Laboratori di FONDAMENTI DI RETI DI TELECOMUNICAZIONI

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1 Politecnico di Milano Sede di Cremona A.A. 2004/05 Laboratori di FONDAMENTI DI RETI DI TELECOMUNICAZIONI Fabio Zeri Introduzione a NetworkSimulator (NS) Slide 1

2 Informazioni e link Network Simulator sito di riferimento Tutorials NS for Beginners di Eitan Altman e Tania Jiménez tutorial di Marc Greis tutorial con una serie di esempi d'uso Materiale didattico dei laboratori Slide 2

3 Introduzione alla simulazione Viene utilizzata per analizzare il comportamento di un sistema reale, nel tempo, utilizzando un modello astratto che lo rappresenti il più fedelmente possibile. In determinati contesti permette di prevedere errori di progettazione, possibili migliorie funzionali/operative del sistema analizzato con maggior facilità di un normale approccio analitico. Slide 3

4 Introduzione alla simulazione (2) Sistemi di particolare criticità sistemi di stabilità per mezzi ad alta velocità; protesi biomeccaniche; veicoli aerospaziali; Sistemi di particolare complessità analisi di reti wireless; analisi e previsione degli spostamenti di ammassi nuvolosi; Slide 4

5 Introduzione alla simulazione (3) simulazione ad eventi discreti Le variabili di stato del sistema cambiano ad istanti discreti di tempo Evento identifica un cambiamento di stato del sistema Attività rappresenta il perdurare nel tempo di uno stato di sistema Clock meccanismo che scandisce il calendario della simulazione Slide 5

6 Introduzione alla simulazione (4) Trasmissione di un segnale Inizio (evento) Fine (evento) Trasferimento dati (attività) Istanti discreti di tempo Slide 6

7 Introduzione alla simulazione (5) definizione dello stato iniziale diverse tipologie di eventi modifiche dello stato del sistema ad ogni evento simulazione Variabile temporale t che definisce il clock di simulazione visualizzazione del cambio di stato ad ogni evento discreto misurazione delle variabili di sistema Slide 7

8 Network Simulator Simulatore software, ad eventi discreti, per sistemi di reti a pacchetto FREEWARE: è un sistema aperto, in continuo aggiornamento Slide 8

9 Network Simulator (2) Definizione del modello: scripting OTcl NS Risultato della simulazione Editor visuali (NAM/nsscritp) comportamento del modello (NAM) misurazioni Slide 9

10 Network Simulator (3) Definizione del modello: scripting OTcl il modello è descritto per mezzo di uno script Otcl è la versione orientata agli oggetti del linguaggio Tcl (Tool Command Language) Slide 10

11 Network Simulator (4) set ns [New Simulator] set n0 [$ns node] set n1 [$ns node] $ns duplex link $n0 $n1 simulazione01.tcl file di traccia: simulazione.nam simulazione.out misurazione01.txt sh> ns simulazione01.tcl Slide 11

12 Network Simulator (5) Animazione Slide 12

13 Network Simulator (6) Misurazione variabili Slide 13

14 Network Simulator (7) Non esiste un ambiente integrato Occorrerà familiarizzare con NS/NAM e l'uso di file di testo Utilizzeremo un editor visuale Non sarà necessario imparare completamente il linguaggio Tcl... solo un pochino. Slide 14

15 Oggetti di base Il primo oggetto base è l'oggetto Simulator Ogni script inizia con l'istanziamento di un oggetto Simulator set ns [new Simulator] Una volta istanziato un oggetto, questo è utilizzabile apponendo il simbolo $ $ns Slide 15

16 Nodi I nodi sono oggetti gestiti da Simulator set nodo0 [$ns node] set nodo1 [$ns node] La funzione node, istanzia il nuovo oggetto assegnadogli un indirizzo interno (handler) I due nodi creati saranno modificabili per mezzo delle variabili $nodo0 $nodo1 Slide 16

17 Link I nodi sono collegabili tra loro per mezzo dei link. Esistono due tipologie di link: simplex-link (monodirezionale); $ns simplex link $nodo0 $nodo1 1Mb 10ms DropTail duplex-link (bidirezionale) $ns duplex link $nodo0 $nodo1 1Mb 10ms DropTail Slide 17

