση κόμβων σε αυτά. Η Channel μπορεί επίσης να εξειδικευθεί από τους προγραμματιστές, με την έννοια του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού. Μια εξειδίκευση της κλάσης Channel μπορεί να μοντελοποιεί κάτι τόσο απλό όσο ένα καλώδιο. Το εξειδικευμένο κανάλι μπορεί επίσης να μοντελοποιεί πράγματα τόσο περίπλοκα όσο έναν μεγάλο Ethernet μεταγωγέα (switch), ή έναν τρισδιάστατο χώρο γεμάτο με εμπόδια στην περίπτωση των ασύρματων δικτύων.

Θα χρησιμοποιήσουμε εξειδικευμένες εκδόσεις της Channel που καλούνται CsmaChannel, PointToPointChannel και WifiChannel σε αυτόν τον οδηγό. Η CsmaChannel, για παράδειγμα, μοντελοποιεί μια έκδοση ενός επικοινωνιακού υποδικτύου που υλοποιεί ένα carrier sense multiple access (CSMA) επικοινωνιακό μέσο. Αυτό μας παρέχει λειτουργικότητα όμοια με του Ethernet.

Δικτυακή Συσκευή

Συνήθως ήταν δεδομένο πως εάν ήθελες να συνδέσεις έναν υπολογιστή σε ένα δίκτυο, έπρεπε να αγοράσεις ένα συγκεκριμένο είδος δικτυακού καλωδίου και εξοπλισμό που ονομαζόταν (σύμφωνα με την ορολογία των Η/Υ) περιφερειακή κάρτα, η οποία έπρεπε να εγκατασταθεί στον υπολογιστή. Αν η περιφερειακή κάρτα υλοποιούσε κάποια δικτυακή λειτουργία, ονομαζόταν Κάρτα Διεπαφής Δικτύου (Network Interface Card) ή NIC. Σήμερα οι περισσότεροι υπολογιστές έχουν ενσωματωμένο εξοπλισμό δικτυακής διεπαφής και οι χρήστες δεν βλέπουν τα συστατικά του μέρη.

Μια κάρτα NIC δε θα λειτουργήσει χωρίς τον οδηγό λογισμικού που θα χειρίζεται το υλικό. Στο Unix (ή Linux), ένα μέρος του περιφερειακού υλικού κατηγοριοποιείται ως συσκευή. Οι συσκευές ελέγχονται μέσω οδηγών συσκευών, και οι δικτυακές συσκευές (NICs) ελέγχονται μέσω οδηγών δικτυακών συσκευών, συλλογικά γνωστές ως συσκευές δικτύου. Στο Unix και στο Linux γίνεται αναφορά σε αυτές τις συσκευές δικτύου με ονόματα όπως eth0.

Στον ns-3 η αφαίρεση της συσκευής δικτύου καλύπτει τόσο τον οδηγό λογισμικού όσο και το προσομοιωμένο υλικό. Μια συσκευή δικτύου «εγκαθίσταται» σε ένα Node προκειμένου να επιτρέψει στο Node να επικοινωνεί με άλλα Nodes στην προσομοίωση μέσω Channels. Όπως και σε έναν αληθινό υπολογιστή, ένα Node μπορεί να είναι συνδεδεμένο σε περισσότερα από ένα Channels μέσω πολλαπλών NetDevices.

Η αφαίρεση της συσκευής δικτύου αναπαρίσταται στη C++ από την κλάση NetDevice. Η κλάση NetDevice παρέχει μεθόδους για τη διαχείριση συνδέσεων σε αντικείμενα Node και Channel και μπορεί να εξειδικευθεί από τους προγραμματιστές σύμφωνα με την έννοια του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού. Εμείς θα χρησιμοποιήσουμε τις διάφορες εξειδικευμένες εκδόσεις της NetDevice που καλούνται CsmaNetDevice, PointToPointNetDevice, και WifiNetDevice σε αυτόν τον οδηγό. Όπως μια Ethernet NIC είναι σχεδιασμένη ώστε να λειτουργεί μαζί με ένα δίκτυο Ethernet, η CsmaNetDevice έχει σχεδιαστεί ώστε να δουλεύει με ένα CsmaChannel, η PointToPointNetDevice ώστε να λειτουργεί με ένα PointToPointChannel και η WifiNetNevice ώστε να λειτουργεί με ένα WifiChannel.

Βοηθοί Τοπολογίας

Σε ένα πραγματικό δίκτυο, θα βρείτε υπολογιστές-ξενιστές (host) με επιπρόσθετες (ή ενσωματωμένες) NIC. Στον ns-3 θα λέγαμε ότι θα βρείτε Nodes με συνδεδεμένες NetDevices. Σε ένα μεγάλο προσομοιωμένο δίκτυο θα χρειαστεί να καθορίσετε πολλές συνδέσεις ανάμεσα σε Nodes, NetDevices και Channels.

Καθώς η σύνδεση NetDevices σε Nodes, η σύνδεση NetDevices σε Channels, η ανάθεση IP διευθύνσεων, κτλ., είναι τόσο κοινές ενέργειες στον ns-3, εμείς παρέχουμε κάτι το οποίο ονομάζουμε βοηθούς τοπολογίας, ώστε να το κάνουμε αυτό όσο το δυνατόν πιο εύκολο. Για παράδειγμα, μπορεί να χρειαστούν πολλές ξεχωριστές κεντρικές εργασίες του ns-3 για τη δημιουργία μιας NetDevice, την προσθήκη μιας διεύθυνσης MAC, την εγκατάσταση αυτής της συσκευής δικτύου σε ένα Node, τη ρύθμιση της στοίβας πρωτοκόλλου του κόμβου, και έπειτα τη σύνδεση της NetDevice σε ένα Channel. Ακόμα περισσότερες εργασίες θα απαιτούνταν για τη σύνδεση πολλαπλών συσκευών πάνω σε κανάλια πολλών κατευθύνσεων και έπειτα η σύνδεση των ανεξάρτητων δικτύων σε διαδίκτυα. Εμείς παρέχουμε τα αντικείμενα των βοηθών τοπολογίας, που συνδυάζουν αυτές τις πολλές ξεχωριστές διαδικασίες σε ένα εύχρηστο μοντέλο για τη δική σας ευκολία.

Ένα Πρώτο Σενάριο στον ns-3

Αν έχετε κατεβάσει το σύστημα όπως σας προτάθηκε παραπάνω, θα έχετε μια έκδοση του ns-3 σε έναν κατάλογο που ονομάζεται repos μέσα στον home κατάλογό σας. Μεταβείτε στον κατάλογο αυτής της έκδοσης, και θα πρέπει να βρείτε μια δομή καταλόγου παρόμοια με την ακόλουθη:

AUTHORS       examples       scratch        utils      waf.bat*
bindings      LICENSE        src            utils.py   waf-tools
build         ns3            test.py*       utils.pyc  wscript
CHANGES.html  README         testpy-output  VERSION    wutils.py
doc           RELEASE_NOTES  testpy.supp    waf*       wutils.pyc

Μεταβείτε στον κατάλογο examples/tutorial. Θα πρέπει να δείτε ένα αρχείο με όνομα first.cc που βρίσκεται εκεί. Αυτό είναι ένα σενάριο που θα δημιουργήσει έναν απλό από-σημείο-σε-σημείο (point-to-point) σύνδεσμο ανάμεσα σε δύο κόμβους και θα μεταδώσει ένα μόνο πακέτο ανάμεσα στους κόμβους. Ας ρίξουμε μια ματιά στο σενάριο αυτό γραμμή προς γραμμή, οπότε προχωρήστε και ανοίξτε το first.cc στον αγαπημένο σας κειμενογράφο.

