使用TCL脚本模拟ns2中的链接状态路由

介绍

链接状态路由（Link State Routing）是一种路由协议，其工作原理是将网络中的所有路由器连接信息都收集起来，形成一个网络拓扑图，基于这个拓扑图构建出路由表。当需要发送数据包时，会根据路由表选择一条最优路径进行数据包传输。

NS2是一个广泛使用的网络仿真工具，在NS2中可以使用TCL脚本模拟不同的网络拓扑和路由协议，其中也包括了链接状态路由协议。

本文将介绍如何使用TCL脚本在NS2中模拟链接状态路由，并进行网络仿真。本文将从以下几个方面进行介绍：

1. TCL脚本基本语法
2. NS2中的网络拓扑定义方法
3. 在NS2中使用链接状态路由协议
4. 进行网络仿真及结果分析

TCL脚本基本语法

TCL脚本是NS2中的默认脚本语言，在使用NS2进行网络仿真时不可避免地需要使用TCL脚本编写仿真场景。

TCL脚本可以通过在终端输入命令tclsh来进入TCL解释器，也可以在TCL脚本文件中编写代码后使用tclsh filename.tcl命令来执行脚本文件。

以下是TCL脚本的基本语法：

# 注释：以"#"开头的行为注释行
set 变量名 变量值		# 定义变量并赋值
puts "Hello World!"	# 输出字符串到屏幕上
if 条件语句 {
	# 条件为真的代码块
} elseif 条件语句 {
	# 否则，如果条件为真的代码块
} else {
	# 否则的代码块
}
for {初始化变量} {循环终止条件} {每次循环后操作} {
	# 循环体
}

NS2中的网络拓扑定义方法

在NS2中，可以使用OTcl语言来定义网络拓扑。OTcl是一个基于TCL脚本的面向对象扩展，它可以用来定义节点、连接、应用等实体。

以下是一个简单的NS2代码片段，演示了如何使用OTcl定义一个简单的拓扑图，包含两个节点和一条连接：

set ns [new Simulator]	# 定义一个名为"ns"的仿真器对象

# 定义节点
set n0 [$ns node]
set n1 [$ns node]

# 定义连接
$ns duplex-link $n0 $n1 1Mb 10ms DropTail

上述代码片段中，通过new Simulator语句创建了一个名为“ns”的仿真器对象，用于处理拓扑图和仿真的一些操作。之后，使用$ns node语句定义了两个节点，并通过$ns duplex-link语句定义了两个节点间的连接，其中1Mb表示带宽，10ms表示延迟时间，DropTail表示传输队列策略。

在NS2中使用链接状态路由协议

NS2中提供了多种路由协议，包括距离向量路由（Distance Vector），链路状态路由（Link State）等，其中，链路状态路由协议需要先定义节点之间的连通性，再由节点发送链路状态报文（Link State Advertisement）将链路状态广播给整个网络，最终由所有节点计算出最短路径并更新路由表。

以下是一个简单的NS2代码片段，演示了如何使用链接状态路由协议，在一个4个节点的拓扑图中，使用链路状态路由协议进行路由：

set ns [new Simulator]

# 定义4个节点
set n0 [$ns node]
set n1 [$ns node]
set n2 [$ns node]
set n3 [$ns node]

# 定义节点间的连接
$ns duplex-link $n0 $n1 1Mb 10ms DropTail
$ns duplex-link $n1 $n2 1Mb 10ms DropTail
$ns duplex-link $n2 $n3 1Mb 10ms DropTail
$ns duplex-link $n3 $n0 1Mb 10ms DropTail

# 定义路由器类型
set rt0 [$n0 get-routeprotocol LS]
set rt1 [$n1 get-routeprotocol LS]
set rt2 [$n2 get-routeprotocol LS]
set rt3 [$n3 get-routeprotocol LS]
$rt0 node-config -address 1.0.0.0
$rt1 node-config -address 2.0.0.0
$rt2 node-config -address 3.0.0.0
$rt3 node-config -address 4.0.0.0

# 启动全局路由
$ns rtproto LS

# 在节点0和节点2之间发送一个UDP数据包
set udp0 [new Agent/UDP]
$ns attach-agent $n0 $udp0
set null0 [new Agent/Null]
$ns attach-agent $n2 $null0
$ns connect $udp0 $null0
$ns at 1.0 "$udp0 send 1024"
$ns run

上述代码片段中，我们定义了一个由4个节点组成的拓扑图，并使用了链路状态路由协议。首先，使用get-routeprotocol LS语句定义了节点的路由器类型，并通过node-config -address语句为每个节点分配一个IP地址。之后，启动全局路由，使用rtproto LS语句开启链路状态路由协议。最后，在节点0和2之间发送了一个UDP数据包，并通过run语句启动了仿真器。

进行网络仿真及结果分析

在模拟完成后，可以使用AWK工具来提取并分析仿真结果。NS2将仿真结果记录在*.tr后缀的文件中，可以使用AWK语言来对文件进行分析，比如提取网络中的吞吐量、延迟时间、丢包率等信息。

以下是一个简单的AWK代码片段，演示了如何对*.tr文件进行吞吐量统计：

BEGIN {
    sum = 0
}
{
    if($1 == "r" && $2 == 0 && $3 == 3) {
        sum += $6
    }
}
END {
    print "Total Throughput: "sum/1e6" Mbps"
}

上述代码片段中，使用了一个BEGIN块来初始化一个变量sum，之后遍历*.tr文件中的每一行，如果当前行是一条路由信息且数据包来源为节点0，目标节点为节点3，则累加其传输的字节数。最后，在END块中输出吞吐量的统计结果。

除了吞吐量外，还可以对延迟等指标进行仿真分析，从而评估网络的性能和路由算法的准确性。

结论

本文介绍了如何使用TCL脚本模拟NS2中的链接状态路由，并进行网络仿真及结果分析。在实际使用中，需要根据实际需求进行网络拓扑和仿真场景的定义，并通过AWK等工具进行仿真结果的分析，从而得出更准确的结果。