18 Link (2) $ns <type> <begin> <end> <bandwidth> <delay> <queue type> <type>: indica la tipologia di link (simplex-link/duplex-link); <begin>: indica il nodo di partenza <end>: indica il nodo di arrivo <bandwitdh>: indica la capacità del link, è definita in bit/s è possibile utilizzare le unità di misura: 1Mb (1 Mb/s), 1Kb (1 Kb/s) <delay>: indica il ritardo di propagazione del link: 10s (10 secondi), 10ms (10 millisecondi) <queue type>: indica la disciplina di coda adottata: DropTail indica una coda FIFO, esistono anche altre tipologie di code. E' possibile limitare la dimensione di una coda (in pacchetti) $ns queue limit <begin> <end> <max packet> Slide 18

19 Agenti e Applicazioni Una volta definita la topologia di rete è necessario inserire le componenti attive della simulazione: ovvero quegli oggetti che creano il traffico dei pacchetti Gli agenti (Agent) sono quelle entità che si occupano di gestire la trasmissione a livello di trasporto. Differiscono per protocollo (UDP/TCP) e per compito (trasmittente /ricevente) Le applicazioni (Application) sono le entità che generano il traffico dei dati. Differiscono per tipologia e metodologia di generazione del traffico generatore di traffico (applicazione) livello di trasporto (agenti) livelli inferiori Slide 19

20 Agenti NS nasce come simulatore di reti IP, quindi i livelli di trasporto definiti in NS sono UDP e TCP Il più semplice è Agent/UDP quello che modella un livello di trasporto datagram puro, lato trasmettitore viene così definito: set udp0 [new Agent/UDP] Una volta creato un Agent è necessario collegarlo ad un nodo usando la funzione di Simulator attach agent $ns attach agent $nodo0 $udp0 Slide 20

21 Agenti (2) Perchè si verifichi un traffico dati, ogni agente trasmettitore deve essere collegato ad un agente ricevitore; Per agenti UDP si possono utilizzare due tipologie di ricevitore Agent/Null (riceve distrugge i pacchetti ricevuti) e Agent/LossMonitor (riceve ed esegue una serie di valutazioni sui pacchetti ricevuti): set null0 [new Agent/Null] $ns attach agent $nodo1 $null0 Creati gli Agent trasmettitore e ricevitore è necessario collegarli: $ns connect $udp0 $null0 Slide 21

22 Agenti (3) Un agente UDP si occupa della multiplazione, segmentazione e riassemblamento dei pacchetti trasmessi E' possibile modificare la dimensione, in byte, dei pacchetti: $udp0 set packetsize_ 100 E' possibile definire un valore identificativo del flusso: $udp0 set fid_ 1 Slide 22

23 Agenti (4) Gli Agent che modellizzano in modo completo il protocollo TCP non sono di nostro diretto interesse: verranno affrontati nel corso Infrastrutture e Protocolli per Internet Noi utilizzeremo un Agent semplificato al solo fine di verificare e analizzare le funzioni di controllo di flusso a finestra: set tcp0 [new Agent/TCP/RFC793edu] $ns attach agent $nodo0 $tcp0 Slide 23

24 Agenti (5) Definito un Agent TCP trasmittente è necessario definire il rispettivo Agent ricevente: set tcpsink0 [new Agent/TCPSink] $ns attach agent $nodo1 $tcpsink0 Analogamente agli Agent UDP è necessario collegare tra loro trasmittente e ricevente: $ns connect $tcp0 $tcpsink0 Slide 24

25 Agenti (6) E' possibile modificare le caratteristiche di un Agent TCP: $tcp0 set window_ 2 $tcp0 set packetsize_ 100 $tcp0 set fid_ 2 La dimensione della finestra, per il particolare Agent TCP che utilizzeremo, è costante. Per gli Agent TCP completi indica solo il valore iniziale Slide 25