Στερεότυπο

Η πρώτη γραμμή στο αρχείο είναι μια γραμμή κατάστασης για τον emacs. Αυτή λέει στον emacs τις συμβάσεις διαμόρφωσης (στυλ κώδικα) που χρησιμοποιούμε στον πηγαίο μας κώδικα.

/* -*- Mode:C++; c-file-style:"gnu"; indent-tabs-mode:nil; -*- */

Το θέμα αυτό είναι πάντα κάπως αμφιλεγόμενο, οπότε ας το θέσουμε εκτός συζήτησης αμέσως. Το project του ns-3, όπως και τα περισσότερα μεγάλα project, έχει υιοθετήσει ένα στυλ κώδικα το οποίο πρέπει να ακολουθείται σε όλο τον κώδικα που προέρχεται από συνεισφορά. Εάν θέλετε να συνεισφέρετε τον κώδικά σας στο project, θα πρέπει εκ των πραγμάτων να προσαρμοστείτε στο πρότυπο κώδικα του ns-3, όπως περιγράφεται στο αρχείο doc/codingstd.txt ή όπως φαίνεται στην ιστοσελίδα του project εδώ.

Θα σας συνιστούσαμε, λοιπόν, να συνηθίσετε την όψη και την αίσθηση του κώδικα του ns-3 και να υιοθετήσετε το πρότυπο αυτό όποτε δουλεύετε με τον κώδικά μας. Όλοι στην ομάδα προγραμματιστών και όσοι συνεισφέρουν το έχουν κάνει αυτό με ποικίλες δόσεις γκρίνιας. Η γραμμή δήλωσης κατάστασης (mode) του emacs παραπάνω καθιστά πιο εύκολη τη σωστή διαμόρφωση, εάν χρησιμοποιείτε τον επεξεργαστή emacs.

O προσομοιωτής ns-3 υπάγεται στην Γενική Άδεια Δημόσιας Χρήσης GNU GPL. Θα δείτε την κατάλληλη νομική ορολογία του GNU στην κορυφή κάθε αρχείου στη διανομή του ns-3. Συχνά θα δείτε και μια ειδοποίηση πνευματικής ιδιοκτησίας για ένα από τα ινστιτούτα που συμμετέχουν στο project του ns-3 πάνω από το κείμενο της GPL και έναν συγγραφέα από κάτω.

/*
 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
 * published by the Free Software Foundation;
 *
 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 * GNU General Public License for more details.
 *
 * You should have received a copy of the GNU General Public License
 * along with this program; if not, write to the Free Software
 * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
 */

Συμπερίληψη Ενοτήτων (Module Includes)

Ο κώδικας ξεκινάει κανονικά με έναν αριθμό από δηλώσεις συμπερίληψης (include).

#include "ns3/core-module.h"
#include "ns3/network-module.h"
#include "ns3/internet-module.h"
#include "ns3/point-to-point-module.h"
#include "ns3/applications-module.h"

Προκειμένου να βοηθήσουμε τους χρήστες σεναρίων υψηλού-επιπέδου να διαχειριστούν το μεγάλο αριθμό από αρχεία include που βρίσκονται στο σύστημα, ομαδοποιούμε τα include σε σχετικά μεγάλες ενότητες. Παρέχουμε ένα και μόνο αρχείο include το οποίο θα φορτώνει αναδρομικά όλα τα αρχεία include που χρησιμοποιούνται σε κάθε ενότητα. Αντί να αναγκαστείτε να ψάξετε για το τι επικεφαλίδα (header) χρειάζεστε, και πιθανόν να πρέπει να ρυθμίσετε σωστά έναν αριθμό εξαρτήσεων, σας δίνουμε τη δυνατότητα να φορτώσετε ένα σύνολο από αρχεία με υψηλό βαθμό λεπτομέρειας. Δεν είναι και η πιο αποτελεσματική προσέγγιση αλλά σίγουρα κάνει τη συγγραφή σεναρίων πολύ πιο εύκολη.

Κάθε ένα από τα αρχεία include του ns-3 βρίσκεται σε έναν κατάλογο που ονομάζεται ns3 (μέσα στον κατάλογο build) κατά τη διάρκεια της διαδικασίας του build, ώστε να αποφευχθούν συγκρούσεις ονομάτων μεταξύ αρχείων include. Το αρχείο ns3/core-module.h αντιστοιχεί στην ενότητα του ns-3 που θα βρείτε στον κατάλογο src/core στην κατεβασμένη έκδοσή σας. Αν δείτε τη λίστα των αρχείων σε αυτόν τον κατάλογο θα συναντήσετε έναν μεγάλο αριθμό από αρχεία επικεφαλίδας. Όταν πραγματοποιήσετε το build, το Waf θα τοποθετήσει τα καθολικά αρχεία επικεφαλίδας σε έναν κατάλογο με όνομα ns3 μέσα στον κατάλληλο κατάλογο build/debug ή build/optimized, σύμφωνα με τις ρυθμίσεις σας. Το Waf θα δημιουργήσει επίσης αυτόματα ένα αρχείο συμπερίληψης ως ενότητα (module include file) για τη φόρτωση όλων των καθολικών αρχείων επικεφαλίδας.

Φυσικά, από τη στιγμή που ακολουθείτε αυτόν τον οδηγό με θρησκευτικη ευλάβεια, θα έχετε ήδη εκτελέσει την εντολή

$ ./waf -d debug --enable-examples --enable-tests configure

προκειμένου να ρυθμίσετε το project ώστε να πραγματοποιήσει τις κατασκευές αποσφαλμάτωσης (debug builds) που περιέχουν παραδείγματα και τεστ. Θα έχετε εκτελέσει επίσης και την εντολή

$ ./waf

ώστε να κατασκευάσετε (build) το project. Οπότε τώρα εάν κοιτάξετε στον κατάλογο ../../build/debug/ns3 θα βρείτε τα τέσσερα αρχεία συμπερίληψης ως ενότητες που παρουσιάστηκαν παραπάνω. Μπορείτε να ρίξετε μια ματιά στα περιεχόμενα αυτών των αρχείων και να ανακαλύψετε ότι όντως περιλαμβάνουν όλα τα αρχεία καθολικής συμπερίληψης στις αντίστοιχες ενότητες.

Χώρος Ονομάτων του ns-3

Η επόμενη γραμμή στο σενάριο first.cc είναι μια δήλωση χώρου ονομάτων.

using namespace ns3;

Το project του ns-3 είναι υλοποιημένο σε έναν χώρο ονομάτων της C++ που ονομάζεται ns3. Αυτός ομαδοποιεί όλες τις δηλώσεις που σχετίζονται με τον ns-3 σε έκταση εκτός του καθολικού χώρου ονομάτων, κάτι το οποίο ελπίζουμε ότι θα βοηθήσει στην ενοποίηση με άλλον κώδικα. Η δήλωση using της C++ εισάγει τον χώρο ονομάτων του ns-3 μέσα στην τρέχουσα (καθολική) περιοχή δηλώσεων. Είναι ένας κομψός τρόπος για να πούμε ότι μετά από αυτή τη δήλωση, δε θα χρειαστεί να πληκτρολογήσετε τον τελεστή ανάλυσης εμβέλειας ns3:: (scope resolution operator) πριν από κάθε γραμμή κώδικα του ns-3 προκειμένου να τον χρησιμοποιήσετε. Αν δεν είστε σχετικοί με τους χώρους ονομάτων, παρακαλούμε συμβουλευτείτε σχεδόν οποιονδήποτε οδηγό της C++ και συγκρίνετε τον χώρο ονομάτων ns3 και τη χρήση του εδώ με περιπτώσεις του χώρου ονομάτων std και τις δηλώσεις using namespace std;, που θα συναντήσετε συχνά σε συζητήσεις που αφορούν την cout και τις ροές δεδομένων (streams).

