ns-3 este un simulator de rețele (Ethernet, WiFi, 4G etc.) ce oferă:

• modele pentru studiul circulației unui pachet în rețea
• un engine pentru simulări de rețele complexe (noduri, modele de propagare, trafic UDP/TCP etc.)
• un mecanism de tracing atat in format text, cat și în format pcap.

Simulatorul este scris în C++, iar modelele se pot dezvolta în C++ sau Python. In cadrul laboratoarelor vom folosi și vom dezvolta modele în C++ deoarece suportul oferit in ns-3 este mai bun decat cel pentru Python.

Obiectiv: Acest laborator oferă o idee de bază a modului în care funcționează simulatorul:

• cum se pregătește o simulare, unde se găsesc componentele interne
• cum se configurează componentele de rețea.
• in principal vom discuta experimente simple, familiare unui student care a luat un curs introductiv de rețele.

Cele mai importante pagini de parcurs despre ns-3 la început, dar și în timpul laboratoarelor sunt:

• Tutorial pentru utilizatori
• Development & Manual

In cadrul laboratoarelor, vom folosi masina virtuala pe care o puteti descarca de aici. Pe VM au fost deja executati pasii de configurare de mai jos.

student@isrm-vm:~$ sudo apt update
student@isrm-vm:~$ sudo apt -y install libgsl-dev gsl-bin libgslcblas0 \
    autoconf cvs bzr unrar \
    sqlite sqlite3 libsqlite3-dev \
    libxml2 libxml2-dev

student@isrm-vm:~$ git clone https://gitlab.com/nsnam/ns-3-dev.git
student@isrm-vm:~$ cd ~/ns-3-dev
student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ git checkout -b ns-332-rel ns-3.32

student@isrm-vm:~$ cd ~/ns-3-dev/examples
student@isrm-vm:~$ git clone https://github.com/isrm-lab/ns3-labs.git
student@isrm-vm:~$ cd ~/ns-3-dev/examples/ns3-labs && git log -1
commit 5214caf7fbc39b280edf47154ed95f2fcca78a7c (HEAD -> master, origin/master, origin/HEAD)

student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ ./waf configure --build-profile=debug --enable-examples --enable-tests
student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ ./waf build -j4

CXXFLAGS="-std=c++11" ./waf -d debug --enable-examples --enable-tests configure

student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ git diff wscript
 
diff --git a/wscript b/wscript
index 4283a2899..c0dd18ccd 100644
--- a/wscript
+++ b/wscript
@@ -250,7 +250,7 @@ def options(opt):
                    dest='enable_desmetrics')
     opt.add_option('--cxx-standard',
                    help=('Compile NS-3 with the given C++ standard'),
-                   type='string', default='-std=c++11', dest='cxx_standard')
+                   type='string', default='-std=c++14', dest='cxx_standard')
 
     # options provided in subdirectories
     opt.recurse('src')

student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ ./waf --check-profile
Waf: Entering directory `/home/student/ns-3-dev/build'
Build profile: debug
student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ ./waf --run hello-simulator
Waf: Entering directory `/home/student/ns-3-dev/build'
Waf: Leaving directory `/home/student/ns-3-dev/build'
Build commands will be stored in build/compile_commands.json
'build' finished successfully (2.256s)
Hello Simulator
student@isrm-vm:~/ns-3-dev$ ./test.py
(...)
'build' finished successfully (1.799s)
(...)
92 of 92 tests passed (92 passed, 0 failed, 0 crashed, 0 valgrind errors)

student@isrm-vm:~$ sudo apt-get update
student@isrm-vm:~$ sudo apt-get install python3-pip
student@isrm-vm:~$ pip3 install matplotlib jupyter
student@isrm-vm:~$ sudo ln -s ~/.local/bin/jupyter-notebook /usr/bin/jupyter-notebook

student@isrm-vm:~$ jupyter-notebook

Pentru inceput, puteti parcurge Tutorial ns-3, indeosebi urmatoarele sectiuni:

1. Conceptual Overview
2. Building Topologies
3. Tracing

În cadrul laboratorului ne vom concentra pe simulări Wi-Fi (IEEE 802.11). Puteti gasi exemple de simulări (în afara celor pe care le veți primi pentru laboratorul de ISRM) în ns3/examples/wireless

