计算机网络实验——ns3仿真最短路由选择算法

实验设计：

九个节点的ad-hoc网络，路由协议采用最短路由选择算法

实验目的：

采用Floyd-Warshall算法实现ad-hoc网最短路由选择
学习NS3仿真模拟器

实验设置：

开发环境：Windows 10 Pro + VS2012 Express
开发工具：NS3+ Mercurial
开发语言：C++

实验心得：

Mercurial:

基于pyhton的轻量级分布式版本控制
基于 GNU General Public License (GPL) 授权的开源项目
分布式：更轻松的管理。更健壮的系统。对网络的依赖性更低。

NS3:

06年开源项目

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离散事件模拟器，C++语言编写。
仿真脚本语言：Python与C++。
可视化工具NetAnim
可生成PCAP包trace文件供仿真分析

最短路由选择算法：

静态路由算法
目的：在一个由router构成的子网内，算法根据信道带宽，通信延时，队列长度，平均通信量，通信距离等指标，计算各router间通信最短路由表
常见：Dijsktra,Floyd

Floyd-Warshall算法:

是解决任意两点间的最短路径
通常可以在任何图中使用，包括有向图]、带负权边的图
O(n^3)的算法复杂度

UDP客户端与服务端通信：

UDPServer用来收发包
UDP client则发包和接受来自Server的回应
UDP client 可有带CONNECT和不带CONNECT，和TCP通信的区别在于建立连接无需三次握手

Ad hoc 网络：

前身是分组无线网（Packet Radio Network）。研究源于军事通信的需要，并已经持续了近20年。
Ad Hoc源自于拉丁语，意思是“for this”引申为“for this purpose only”，即Ad hoc网络是一种有特殊用途的网络。
IEEE802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，Ad hoc网络就此诞生。
Ad Hoc结构是一种省去了无线中介设备AP而搭建起来的对等网络结构，只要安装了无线网卡，计算机彼此之间即可实现无线互联。
原理是网络中的一台计算机主机建立点到点连接，相当于虚拟AP，而其他计算机就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。

IPv4：

IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基础的协议。
Ipv4可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议) ，卫星链路等等。局域网中最常用的是以太网。
基于IPv4的网络难以实现网络实名制，一个重要原因就是因为IP资源的共用，因为IP资源不够，所以不同的人在不同的时间段共用一个IP，IP和上网用户无法实现一一对应。而IPv6的普及将改变现状，因为IPv6一个重要的应用将是实现网络实名制下的互联网身份证/VIeID，

NS3编程：

wifiHelper类，指定无线链路标准，涉及传输速率等网络参数
- 第一代wifi标准 80211（80211b）
  
  1997年完成，传输速率支持1Mbps 和 2Mbps。支持采用FHSS（跳频）和DSSS（直接序列扩频），采用不同技术的设备是无法兼容的。
```
WifiHelper wifi;
wifi.SetStandard (WIFI_PHY_STANDARD_80211b);
```

YansWifiPhyHelper：描述天线相关参数，依赖于YansWifiChannelHelper 指定无线电传播模型：包括传播延时和衰减模型

YansWifiPhyHelper wifiPhy =  YansWifiPhyHelper::Default ();
YansWifiChannelHelper wifiChannel;
wifiChannel.SetPropagationDelay ("ns3::ConstantSpeedPropagationDelayModel");
wifiChannel.AddPropagationLoss ("ns3::LogDistancePropagationLossModel");
wifiPhy.SetChannel (wifiChannel.Create ());

Mac层设备根据802.11b标准，设置传输速率1Mbps，采用DSSS拓频技术，DSSS技术将2.4G频段划分为14个信道，以chipping sequence 处理数据串，如待传送的数据为1，则用展频码“01001000111”代替1，展频码自身都够冗余校验，提升抗干扰能力。
```
wifi.SetRemoteStationManager ("ns3::ConstantRateWifiManager", "DataMode",StringValue ("DsssRate1Mbps"), "ControlMode",StringValue ("DsssRate1Mbps"));
```

InternetStackHelper 类为节点聚合TCP/UDP/IP等功能所需协议，这里使用继承了ns3中IPv4路由协议实现ns3::IPv4RoutingHelper增加了最短路由算法的ShortestPathRouterHelper

ShortestPathRoutingHelper sr;
Ptr<ShortestPathRoutingTable> srt = CreateObject<ShortestPathRoutingTable> ();
sr.Set ("RoutingTable", PointerValue (srt));

//对现有节点nodes聚合IP/TCP/UDP功能。
InternetStackHelper internet;
internet.SetRoutingHelper (sr);
internet.Install (nodes);

Ipv4AddressHelper 类为网络设备分配IPv4地址

Ipv4AddressHelper ipv4;
ipv4.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0"); 
Ipv4InterfaceContainer iface = ipv4.Assign (devices);

取代third.cc里的路由信息语句，此处ShortestPathRoutingTable类获悉各路由节点IP信息，并更新静态最短路径路由表
```
for (uint16_t i = 0; i < numNodes; i++)
{
      srt->AddNode (nodes.Get (i),   iface.GetAddress (i)); 
}
srt->UpdateRoute (60);
```
任取通信距离大于可大范围的网络设备分别安装UDP服务端应用和UDP客户端应用，进行测试

当 Simulator::Run 被调用时，系统会开始遍历预设事件的列表并执行。首先它会在1.0 s时运行事件，这个事件会使echo服务端应用生效。接下来仿真器会运行在t=2.0 s时的事件，即让echo客户端应用开始。

UdpServerHelper echoServer (9);

ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (8));
serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (20.0));
  

UdpClientHelper client (iface.GetAddress (8), 9);
client.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (2));
client.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1)));
client.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1000));

 
ApplicationContainer clientApps;
clientApps = client.Install (nodes.Get (1)); 
clientApps.Start (Seconds (2.0));
clientApps.Stop (Seconds (20.0));

Simulator::Run ();
Simulator::Destroy ();

计算机网络实验——ns3仿真最短路由选择算法

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