Καταγραφή (Logging)

Η επόμενη γραμμή του σεναρίου είναι η ακόλουθη,

NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("FirstScriptExample");

Θα αξιοποιήσουμε την προκειμένη δήλωση ως μια βολική ευκαιρία για να μιλήσουμε σχετικά με το σύστημα τεκμηρίωσής μας Doxygen. Αν κοιτάξετε στον ιστότοπο του project, ns-3 project, θα βρείτε έναν σύνδεσμο προς την τεκμηρίωση (“Documentation”) στην μπάρα πλοήγησης. Εάν επιλέξετε αυτόν τον σύνδεσμο, θα οδηγηθείτε στη σελίδα τεκμηρίωσής μας. Υπάρχει ένας σύνδεσμος προς την τελευταία έκδοση (“Latest Release”) ο οποίος θα σας οδηγήσει στην τεκμηρίωση για την τελευταία σταθερή έκδοση του ns-3. Εάν επιλέξετε τον σύνδεσμο “API Documentation”, θα οδηγηθείτε στη σελίδα τεκμηρίωσης του API του ns-3.

Κατά μήκος της αριστερής πλευράς, θα βρείτε μια γραφική αναπαράσταση της δομής της τεκμηρίωσης. Ένα καλό μέρος για να ξεκινήσετε είναι το «βιβλίο» NS-3 Modules (Ενότητες του NS-3) στο δέντρο πλοήγησης του ns-3. Αν πατήσετε και επεκτείνετε τα Modules θα δείτε μια λίστα με τεκμηριώσεις ενοτήτων του ns-3. Η ιδέα της ενότητας εδώ συνδέεται απευθείας με τα αρχεία συμπερίληψης ως ενότητες που αναφέραμε παραπάνω. Το υποσύστημα καταγραφής του ns-3 αναφέρεται στον τομέα C++ Constructs Used by All Modules, οπότε προχωρήστε και επεκτείνετε αυτόν τον κόμβο τεκμηρίωσης. Τώρα, επεκτείνετε το βιβλίο Debugging και έπειτα επιλέξτε τη σελίδα Logging.

Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να βλέπετε την τεκμηρίωση Doxygen για την ενότητα της καταγραφής. Στη λίστα των #define στο πάνω μέρος της σελίδας θα δείτε την καταχώρηση για το NS_LOG_COMPONENT_DEFINE. Προτού μεταβείτε εκεί, θα ήταν μάλλον καλό να δείτε την λεπτομερή περιγραφή (“Detailed Description”) της ενότητας καταγραφής για να αποκτήσετε μια αίσθηση της όλης λειτουργίας. Μπορείτε είτε να κατεβείτε προς τα κάτω, είτε να επιλέξετε το σύνδεσμο “More...” κάτω από το συνεργατικό διάγραμμα για να το κάνετε αυτό.

Μόλις έχετε αποκτήσει μια γενική ιδέα του τι συμβαίνει, συνεχίστε και ρίξτε μια ματιά στη συγκεκριμένη τεκμηρίωση του NS_LOG_COMPONENT_DEFINE. Δε θα γράψουμε για δεύτερη φορά την τεκμηρίωση εδώ, αλλά για να συνοψίσουμε, αυτή η γραμμή δηλώνει ένα στοιχείο καταγραφής (logging component) που ονομάζεται FirstScriptExample και σας επιτρέπει να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε την καταγραφή μηνυμάτων κονσόλας μέσω αναφοράς στο όνομα.

Η Μέθοδος Main

Οι επόμενες γραμμές του σεναρίου που θα συναντήσετε είναι,

int
main (int argc, char *argv[])
{

Αυτή είναι απλά η δήλωση της main μεθόδου του προγράμματός (σεναρίου) σας. Όπως και σε οποιοδήποτε C++ πρόγραμμα, θα χρειαστεί να ορίσετε μια main μέθοδο η οποία θα είναι η πρώτη μέθοδος που θα εκτελεστεί. Δεν υπάρχει τίποτε το ιδιαίτερο εδώ. Το ns-3 σενάριό σας είναι απλά ένα C++ πρόγραμμα.

Η επόμενη γραμμή θέτει την ακρίβεια της ώρας σε ένα νανοδευτερόλεπτο (1 ns), το οποίο τυχαίνει να είναι και η προκαθορισμένη τιμή:

Time::SetResolution (Time::NS);

Η ακρίβεια είναι η μικρότερη τιμή του χρόνου που μπορεί να αναπαρασταθεί (καθώς επίσης και η μικρότερη αναπαραστήσιμη διαφορά μεταξύ δύο τιμών χρόνου). Μπορείτε να αλλάξετε την ακρίβεια μόνο μία φορά. Ο μηχανισμός που μας επιτρέπει αυτή την ευελιξία απαιτεί κάπως πολύ μνήμη, οπότε μόλις η ακρίβεια έχει καθοριστεί ρητά, απελευθερώνουμε τη μνήμη, εμποδίζοντας περαιτέρω ανανεώσεις. (Εάν δεν θέσετε ρητά την ακρίβεια, θα τεθεί εξ ορισμού στο ένα νανοδευτερόλεπτο, και η μνήμη θα απελευθερωθεί όταν ξεκινήσει η προσομοίωση.)

Οι δύο επόμενες γραμμές του σεναρίου χρησιμοποιούνται για την ενεργοποίηση δύο στοιχείων καταγραφής που είναι ενσωματωμένα στις εφαρμογές του echo πελάτη και του echo εξυπηρετητή:

LogComponentEnable("UdpEchoClientApplication", LOG_LEVEL_INFO);
LogComponentEnable("UdpEchoServerApplication", LOG_LEVEL_INFO);

Αν έχετε διαβάσει την τεκμηρίωση για τα στοιχεία της καταγραφής, θα έχετε δει ότι υπάρχει ένας αριθμός επιπέδων λεπτομέρειας κατά την καταγραφή, που μπορείτε να ενεργοποιήσετε σε κάθε τέτοιο στοιχείο. Αυτές οι δύο γραμμές κώδικα επιτρέπουν την καταγραφή αποσφαλμάτωσης στο επίπεδο INFO για τους πελάτες και εξυπηρετητές echo. Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα το να εκτυπώνει η εφαρμογή μηνύματα καθώς στέλνονται και λαμβάνονται τα πακέτα κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης.

Τώρα θα πάμε κατευθείαν στη διαδικασία δημιουργίας μιας τοπολογίας και την εκτέλεση μιας προσομοίωσης. Θα χρησιμοποιήσουμε τα αντικείμενα βοηθών τοπολογίας για να κάνουμε αυτή την εργασία όσο πιο εύκολη γίνεται.

Βοηθοί Τοπολογίας

NodeContainer

Οι επόμενες δύο γραμμές κώδικα στο σενάριό μας θα δημιουργήσουν στην ουσία τα αντικείμενα Node του ns-3, τα οποία θα αναπαριστούν τους υπολογιστές στην προσομοίωση.

