第五组 - 基于NS-2的差异式服务网络仿真 - 图文

《网络性能分析与测试》

课程设计报告

（2012— 2013学年 第 1 学期）

题 目 基于NS-2的差异式服务网络仿真 学生姓名 李燕清 林小琼 王文婷

阮玲玲 蔡伟胜 兰海月

专 业_ 09网络工程 学 号_0907022101( 18 31 49 51 55) 班 级_ 1班 指导教师 陈仁 成 绩_

计算机科学与技术系

2012年 11月

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目录

1.前言 ................................................................................................................................................. 1

1.1差异式服务网络的简介 ....................................................................................................... 1 1.2项目分工 .............................................................................................................................. 1 2.常用算法简介 ................................................................................................................................. 3

2.1以量测数据流平均速率的算法——TSWTCM .................................................................. 3 2.2以令牌桶桶（Token Bucket）为测量方法的算法............................................................. 3 2.2.1SRTCM（单速率三色标记器） ....................................................................................... 3 2.2.2TRTCM（双速率三色标记器） ....................................................................................... 4 3.NS2的简介和安装 ......................................................................................................................... 6

3.1NS2的简介 ........................................................................................................................... 6 3.2 在ubuntu10.04 下安装 ns2 2.34以及GNUPLOT .......................................................... 8

3.2.1在ubuntu10.04 下安装 ns2 2.34 ............................................................................. 8 3.2.2在ubuntu10.04 下安装 GNUPLOT ........................................................................ 9

4. 基于NS-2差异式服务网络仿真的算法实现 ........................................................................... 10

4.1TCL程序代码——TSWTCM算法的实现 ....................................................................... 10 4.2TCL程序代码——SRTCM算法的实现 ........................................................................... 15 4.3TCL程序代码——TRTCM算法的实现 ........................................................................... 19 5. 算法的比较 ................................................................................................................................. 25 6. 心得体会 ..................................................................................................................................... 26 参考文献 .......................................................................................................................................... 27

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基于NS-2的差异式服务网络仿真

1.前言

随着多媒体应用程序如随选视频（Video On Ddmand VOD）、网络电话（Voice Over IP，VOIP）、网络会议（ConferencingOver IP）等的发展，这使的目前Internet所采用的尽力服务（Best-dffort Service）不能再满足这些多媒体应用程序的需求，所以IETF（Internet Engineering Task Force）就针对网络服务质量（Quality of Service）提出了两种服务的模型——整合式服务（Integrated Service，IntServ）网络模型和差异式服务（Differentiated Service，DiffServ）网络模型。但是，整合式服务网络模型有复杂度（Complexity）高和扩充性（Scalability）分问题因此差异性服务式网络模型获得研究学者们较多的注意。E而NS（Network Simulator） 是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件，对差异式服务网络的研究起到了积极的作用。

1.1差异式服务网络的简介

差异式服务网络结构的精神在于它设法简化核心核心路由器（Core Router）的复杂度，尽量将复杂的允入控制（Admission Control）交友频宽管理者（Bandwidth Broker，BB）负责，封包辨识工作（Packet Clssification）交有边境路由器（Edge Router,ER）负责，并且采用比较粗略的以类别区分网络质量保证（Per-class OoS）；所以差异式服务网络结构就比整合式服务网络结构能够提供较高的可扩充性。

目前差异式服务网络结构定义了两种服务的形态——EF（Expedited Forwarding）服务和AF（Aaasured Forwarding）服务。EF主要是听歌低延迟（Low Delay）、低延迟抖动（Low Jitter）和低封包遗失率（Low Loss Rate）的服务；而AF则提供更有弹性的服务，因此AF只有对吞吐量（Throughput）有所要求，对于延迟（Delay）或延迟抖动（Jitter）没有严格的要求。AF就是希望通过有效地控制具有较低封包丢弃概率值的封包流进核心路由器中，以达到最低吞吐量（Minimum Throughput）的保证。

在AF服务中常用一些算法来测量用户数据是否符合规范，这些算法可以分为两种类型，一种是以量测数据流平均速率的算法，常见的是TSWTCM（Time Sliding Window Three Color Marker）;另一种是以令牌桶桶（Token Bucket）为测量方法的算法，常见的是SRTCM(Sing Rate Three Color Marker)和TRTCM(Two Rate Three Color Marker)。