Ne propunem să rulăm un exemplu simplu: ns3/examples/wireless/wifi-tcp.cc. Acesta constă dintr-o stație (STA) care se conectează la un access point (AP) folosind 802.11n. Traficul este uplink de la STA la AP. Putem rula orice exemplu astfel:

student@isrm-vm:~/ns3$ ./waf --run wifi-tcp
Waf: Entering directory `/home/student/ns3/build'
Waf: Leaving directory `/home/student/ns3/build'
Build commands will be stored in build/compile_commands.json
'build' finished successfully (1.282s)
1.1s:   45.8086 Mbit/s
1.2s:   55.3472 Mbit/s
(...)
10.9s:  50.8723 Mbit/s
 
Average throughput: 52.1959 Mbit/s

Alternativ puteți specifica calea completă către codul sursă:

student@isrm-vm:~/ns3$ ./waf --run examples/wireless/wifi-tcp

Dacă vrem să transmitem parametrii în linia de comandă simulării (deoarece wifi-tcp suportă), o putem face cu ghilimele:

student@isrm-vm:~/ns3$ ./waf --run "wifi-tcp --pcap --simulationTime=3"
Waf: Entering directory `/home/student/ns3/build'
Waf: Leaving directory `/home/student/ns3/build'
Build commands will be stored in build/compile_commands.json
'build' finished successfully (1.287s)
1.1s:   45.8086 Mbit/s
1.2s:   55.3472 Mbit/s
(...)
3.9s:   52.7565 Mbit/s
 
Average throughput: 52.9017 Mbit/s

Întrucât opțiunea --pcap activează mecanismul de pcap tracing din ns-3 (vom discuta mai târziu despre acesta), putem vizualiza cu wireshark următoarele capturi care se generează în directorul curent:

student@isrm-vm:~/ns3$ ls AccessPoint*.pcap Station*.pcap
AccessPoint-0-0.pcap  Station-1-0.pcap

Iată un exemplu de schimb de pachete Wifi pentru procedura de asociere a stației la access point:

Avem si un al doilea exemplu care arată traficul TCP schimbat între dispozitive:

Parcurgem codul sursă din ns3/examples/wireless/wifi-tcp.cc

Urmariți și explicațiile de aici: https://www.nsnam.org/docs/tutorial/html/building-topologies.html#building-a-wireless-network-topology

În cadrul laboratorului ne vom concentra pe simulări Wi-Fi (IEEE 802.11). ns-3 ne oferă posibilitatea de a configura toate nivelele din stiva OSI:

• PHY - modelul de canal, propagare, atenuare, senzitivitatea receptorilor
• MAC:
  • LMAC (lower MAC): accesul la mediu (DCF/EDCA ca algoritmi de backoff pentru evitarea coliziunilor), RTS/CTS, ACK-uri de nivel 2
  • UMAC (upper MAC): beacon, probe request/probe response, WPA2 etc.
• IPv4, TCP/UDP - tipul de trafic între noduri

Mai multe detalii pe wiki-ul ns-3

Întrucât putem comite greseli in cadrul script-urilor, waf ne oferă posibilitatea de a ne rula scriptul cu valgrind, respectiv gdb.

Pentru exemplul nostru:

student@isrm-vm-2020:~/ns-3-dev$ ./waf --command-template="valgrind \
    --leak-check=full --show-reachable=yes %s" \
    --run wifi-tcp
 
Waf: Entering directory `/home/vagrant/facultate/isrm/ns-3-dev/build'
Waf: Leaving directory `/home/vagrant/facultate/isrm/ns-3-dev/build'
Build commands will be stored in build/compile_commands.json
'build' finished successfully (1.303s)
==21406== Memcheck, a memory error detector
==21406== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==21406== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==21406== Command: /home/vagrant/facultate/isrm/ns-3-dev/build/examples/wireless/ns3.30.1-wifi-tcp-debug
==21406== 
(...)
=21406== LEAK SUMMARY:
(...)
==21406== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==21406== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)

Exemple de pe wiki-ul nsnam pentru lucrul cu:

• valgrind
• gdb - sesiune de debug cu waf
• Exemplu de folosire gdb din Visual Studio Code

• Pentru lucrul acasă vă recomandăm să folosiți instrucțiunile din pagina setup ISRM deoarece are toate pachetele necesare (inclusiv Visual Studio Code cu toate dependențele necesare).