NodeContainer nodes;
nodes.Create (2);

Ας βρούμε την τεκμηρίωση για την κλάση NodeContainer πριν συνεχίσουμε. Ένας άλλος τρόπος για να φτάσουμε στην τεκμηρίωση για μια δεδομένη κλάση είναι μέσω της καρτέλας Classes στις σελίδες του Doxygen. Εάν έχετε ακόμα πρόχειρο το Doxygen, απλά ανεβείτε στο πάνω μέρος της σελίδας και επιλέξτε την καρτέλα Classes. Θα πρέπει να δείτε να εμφανίζεται ένα νέο σύνολο από καρτέλες, μία από τις οποίες θα είναι και η Class List. Κάτω από αυτήν την καρτέλα θα δείτε μία λίστα με όλες τις κλάσεις του ns-3. Κατεβείτε προς τα κάτω, ψάχνοντας για την ns3::NodeContainer. Μόλις βρείτε την κλάση, προχωρήστε και επιλέξτε την ώστε να πάτε στην τεκμηρίωση της κλάσης αυτής.

Μπορεί να θυμάστε ότι μία από τις αφαιρέσεις-κλειδιά μας είναι ο κόμβος. Αυτός αντιπροσωπεύει έναν υπολογιστή στον οποίο εμείς πρόκειται να προσθέσουμε πράγματα, όπως στοίβες πρωτοκόλλου, εφαρμογές και περιφερειακές κάρτες. Ο βοηθός τοπολογίας NodeContainer παρέχει έναν βολικό τρόπο για τη δημιουργία, τη διαχείριση και την πρόσβαση σε οποιοδήποτε Node αντικείμενο δημιουργούμε, ώστε να εκτελέσουμε την προσομοίωση. Η πρώτη γραμμή παραπάνω απλά δηλώνει ένα NodeContainer, τον οποίο αποκαλούμε nodes. Η δεύτερη γραμμή καλεί τη μέθοδο Create πάνω στο αντικείμενο nodes και ζητάει από τον container να δημιουργήσει δύο κόμβους. Όπως περιγράφθηκε και στο Doxygen, ο container καλεί το κατάλληλο σύστημα του ns-3 για να δημιουργήσει δύο αντικείμενα Node και αποθηκεύει τους δείκτες προς αυτά τα αντικείμενα εσωτερικά.

Οι κόμβοι δεν κάνουν τίποτα έτσι όπως είναι στο σενάριο. Το επόμενο βήμα για την κατασκευή μιας τοπολογίας είναι να συνδέσουμε τους δύο κόμβους μεταξύ τους σε ένα δίκτυο. Η απλούστερη μορφή δικτύου που υποστηρίζουμε είναι ένας απλός σύνδεσμος σημείου-προς-σημείο ανάμεσα σε δύο κόμβους. Θα κατασκευάσουμε εδώ έναν από αυτούς τους συνδέσμους.

PointToPointHelper

Κατασκευάζουμε ένα σύνδεσμο σημείου-προς-σημείο, και, με ένα πρότυπο που θα σας γίνει αρκετά οικείο, χρησιμοποιούμε ένα αντικείμενο βοηθού τοπολογίας ώστε να κάνουμε τη δουλειά χαμηλού επιπέδου που απαιτείται για να στήσουμε το σύνδεσμο. Θυμηθείτε ότι δύο από τις κύριες αφαιρέσεις μας είναι η NetDevice και το Channel. Στον πραγματικό κόσμο, αυτοί οι όροι αντιστοιχούν περίπου στις περιφερειακές κάρτες και στα καλώδια δικτύου. Τυπικά αυτά τα δύο πράγματα είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους και δεν θα πρέπει να περιμένετε ότι συλλειτουργούν π.χ. συσκευές Ethernet και ασύρματα κανάλια. Οι βοηθοί τοπολογίας μας ακολουθούν αυτό το αυστηρό ταίριασμα και κατά συνέπεια θα χρησιμοποιήσετε έναν PointToPointHelper για να ρυθμίσετε και να συνδέσετε τα αντικείμενα του ns-3 PointToPointNetDevice και PointToPointChannel σε αυτό το σενάριο.

Οι επόμενες τρεις γραμμές στο σενάριο είναι,

PointToPointHelper pointToPoint;
pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));

Η πρώτη γραμμή,

PointToPointHelper pointToPoint;

δημιουργεί ένα αντικείμενο PointToPointHelper στη στοίβα. Από την οπτική υψηλού επιπέδου η επόμενη γραμμή,

pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));

λέει στο αντικείμενο PointToPointHelper να χρησιμοποιήσει την τιμή “5Mbps” (πέντε μεγα-μπιτ ανά δευτερόλεπτο) ως “DataRate” (ρυθμό δεδομένων) όταν δημιουργήσει ένα αντικείμενο PointToPointNetDevice.

Από μια πιο λεπτομερή οπτική, η ακολουθία χαρακτήρων “DataRate” αντιστοιχεί σε αυτό που αποκαλούμε Attribute (χαρακτηριστικό) της PointToPointNetDevice. Εάν κοιτάξετε στο Doxygen την κλάση ns3::PointToPointNetDevice και βρείτε την τεκμηρίωση για τη μέθοδο GetTypeId, θα δείτε μια λίστα από χαρακτηριστικά που ορίζονται για αυτή τη συσκευή. Ανάμεσα σε αυτά είναι και το “DataRate” Attribute. Τα περισσότερα αντικείμενα του ns-3, που είναι ορατά από τους χρήστες, έχουν παρόμοιες λίστες από χαρακτηριστικά. Χρησιμοποιούμε αυτόν το μηχανισμό για να ρυθμίσουμε εύκολα τις προσομοιώσεις χωρίς να επαναμεταγλωττίζουμε, όπως θα δείτε στο ακόλουθο τμήμα.

Αντίστοιχα με το “DataRate”, στην PointToPointNetDevice θα βρείτε ένα “Delay” (καθυστέρηση) Attribute συσχετισμένο με το PointToPointChannel. Η τελευταία γραμμή,

pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));

λέει στον PointToPointHelper να χρησιμοποιήσει την τιμή “2ms” (δύο χιλιοστά του δευτερολέπτου) ως την τιμή της καθυστέρησης μετάδοσης κάθε καναλιού σημείου-προς-σημείο που θα δημιουργήσει στη συνέχεια.

NetDeviceContainer

Σε αυτό το σημείο του σεναρίου, έχουμε ένα NodeContainer που περιέχει δύο κόμβους. Έχουμε έναν PointToPointHelper που έχει καθοριστεί και είναι έτοιμο να φτιάξει PointToPointNetDevices και να τις ενώσει με αντικείμενα της PointToPointChannel μεταξύ τους. Με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιήσαμε το αντικείμενο βοηθού τοπολογίας NodeContainer για να δημιουργήσουμε τους κόμβους της προσομοίωσής μας, θα ζητήσουμε από τον PointToPointHelper να κάνει τη δουλειά που περιλαμβάνει τη δημιουργία, τη ρύθμιση και την εγκατάσταση των συσκευών για εμάς. Θα χρειαστεί να έχουμε μια λίστα με όλα τα αντικείμενα τύπου NetDevice που θα δημιουργηθούν, οπότε χρησιμοποιούμε ένα NetDeviceContainer για να τα αποθηκεύσουμε, όπως χρησιμοποιήσαμε και ένα NodeContainer για να κρατήσουμε τους κόμβους που δημιουργήσαμε. Οι δύο ακόλουθες γραμμές κώδικα,

NetDeviceContainer devices;
devices = pointToPoint.Install (nodes);

θα τελειώσουν τη ρύθμιση των συσκευών και του καναλιού. Η πρώτη γραμμή δηλώνει τον container συσκευών που αναφέρθηκε παραπάνω, και η δεύτερη κάνει τη βαριά δουλειά. Η μέθοδος Install του PointToPointHelper δέχεται ένα NodeContainer ως παράμετρο. Εσωτερικά, δημιουργείται ένας NetDeviceContainer. Για κάθε κόμβο του NodeContainer (πρέπει να είναι ακριβώς δύο για έναν σύνδεσμο σημείου-προς-σημείο) μια PointToPointNetDevice δημιουργείται και αποθηκεύεται στον container συσκευών. Ένα PointToPointChannel δημιουργείται και οι δύο PointToPointNetDevices συνδέονται σε αυτό. Όταν δημιουργούνται αντικείμενα από τον PointToPointHelper, τα Attributes που έχουν τεθεί νωρίτερα στον βοηθό χρησιμοποιούνται για να αρχικοποιήσουν τα αντίστοιχα Attributes στα αντικείμενα που δημιουργήθηκαν.

