基于NS2的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)初探

1、基于NS2的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)初探摘要：基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論教學(xué)現(xiàn)狀，初步討論了ns2在該課程理論教學(xué)中的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了ns2進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)仿真的根本方法和步驟，并通過(guò)詳細(xì)實(shí)例詳細(xì)闡述了其在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)理論證明，該方法不僅在一定程度上緩解了現(xiàn)有教學(xué)條件和資金缺乏的問(wèn)題，而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，大大進(jìn)步了教學(xué)質(zhì)量。關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，ns2，網(wǎng)絡(luò)仿真0引言計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)和電氣信息類專業(yè)的核心課程之一，其中涉及了大量的概念、原理以及各種協(xié)議和算法等。這些內(nèi)容大多抽象晦澀，單純通過(guò)理論教學(xué)難以讓學(xué)生理解和掌握。理論教學(xué)是解決上述問(wèn)題的有效方法。然而，一方面由于受到現(xiàn)有教學(xué)

2、條件和資金的制約，另一方面由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展的日新月異，這使得我校目前的理論教學(xué)越來(lái)越不可以滿足本課程對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)和理論才能的培養(yǎng)要求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多高校紛紛利用各種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，將它們應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)中，并且獲得了一定的成效。從某種程度上來(lái)講，借助各種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件以彌補(bǔ)硬件資源條件的缺乏，這已經(jīng)成為高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)開展的一種趨勢(shì)。本文將ns2網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)中，重點(diǎn)介紹了利用ns2進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)仿真的根本方法和步驟，并通過(guò)詳細(xì)實(shí)例詳細(xì)闡述了其在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)中的應(yīng)用。1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)現(xiàn)狀以筆者所在學(xué)校為例，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立于上世紀(jì)末，至

3、今已十年有余。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備比擬陳舊，硬件根底薄弱，從而導(dǎo)致老師和學(xué)生難以及時(shí)追蹤和掌握一些最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。特別是在理論中理解和掌握這些新技術(shù)，更是顯得相當(dāng)困難。例如，針對(duì)目前流行的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、ipv6技術(shù)等，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備根本無(wú)法開展相關(guān)的理論教學(xué)活動(dòng)。另一方面，購(gòu)置新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備那么意味著需要投入大量的資金，而我校目前在資金投入方面尚存在困難。ns2是加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的一種離散事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)模擬器。作為一款開源的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，ns2已被廣泛用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)教學(xué)和科研工作中，且已獲得了良好的效果。因此，將ns2技術(shù)引入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)是非常有必要和有意義的。2利用ns2進(jìn)展計(jì)算

4、機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)ns2的功能非常強(qiáng)大，可以提供有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各種協(xié)議的仿真與模擬。比方：網(wǎng)絡(luò)層rip、spf和bgp路由協(xié)議，傳輸層tp和udp協(xié)議，應(yīng)用層ftp和telnet協(xié)議等。特別是針對(duì)目前流行的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)lan技術(shù)，如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)snirelesssensrnetrk，ns2更是提供了非常有力的支持。2.1ns2仿真的根本方法和步驟在ns2中，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件采用分裂對(duì)象模型方式實(shí)現(xiàn)。即，用戶接口在tl腳本中實(shí)現(xiàn)，而構(gòu)件的主要功能那么在+中實(shí)現(xiàn)。與此對(duì)應(yīng)地，ns2包含兩個(gè)層次：1用戶層次。對(duì)于簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)模擬，只需通過(guò)編寫tl腳本就可將各種已有的網(wǎng)絡(luò)元素組合起來(lái)，而無(wú)需對(duì)ns2本身進(jìn)展任何修改