26 Applicazioni La classe Application definisce l'insieme delle diverse tipologie di sorgenti di traffico La più semplice sorgente di traffico è Application/Traffic/CBR: genera pacchetti di dimensione costante ad frequenza fissa: set cbr0 [new Application/Traffic/CBR] Una sorgente di traffico deve essere collegata ad un Agent trasmittente, questo è possibile per mezzo dell'istruzione attach agent: $cbr0 attach-agent $udp0 Slide 26

27 Applicazioni (2) Alla sorgente CBR possono essere modificati i seguenti parametri: $cbr0 set rate_ 128Kb $cbr0 set packetsize_ 100 oppure $cbr0 set interval_ 6.25ms $cbr0 set packetsize_ 100 Slide 27

28 Applicazioni (3) Un'altra sorgente di traffico che utilizzeremo è Application/Traffic/Exponential: questa definisce una sorgente di traffico ON/OFF La lunghezza dei periodi di ON e OFF è una variabile casuale esponenziale negativa; Nei periodi di OFF non viene prodotto traffico; Nei periodi di ON viene generato traffico a dimensione e a ritmo costante set exp0 [new Application/Traffic/Exponential] Slide 28

29 Applicazioni (4) E' possibile modificare i seguenti parametri di $exp0: $exp0 set packetsize_ 100 $exp0 set rate_ 128Kb $exp0 set burst_time_ 1.2ms $exp0 set idle_time_ 1.2ms Dove: burst_time indica il tempo medio di trasmissione (ON); idle_time indica il tempo medio di quiete (OFF); Slide 29

30 Eventi Con nodi, link, agenti e applicazioni definiamo la topologia del nostro modello da simulare Per poter verificare il nostro sistema è necessario definire quegli eventi che necessari al fine di modificare nel tempo le variabili di stato del modello secondo le esigenze della simulazione Anche se molti eventi di simulazione sono indipendente e non sono direttamente gestibili dall'operatore è necessario specificarne all'interno del codice Otcl Per far sì che la simulazione venga eseguita è necessario porre alla fine dello script il comando $ns run Slide 30

31 Eventi (2) Le sorgenti di traffico per poter trasmettere hanno bisogno di espliciti comandi di attivazione Tutte le sorgenti di traffico riconoscono eventi di start e stop Per definire degli eventi temporizzati di start e stop legati ad una applicazione: $ns at 1.0 $exp0 start $ns at 2.0 $exp0 stop Il termine della simulazione viene definito per mezzo di un evento speciale: $ns at 5.0 exit 0 Slide 31

32 Visualizzazione della simulazione Per poter visualizzare l'andamento del comportamente del sistema durante la simulazione è necessario produrre un file di trace da utilizzare con il programma NAM: set namfile [open animazione.nam w] $ns namtrace all $namfile Perchè venga registrato completamente il risultato della simulazione è necessario chiudere il file al termine della simulazione: questo richiede una serie di operazioni distinte che possono essere racchiuse in una funzione: proc finish {} { global ns namfile $ns flush trace close $namfile exit 0 } Sarà necessario modificare l'evento di fine simulazione: $ns at 5.0 finish Slide 32

33 Esercizio 1a Creare il seguente modello: 2 nodi con link monodirezionale di capacità 1Mbps e ritardo di propagazione di 10ms con disciplina di coda FIFO Livello di trasporto UDP 1 sorgente di traffico CBR, con pacchetti da 500byte e tempo di interarrivo di 5ms La sorgente CBR inizia a trasmettere all'istante di tempo 0.5s e termina all'istante 4.5s La simulazione termina all'istante 5.0s Slide 33

34 Esercizio 1b Modificare il precedente modello: Utilizzare la funzione di segmentazione dell'agent UDP impostando la dimensione massima del pacchetto a 200byte Provate quindi a diminuire ulteriormente la dimensione massima del pacchetto a 100byte Slide 34

35 Esercizio 1c Modificare il precedente modello: Utilizzare un sorgente di tipo ON/OFF con le seguenti caratteristiche: Tempo medio di ON: 50ms Tempo medio di OFF: 100ms Provate ad invertire i valori dei tempi di ON e OFF Slide 35