Μετά την εκτέλεση της κλήσης pointToPoint.Install (nodes), θα έχουμε δύο κόμβους, σε κάθε έναν από αυτούς μια εγκατεστημένη δικτυακή συσκευή σημείου-προς-σημείο και ένα μονό κανάλι σημείου-προς-σημείο ανάμεσά τους. Και οι δύο συσκευές θα ρυθμιστούν ώστε να μεταδίδουν δεδομένα με ρυθμό 5 megabit ανά δευτερόλεπτο πάνω από το κανάλι, που έχει καθυστέρηση μετάδοσης δύο χιλιοστά του δευτερολέπτου.

InternetStackHelper

Τώρα έχουμε ρυθμισμένους κόμβους και συσκευές, αλλά δεν έχουμε καμία στοίβα πρωτοκόλλου εγκατεστημένη στους κόμβους. Οι επόμενες δύο γραμμές κώδικα θα το φροντίσουν αυτό.

InternetStackHelper stack;
stack.Install (nodes);

Ο InternetStackHelper είναι ένας βοηθός τοπολογίας, που είναι για τις διαδικτυακες στοίβες ότι είναι ο PointToPointHelper για τις δικτυακές συσκευές σημείου-προς-σημείο. Η μέθοδος Install δέχεται ένα NodeContainer ως παράμετρο. Όταν εκτελεστεί, θα εγκαταστήσει μια Διαδικτυακή Στοίβα (TCP, UDP, IP, κτλ.) σε κάθε έναν από τους κόμβους μέσα στον container κόμβων.

Ipv4AddressHelper

Έπειτα χρειάζεται να συσχετίσουμε τις συσκευές στους κόμβους μας με διευθύνσεις IP. Εμείς παρέχουμε έναν βοηθό τοπολογίας που διαχειρίζεται το διαμοιρασμό των διευθύνσεων IP. Το μόνο API που είναι ορατό στους χρήστες είναι ο καθορισμός της βασικής διεύθυνσης IP (base IP address) και της μάσκας δικτύου (network mask), που θα χρησιμοποιηθούν όταν πραγματοποιηθεί ο ουσιαστικός διαμοιρασμός διευθύνσεων (ο οποίος γίνεται σε ένα κατώτερο επίπεδο μέσα στο βοηθό).

Οι επόμενες δύο γραμμές κώδικα στο σενάριο που έχουμε ως παράδειγμα, το first.cc,

Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");

δηλώνουν ένα αντικείμενο βοηθού διευθύνσεων, και του λένε ότι πρέπει να ξεκινήσει την διανομή IP διευθύνσεων από το δίκτυο 10.1.1.0 χρησιμοποιώντας τη μάσκα 255.255.255.0 για να καθορίσουν τα bit που θα διανεμηθούν. Εξ ορισμού οι διευθύνσεις που δεσμεύονται θα αρχίσουν από το ένα και θα αυξάνονται μονότονα, οπότε η πρώτη διεύθυνση που θα δοθεί από τη βάση θα είναι η 10.1.1.1, ακολουθούμενη από την 10.1.1.2, κτλ. Το σύστημα χαμηλού επιπέδου του ns-3 θυμάται στην ουσία όλες τις διευθύνσεις IP που έχουν κατανεμηθεί και θα παράξει ένα fatal error (μοιραίο λάθος) εάν προκαλέσετε κατά λάθος τη δημιουργία της ίδιας διεύθυνσης δύο φορές (σφάλμα που είναι πολύ δύσκολο προς αποσφαλμάτωση, παρεμπιπτόντως).

Η επόμενη γραμμή κώδικα,

Ipv4InterfaceContainer interfaces = address.Assign (devices);

πραγματοποιεί την ουσιαστική ανάθεση διευθύνσεων. Στον ns-3 κάνουμε τη συσχέτιση μεταξύ μιας IP διεύθυνσης και μιας συσκευής χρησιμοποιώντας ένα αντικείμενο Ipv4Interface. Όπως κάποιες φορές χρειαζόμαστε μια λίστα δικτυακών συσκευών που έχουν δημιουργηθεί από έναν βοηθό για μελλοντική αναφορά, έτσι κάποιες φορές χρειαζόμαστε και μια λίστα από αντικείμενα Ipv4Interface. Ο Ipv4InterfaceContainer παρέχει αυτή τη λειτουργία.

Τώρα έχουμε φτιάξει ένα δίκτυο σημείου-προς-σημείο, με εγκατεστημένες στοίβες και διευθύνσεις IP ανατεθημένες. Αυτό που χρειαζόμαστε σε αυτό το σημείο είναι εφαρμογές οι οποίες θα δημιουργήσουν κίνηση στο δίκτυό μας.

Εφαρμογές

Άλλη μια από τις κεντρικές αφαιρέσεις του συστήματος του ns-3 είναι η Application. Σε αυτό το σενάριο χρησιμοποιούμε δύο εξειδικεύσεις (specializations) της κεντρικής κλάσης του ns-3 Application, που καλούνται UdpEchoServerApplication και UdpEchoClientApplication. Όπως έχουμε κάνει και στις προηγούμενες επεξηγήσεις μας, χρησιμοποιούμε βοηθούς αντικειμένων για να μας βοηθήσουν με τη ρύθμιση και τη διαχείριση των βασικών αντικειμένων. Εδώ, χρησιμοποιούμε αντικείμενα των UdpEchoServerHelper και UdpEchoClientHelper ώστε να κάνουμε τη ζωή μας πιο εύκολη.

UdpEchoServerHelper

Οι ακόλουθες γραμμές κώδικα στο σενάριο του παραδείγματός μας, first.cc, χρησιμοποιούνται για να θέσουν μια εφαρμογή UDP echo εξυπηρετητή σε έναν από τους κόμβους που έχουμε δημιουργήσει προηγούμενως.

UdpEchoServerHelper echoServer (9);

ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (1));
serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (10.0));

Η πρώτη γραμμή κώδικα στο παραπάνω απόσπασμα δηλώνει τον UdpEchoServerHelper. Ως συνήθως, αυτή δεν είναι η ίδια η εφαρμογή, αλλά ένα αντικείμενο που χρησιμοποιείται για να μας βοηθήσει να δημιουργήσουμε τις πραγματικές εφαρμογές. Μια από τις συμβάσεις μας είναι να τοποθετούμε τα απαιτούμενα Attributes στο δημιουργό (constructor) του βοηθού. Σε αυτή την περίπτωση, ο βοηθός δε μπορεί να κάνει τίποτα χρήσιμο εάν δεν του δοθεί ένας αριθμός port που να γνωρίζει ήδη ο πελάτης. Αντί να επιλεχθεί απλά ένας αριθμός και να ελπίζουμε ότι όλα θα δουλέψουν, απαιτούμε να υπάρχει ένας αριθμός port ως παράμετρος για τον δημιουργό. Ο δημιουργός, με τη σειρά του, απλά κάνει μια ανάθεση τιμής SetAttribute με τη δοθείσα τιμή. Εάν θέλετε, μπορείτε να θέσετε το Attribute “Port” σε μια άλλη τιμή αργότερα χρησιμοποιώντας τη SetAttribute.