我们将通过分工的形式，利用NS-2模拟环境，使用TSWTCM、SRTCM、TRTCM这三种算法来仿真模拟端点到端点的服务质量，再利用GAWK处理文档，跟踪TRACE文件，利用GNUPLOT对数据进行绘图分析，分析其平均吞吐量来量测用户数据是否达到要求，并用TCP和UDP的封包进行比较，分析这三种算法的优缺点。

1.2项目分工

为了确保项目能高效地完成，通过毛遂自荐的方式选举组长，而后由组长分解任务，组员按照自己的意愿及能力自主选择任务，后经讨论、自选等方式，我们做了如下的项目分工：

表1.2.1 项目分工

任务分工 领取、分配任务 小组成员 林小琼（组长） 工期（天） 起始时间 0.5天 结束时间 2012-11-29 2012-11-29 1

前期借书学习相关知识，了解三个算法如何仿真，比较三种算法的优缺点 环境搭配 算法仿真，学习TSWTCM算法，学习利用GAWK处理文档 算法仿真，学习SRTCM算法，记录实验操作 算法仿真，学习TRTCM算法，记录实验操作 利用GNUPLOT对数据进行绘图分析，学习如何跟踪TRACE文件，文档记录与编写，课程设计日志编写，PPT制作 检查答辩 全组成员 王文婷 李燕清 阮玲玲 兰海月 0.5天 2天 2天 2天 2天 2012-11-29 2012-11-29 2012-11-30 2012-12-04 2012-11-30 2012-12-04 2012-11-30 2012-12-04 2012-11-30 2012-12-04 林小琼、蔡伟胜 2天 全组成员 1天 2012-11-30 2012-12-04 2012-12-05 2012-12-05 任务分配完工后，小组各成员各司其职，认真完成自己所分配的任务。

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2.常用算法简介

2.1以量测数据流平均速率的算法——TSWTCM

在TSWTCM（Time Sliding Window Three Color Marker）中包含了两个部分，一个是速率估计器（Rate Estimator），另一个是封包丢弃概率值标注器（Packet Marker），如图2.1.1为TSWTCM结构图:

图2.1.1TSWTCM结构图

2.2以令牌桶桶（Token Bucket）为测量方法的算法

IETF建议采用SRTCM（Single Rate Three Color Marker，RFC2697）算法或TRTCM（ Two Rate Three Color Marker，RFC2698）算法对流量进行评测，根据评估结果为报文打颜色标记，即绿色、黄色和红色。被标示为红色的封包有很高的机率会被丢弃，被标示为黄色的封包会尽可能的被传送出去，被标示为绿色的封包只有很低的可能会被丢弃。

SRTCM和TRTCM算法均采用两个令牌桶对到达的报 文进行评估，允许流量在某种级别上突发。SRTCM与TRTCM算法有两种工作模式：色盲模式（Color-Blind）与感色模式（Color-Aware）。

2.2.1SRTCM（单速率三色标记器）

SRTCM测量信息流，并根据三种流量参数（提交信息速率，Committed Information Rate, CIR；提交组量大小Committed Burst Size，CBS；超量组量大小Excess Burst Size，EBS）对包进行标记，这三个参数我们分别称为绿，黄和红标记。一般采用双桶结构：C桶和E桶。Tc表示C桶中的令牌数，Te表示E桶中令牌数，两桶的总容量分别为CBS和EBS。初始状态时两桶是满的，即Tc和Te初始值分别等于CBS和EBS。如果包没有超过CBS就是绿的，如果超过CBS但未超过EBS就是黄的，如果超过EBS就是红的。令牌的产生速率是CIR，通常是先往C桶中添加令牌，等C桶满了，再往E桶中添加令牌，当两桶都被填满时，新产生的令牌将会被丢弃。如图2.2.1.1是SRTCM双桶结构：

图2.2.1.1SRTCM双桶结构

SRTCM有两种工作模式：色盲模式（Color-Blind）与感色模式（Color-Aware）：

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