5、。2系統(tǒng)層次。對(duì)于一些復(fù)雜的模擬情形，可以首先采用+語(yǔ)言對(duì)ns2內(nèi)核進(jìn)展功能擴(kuò)展并重新編譯，然后編寫相應(yīng)的tl腳本進(jìn)展仿真。總的來(lái)說(shuō)，利用ns2進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)仿真分為以下三個(gè)步驟：1問(wèn)題定義。首先，根據(jù)被模擬的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象，分析并確定網(wǎng)絡(luò)仿真所涉及的層次。2模擬實(shí)現(xiàn)。其次，根據(jù)仿真層次來(lái)決定編寫必要的tl腳本或構(gòu)造可能需要的+和tl類。例如，根據(jù)仿真詳細(xì)要求可能需要添加新的網(wǎng)絡(luò)元素等。3結(jié)果分析。最后，執(zhí)行模擬并通過(guò)na將整個(gè)仿真過(guò)程用動(dòng)畫的方式展現(xiàn)出來(lái)，采用xgraph或gnuplt等繪圖工具對(duì)結(jié)果文件進(jìn)展分析和處理。同時(shí)，根據(jù)分析結(jié)果斷定是否需要進(jìn)一步修改和完善。圖1給出了ns2進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)仿真的根本流

6、程：圖1ns2進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)仿真的根本流程2.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)仿真實(shí)例本節(jié)將通過(guò)一個(gè)詳細(xì)實(shí)例來(lái)介紹ns2在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)境為indsxp+ygin平臺(tái)，模擬場(chǎng)景為在一個(gè)500500的區(qū)域，其中包含a、b、三個(gè)挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)，初始位置分別為10,10,0、160,240,0和450,300,0。節(jié)點(diǎn)的挪動(dòng)方向分別為：a250,250,0，b480,250,0，250,250,0，速度均為5/s。節(jié)點(diǎn)a、b、分別在第10s、15s、110s開場(chǎng)挪動(dòng)。在此過(guò)程中，a和嘗試建立ftp連接。1局部關(guān)鍵模擬腳本代碼#設(shè)置挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用的路由協(xié)議為dsdvsetval(rp)dsdv#創(chuàng)立n個(gè)挪動(dòng)

7、節(jié)點(diǎn)frseti$i$val(n)inrisetnde_($i)$nsnde#設(shè)定節(jié)點(diǎn)a的初始位置為10,10,0$nde_(0)setx_10.0$nde_(0)sety_10.0$nde_(0)setz_10.0#設(shè)定節(jié)點(diǎn)b在第15s以5/s的速度向(480,250,0)位置挪動(dòng)$nsat15.0$nde_(1)setdest480.0250.05.02模擬結(jié)果分析圖2dsdv模擬窗口大小圖2和圖3分別給出了采用dsdv和dsr路由算法的模擬結(jié)果。從中可以看出，剛開場(chǎng)時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)，ftp的連接無(wú)法建立。經(jīng)過(guò)幾次超時(shí)重試之后，節(jié)點(diǎn)a、通過(guò)節(jié)點(diǎn)b建立連接，此時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)b節(jié)點(diǎn)進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)。又

8、經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，節(jié)點(diǎn)a、彼此靠近。當(dāng)間隔 足夠近時(shí)，二者建立直接連接。圖2中出現(xiàn)的窗口大小跳變和圖3中的拐點(diǎn)即是由此產(chǎn)生。當(dāng)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)挪動(dòng)彼此遠(yuǎn)離時(shí)，此時(shí)連接斷開。另外，可以發(fā)現(xiàn)，dsr路由算法建立ftp連接的時(shí)間比dsdv算法早6s左右，這是因?yàn)閐sr采用了更為高效的按需驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)源路由算法。圖3dsr模擬窗口大小由于可以通過(guò)na對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程進(jìn)展動(dòng)畫演示，這使得課堂教學(xué)氣氛活潑，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且也便于學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)原理的深化理解和掌握。3完畢語(yǔ)本文充分利用網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，將ns2仿真軟件應(yīng)用到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的理論教學(xué)過(guò)程中。不僅在一定程度上解決了現(xiàn)有教學(xué)條件和資金缺乏的問(wèn)題，而且可以滿足本課程對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)和理論才能的培養(yǎng)要求。更重要的是，它還可以進(jìn)步學(xué)生的自我學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新才能。因此，這將對(duì)進(jìn)步我校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的質(zhì)量和程度，具有非常重要的意義。參考文獻(xiàn)：1陳建銳.ns2仿真與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)j.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2022,8(2):75-77.2張琪,謝