Παρόμοια με πολλά άλλα αντικείμενα βοηθών, το αντικείμενο UdpEchoServerHelper έχει μια μέθοδο Install. Είναι η εκτέλεση αυτής της μεθόδου που στην ουσία κάνει τη βασική εφαρμογή του echo εξυπηρετητή να δημιουργηθεί και να ενσωματωθεί σε έναν κόμβο. Με κάπως ενδιαφέροντα τρόπο, η μέθοδος Install δέχεται ένα NodeContainter ως παράμετρο, όπως και οι άλλες μέθοδοι Install που έχουμε δει. Είναι ουσιαστικά αυτό που μεταβιβάζεται στη μέθοδο παρόλο που δε φαίνεται έτσι σε αυτή την περίπτωση. Υπάρχει μια υπόρρητη μετατροπή (implicit conversion) της C++ που λαμβάνει χώρα εδώ και η οποία παίρνει το αποτέλεσμα της nodes.Get (1) (που επιστρέφει έναν έξυπνο δείκτη σε ένα αντικείμενο κόμβου — Ptr<Node>) και το χρησιμοποιεί σε έναν δημιουργό για έναν ανώνυμο NodeContainer, ο οποίος ύστερα μεταβιβάζεται στην Install. Εάν βρεθείτε ποτέ στο σημείο να ψάχνετε για μια συγκεκριμένη υπογραφή μεθόδου (method signature) σε κώδικα C++ που να μεταγλωττίζει και να τρέχει ομαλά, ανατρέξτε σε αυτών των ειδών τις υπόρρητες μετατροπές.

Τώρα βλέπουμε ότι η echoServer.Install πρόκειται να εγκαταστήσει μία UdpEchoServerApplication στον κόμβο που βρίσκεται στην πρώτη θέση του NodeContainer που χρησιμοποιήσαμε για να διαχειριστούμε τους κόμβους μας. Η Install θα επιστρέψει έναν container που θα κρατάει τους δείκτες για όλες τις εφαρμογές (μία σε αυτή την περίπτωση, καθώς δώσαμε ως όρισμα ένα NodeContainer που περιλαμβάνει έναν κόμβο) που έχουν δημιουργηθεί από τον βοηθό.

Οι εφαρμογές απαιτούν χρόνο για να «ξεκινήσουν» να δημιουργούν κίνηση και μπορεί να χρειαστούν προαιρετικά κάποιον χρόνο για να «σταματήσουν». Εμείς παρέχουμε και τα δύο. Αυτοί οι χρόνοι καθορίζονται με τη χρήση των μεθόδων Start και Stop του ApplicationContainer. Αυτές οι μέθοδοι δέχονται παραμέτρους τύπου Time. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιούμε μια ρητή ακολουθία μετατροπών της C++ ώστε να πάρουμε τη μεταβλητή διπλής ακρίβειας (double) της C++ 1.0 και να τη μετατρέψουμε σε ένα αντικείμενο Time του ns-3 χρησιμοποιώντας μια ρητή μετατροπή σε Seconds. Έχετε υπ’ όψιν σας ότι οι κανόνες μετατροπής μπορούν να ελεγθούν από το συγγραφέα του μοντέλου, και ότι η C++ έχει τους δικούς της κανόνες, οπότε δεν μπορείτε πάντα απλά να υποθέτετε ότι οι παράμετροι θα μετατραπούν επιτυχώς για χάρη σας. Οι δύο γραμμές,

serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (10.0));

θα κάνουν την εφαρμογή του echo εξυπηρετητή να ξεκινήσει (Start, να ενεργοποιήσει τον εαυτό της) στο πρώτο δευτερόλεπτο της προσομοίωσης και να σταματήσει (Stop, να απενεργοποιήσει τον εαυτό της) στο δέκατο δευτερόλεπτο της προσομοίωσης. Δεδομένου του γεγονότος ότι έχουμε δηλώσει ότι ένα γεγονός της προσομοίωσης (το γεγονός απενεργοποίησης της εφαρμογής) θα συμβεί στο δέκατο δευτερόλεπτο, η προσομοίωση θα διαρκέσει τουλάχιστον δέκα δευτερόλεπτα.

UdpEchoClientHelper

Η εφαρμογή echo πελάτη καθορίζεται με μία μέθοδο η οποία είναι κατ’ ουσίαν παρόμοια με αυτή για τον εξυπηρετητή. Υπάρχει μια βασική UdpEchoClientApplication που είναι διαχειρίσιμη από έναν UdpEchoClientHelper.

UdpEchoClientHelper echoClient (interfaces.GetAddress (1), 9);
echoClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (1));
echoClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1.0)));
echoClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));

ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (nodes.Get (0));
clientApps.Start (Seconds (2.0));
clientApps.Stop (Seconds (10.0));

Για τον echo πελάτη, χρειάζεται να θέσουμε πέντε διαφορετικά Attributes. Τα πρώτα δύο Attributes τίθενται κατά τη διάρκεια της δημιουργίας του UdpEchoClientHelper. Περνάμε τις παραμέτρους που χρησιμοποιούνται (εσωτερικά στον βοηθό) για να θέσουμε τα Attributes “RemoteAddress” και “RemotePort” σύμφωνα με τη σύμβασή μας για προσδιορισμό των απαιτούμενων παραμέτρων Attributes στους δημιουργούς του helper.

Θυμηθείτε ότι χρησιμοποιήσαμε έναν Ipv4InterfaceContainer για να καταγράψουμε τις διευθύνσεις IP που αναθέσαμε στις συσκευές μας. Η διεπαφή στη θέση μηδέν στον container των interfaces θα ανταποκρίνεται στην IP διεύθυνση του κόμβου μηδέν στον container των nodes. Η διεπαφή στη θέση ένα στον container των interfaces αντιστοιχεί στην IP διεύθυνση του κόμβου ένα στον container των nodes. Έτσι, στην πρώτη γραμμή του κώδικα (παραπάνω), δημιουργούμε τον βοηθό και του λέμε να θέσει την απομακρυσμένη (remote) διεύθυνση του πελάτη έτσι ώστε να είναι η IP διεύθυνση που έχει ανατεθεί στον κόμβο στον οποίο βρίσκεται ο εξυπηρετητής. Του λέμε επίσης να κανονίσει να στέλνει τα πακέτα στο port εννέα.

Το Attribute “MaxPackets” λέει στον πελάτη το μέγιστο νούμερο των πακέτων που του επιτρέπουμε να στείλει κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Το Attribute “Interval” λέει στον πελάτη πόσο πρέπει να περιμένει μεταξύ των πακέτων, και το Attribute “PacketSize” λέει στον πελάτη πόσο μεγάλο πρέπει να είναι το ωφέλιμο φορτίο σε κάθε πακέτο του. Με αυτόν τον συγκεκριμένο συνδυασμό από Attributes, λέμε στον πελάτη να στείλει ένα πακέτο μεγέθους 1024 byte.

Όπως και στην περίπτωση του echo εξυπηρετητή, λέμε στον echo πελάτη να ξεκινήσει (Start) και να σταματήσει (Stop) αλλά εδώ ενεργοποιούμε τον πελάτη ένα δευτερόλεπτο αφότου ο εξυπηρετητής έχει ενεργοποιηθεί (στο δεύτερο δευτερόλεπτο της προσομοίωσης).

Simulator

Αυτό που χρειαζόμαστε σε αυτό το σημείο είναι να εκτελέσουμε όντως την προσομοίωση. Αυτό γίνεται με τη χρήση της καθολικής συνάρτησης Simulator::Run.

Simulator::Run ();

Όταν καλέσαμε πριν τις μεθόδους,

serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (10.0));
...
clientApps.Start (Seconds (2.0));
clientApps.Stop (Seconds (10.0));

προγραμματίσαμε όντως τα γεγονότα στον προσομοιωτή να γίνουν στο 1.0 δευτερόλεπτο, στα 2.0 δευτερόλεπτα και δύο γεγονότα να γίνουν στα 10.0 δευτερόλεπτα. Όταν καλείται η Simulator::Run, το σύστημα θα αρχίσει να κοιτάζει στη λίστα των προγραμματισμένων γεγονότων και να τα εκτελεί. Αρχικά θα εκτελέσει το γεγονός στο 1.0 δευτερόλεπτο, το οποίο θα ενεργοποιήσει την εφαρμογή του echo εξυπηρετητή (αυτό το γεγονός μπορεί, με τη σειρά του, να προγραμματίζει και άλλα γεγονότα). Έπειτα θα εκτελέσει το γεγονός που είναι προγραμματισμένο για t=2.0 δευτερόλεπτα, το οποίο θα ξεκινήσει την εφαρμογή του echo πελάτη. Ξανά, αυτό το γεγονός μπορεί να προγραμματίσει πολλά ακόμα γεγονότα. Η υλοποίηση εκκίνησης γεγονότων στην εφαρμογή του echo πελάτη θα ξεκινήσει τη φάση της μεταφοράς δεδομένων στην προσομοίωση στέλνοντας ένα πακέτο προς τον εξυπηρετητή.

Η πράξη της αποστολής του πακέτου προς τον εξυπηρετητή θα πυροδοτήσει μια αλυσίδα γεγονότων που θα προγραμματιστούν αυτόματα στο παρασκήνιο, και τα οποία θα εκτελέσουν τη λειτουργία του packet echo σύμφωνα με τις διάφορες χρονικές παραμέτρους που έχουμε θέσει εμείς στο σενάριο.

Τελικά, από τη στιγμή που στέλνουμε μόνο ένα πακέτο (θυμηθείτε ότι το Attribute MaxPackets τέθηκε στην τιμή ένα), η αλυσίδα των γεγονότων που θα πυροδοτηθούν από αυτή και μόνο την αίτηση echo στον πελάτη (client echo request) θα εξαλειφθεί και η προσομοίωση θα καταστεί αδρανής. Μόλις γίνει αυτό, τα εναπομείναντα γεγονότα θα είναι τα γεγονότα Stop για τον εξυπηρετητή και τον πελάτη. Μόλις αυτά τα γεγονότα εκτελούνται δεν υπάρχουν πλέον άλλα γεγονότα προς επεξεργασία και η Simulator::Run επιστρέφει τον έλεγχο. Η προσομοίωση τότε ολοκληρώνεται.

Αυτό που απομένει είναι η εκκαθάριση. Αυτή γίνεται με κλήση της καθολικής συνάρτησης Simulator::Destroy. Καθώς εκτελούνταν οι συναρτήσεις του βοηθού (ή κώδικας χαμηλού επιπέδου του ns-3), το κανόνισαν έτσι ώστε να εισαχθούν hooks στον προσομοιωτή που να καταστρέφουν όλα τα αντικείμενα που δημιουργήθηκαν. Δε χρειάστηκε εσείς οι ίδιοι να καταγράψετε κανένα από αυτά τα αντικείμενα — αυτό που είχατε να κάνετε ήταν να καλέσετε την Simulator::Destroy και να βγείτε. Το σύστημα του ns-3 θα αναλάβει το δύσκολο μέρος για εσάς. Οι υπόλοιπες γραμμές του πρώτου μας σεναρίου ns-3, first.cc, κάνουν ακριβώς αυτό:

  Simulator::Destroy ();
  return 0;
}

Πότε θα σταματήσει ο προσομοιωτής;

Ο ns-3 είναι ένας προσομοιωτής Διακριτών Γεγονότων (Discrete Event ή DE). Σε έναν τέτοιο προσομοιωτή, κάθε γεγονός συσχετίζεται με τον χρόνο εκτέλεσής του, και η προσομοίωση συνεχίζει εκτελώντας γεγονότα κατά τη χρονική σειρά του χρόνου προσομοίωσης. Τα γεγονότα μπορούν να προκαλέσουν τον προγραμματισμό μελλοντικών γεγονότων (για παράδειγμα, ένα χρονόμετρο μπορεί να επαναπρογραμματίσει τον εαυτό του ώστε να εκλείψει στο επόμενο διάστημα).

Τα αρχικά γεγονότα συνήθως πυροδοτούνται από το κάθε αντικείμενο, π.χ. το IPv6 θα προγραμματίσει ενημερώσεις δρομολογητών (router advertisements), παρακλήσεις σε γείτονες (neighbor solicitations), κτλ., μια εφαρμογή θα προγραμματίσει το γεγονός αποστολής του πρώτου πακέτου, κτλ.

Όταν ένα γεγονός βρίσκεται υπό επεξεργασία, μπορεί να παράξει μηδεν, ένα ή περισσότερα γεγονότα. Καθώς η προσομοίωση εκτελείται, «καταναλώνονται» γεγονότα, αλλά περισσότερα γεγονότα μπορεί (ή μπορεί και όχι) να δημιουργηθούν. Η προσομοίωση θα σταματήσει αυτόματα όταν δεν υπάρχουν άλλα γεγονότα στην ουρά των γεγονότων, ή όταν βρεθεί ένα ειδικό γεγονός παύσης (Stop). Το γεγονός παύσης δημιουργείτει μέσω της συνάρτησης Simulator::Stop (stopTime);.

Υπάρχει μια χαρακτηριστική περίπτωση όπου η Simulator::Stop είναι απολύτως απαραίτητη για να σταματήσει η προσομοίωση: όταν υπάρχει ένα αυτο-συντηρούμενο γεγονός (self-sustaining event). Αυτο-συντηρούμενα (ή αναδρομικά) γεγονότα είναι γεγονότα που επαναπρογραμματίζουν συνέχεια τον εαυτό τους. Κατά συνέπεια, θα διατηρούν για πάντα την ουρά γεγονότων γεμάτη.

Υπάρχουν πολλά πρωτόκολλα και ενότητες που περιλαμβάνουν αναδρομικά γεγονότα, π.χ.:

• FlowMonitor - περιοδικός έλεγχος για χαμένα πακέτα
• RIPng - περιοδική εκπομπή για ανανέωση πινάκων δρομολόγησης
• κτλ.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η Simulator::Stop είναι απαραίτητη για να σταματήσει επιτυχώς η προσομοίωση. Επιπρόσθετα, όταν ο ns-3 είναι σε κατάσταση προσομοίωσης, ο RealtimeSimulator (προσομοιωτής πραγματικού χρόνου) χρησιμοποιείται για να διατηρήσει το ρολόι της προσομοίωσης σε αντιστοιχία με το ρολόι της μηχανής, και η Simulator::Stop είναι αναγκαία για να σταματήσει τη διαδικασία.

Πολλά από τα προγράμματα προσομοίωσης σε αυτόν τον οδηγό δεν καλούν ρητώς τη Simulator::Stop, καθώς η ουρά των γεγονότων θα αδειάσει αυτόματα από γεγονότα. Ωστόσο, αυτά τα προγράμματα θα επιτρέψουν μια κλήση της Simulator::Stop. Για παράδειγμα, η ακόλουθη συμπληρωματική δήλωση στο πρόγραμμα του πρώτου παραδείγματος θα προγραμματίσει ένα ρητό σταμάτημα στα 11 δευτερόλεπτα:

+  Simulator::Stop (Seconds (11.0));
   Simulator::Run ();
   Simulator::Destroy ();
   return 0;
 }

Το παραπάνω δεν θα αλλάξει ουσιαστικά τη συμπεριφορά αυτού του προγράμματος, καθώς η συγκεκριμένη προσομοίωση τελειώνει εκ των πραγμάτων μετά από 10 δευτερόλεπτα. Αλλά εάν αλλάζατε το χρόνο σταματήματος στην παραπάνω δήλωση από 11 δευτερόλεπτα σε 1 δευτερόλεπτο, θα παρατηρούσατε ότι η προσομοίωση σταματάει πριν τυπωθεί κάποια έξοδος στην οθόνη (καθώς η έξοδος προκύπτει περίπου στο δεύτερο δευτερόλεπτο του χρόνου προσομοίωσης).

Είναι σημαντικό να καλείτε τη Simulator::Stop πριν την κλήση της Simulator::Run. Διαφορετικά, η Simulator::Run μπορεί να μην επιστρέψει ποτέ τον έλεγχο στο κεντρικό πρόγραμμα ώστε αυτό να εκτελέσει το σταμάτημα!

Κάνοντας Build το Σενάριό σας

Έχουμε κάνει το build των απλών σεναρίων σας πολύ εύκλο. Αυτό που έχετε να κάνετε είναι απλά να μεταφέρετε το σενάριό σας στον κατάλογο scratch και θα κάνει αυτόματα build εάν εκτελέσετε το Waf. Ας το δοκιμάσουμε. Αντιγράψτε το examples/tutorial/first.cc στον κατάλογο scratch αφότου μεταβείτε στον κατάλογο του υψηλότερου επιπέδου.

$ cd ../..
$ cp examples/tutorial/first.cc scratch/myfirst.cc

Τώρα κάντε build το σενάριο του πρώτου παραδείγματός σας χρησιμοποιώντας το Waf:

$ ./waf

Θα πρέπει να δείτε μηνύματα που να αναφέρουν ότι το παράδειγμά σας myfirst έγινε build επιτυχώς.

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)

Μπορείτε τώρα να τρέξετε το παράδειγμα (σημειώστε πως εάν θέλετε να κάνετε build το πρόγραμμά σας στον κατάλογο scratch θα πρέπει να το τρέξετε εκτός του καταλόγου scratch):

$ ./waf --run scratch/myfirst

Θα πρέπει να δείτε κάποια έξοδο:

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

Εδώ βλέπετε ότι το σύστημα κατασκευής (build) ελέγχει, ώστε να διασφαλίσει πως το αρχείο έχει γίνει build, και έπειτα το τρέχει. Παρατηρείτε ότι το στοιχείο καταγραφής στον echo πελάτη καταδεικνύει ότι έχει σταλεί ένα πακέτο μεγέθους 1024 byte προς τον echo εξυπηρετητή στη διεύθυνση 10.1.1.2. Βλέπετε επίσης πως το στοιχείο καταγραφής στον echo εξυπηρετητή λέει ότι έχει λάβει τα 1024 byte από τη διεύθυνση 10.1.1.1. Ο echo εξυπηρετητής μεταδίδει σιωπηλά το πακέτο και βλέπετε ότι ο echo πελάτης καταγράφει πως έλαβε το πακέτο του πίσω από τον εξυπηρετητή.

Ο Πηγαίος Κώδικας του ns-3

Τώρα που έχετε χρησιμοποιήσει κάποιους από τους βοηθούς του ns-3, μπορεί να θέλετε να ρίξετε μια ματιά σε κάποιο μέρος από τον πηγαίο κώδικα που υλοποιεί αυτή τη λειτουργία. Ο πιο πρόσφατος κώδικας μπορεί να βρεθεί στον δικτυακό μας εξυπηρετητή στον ακόλουθο σύνδεσμο: http://code.nsnam.org/ns-3-dev. Εκεί, θα δείτε μια σελίδα περίληψης του Mercurial για το δέντρο ανάπτυξης του ns-3.

Στην κορυφή της σελίδας, θα δείτε έναν αριθμό από συνδέσμους,

summary | shortlog | changelog | graph | tags | files

Προχωρήστε και επιλέξτε το σύνδεσμο files. Το υψηλότερο επίπεδο των περισσότερων αποθετηρίων μας θα φαίνεται κάπως έτσι:

drwxr-xr-x                               [up]
drwxr-xr-x                               bindings python  files
drwxr-xr-x                               doc              files
drwxr-xr-x                               examples         files
drwxr-xr-x                               ns3              files
drwxr-xr-x                               scratch          files
drwxr-xr-x                               src              files
drwxr-xr-x                               utils            files
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 560    .hgignore        file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 1886   .hgtags          file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 1276   AUTHORS          file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 30961  CHANGES.html     file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 17987  LICENSE          file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 3742   README           file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 16171  RELEASE_NOTES    file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 6      VERSION          file | revisions | annotate
-rwxr-xr-x 2009-07-01 12:47 +0200 88110  waf              file | revisions | annotate
-rwxr-xr-x 2009-07-01 12:47 +0200 28     waf.bat          file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 35395  wscript          file | revisions | annotate
-rw-r--r-- 2009-07-01 12:47 +0200 7673   wutils.py        file | revisions | annotate

Τα σενάρια παραδειγμάτων μας είναι στον κατάλογο examples. Εάν κάνετε κλικ στα examples θα δείτε μια λίστα από υποκαταλόγους. Ένα από τα αρχεία στον υποκατάλογο tutorial είναι το first.cc. Εάν κάνετε κλικ στο first.cc θα βρείτε τον κώδικα τον οποίο μόλις εξετάσατε.

Ο πηγαίος κώδικας είναι κυρίως στον κατάλογο src. Μπορείτε να δείτε τον πηγαίο κώδικα είτε κάνοντας κλικ στο όνομα του καταλόγου, είτε κάνοντας κλικ στο σύνδεσμο files στα δεξιά του ονόματος του καταλόγου. Εάν κάνετε κλικ στον κατάλογο src, θα μεταφερθείτε στην λίστα των υποκαταλόγων του src. Εάν τότε κάνετε κλικ στον υποκατάλογο core, θα βρείτε μία λίστα από αρχεία. Το πρώτο αρχείο που θα βρείτε (κατά τη διάρκεια της συγγραφής του παρόντος οδηγού) είναι το abort.h. Εάν κάνετε κλικ στο σύνδεσμο abort.h, θα μεταβείτε στο πηγαίο αρχείο του abort.h, το οποίο περιέχει χρήσιμες μακροεντολές για την έξοδο από σενάρια σε περίπτωση που ανιχνευθούν αφύσικες συνθήκες.

Ο πηγαίος κώδικας για τους βοηθούς που χρησιμοποιήσαμε σε αυτό το κεφάλαιο μπορεί να βρεθεί στον κατάλογο src/applications/helper. Μπορείτε ελεύθερα να ψάξετε στο δέντρο καταλόγων για να αποκτήσετε μια αίσθηση του τι βρίσκεται εκεί και του στυλ των προγραμμάτων του ns-3.