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摘 要：针对计算机网络课程的教学演示，分析当前主流的网络模拟技术，并介绍NS2网络模拟器的模拟流程，结合TCP协议和UDP协议，给出实例教学演示，增加学生的学习兴趣并增强了教师的教学效果。
关键词：计算机网络 NS2 TCP 协议 UDP协议
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-163-02
1引言
随着计算机网络的持续快速发展，系统结构的日益完善，已经深入到人们日常的工作、学习、生活等的方方面面。正是伴随着计算机网络知识的普及，计算机网络课程成为了高校计算机专业的一门专业课。该课程中涉及到大量的概念、原理以及抽象复杂的网络协议，这都成为了许多初学者的瓶颈。以Internet核心协议之一的TCP协议为例，TCP协议本身为了实现在不可靠的IP协议上进行可靠数据交付，包含了大量复杂的机制，而在教学过程中，针对网络协议的传输过程，仅通过演示课件达到直观、精确地展示效果非常困难；另一方面，网络实验平台的搭建受到院校经费和环境的影响，并不一定可以达到课程所需的要求。
基于此，为提升学生对网络课程的兴趣，而且由于网络模拟技术与工具的成熟，通过网络模拟软件，构建虚拟的TCP协议仿真模拟教学环境，一方面，增强学生对TCP协议和UDP协议传输机理的直观理解，促进学生学习动力的产生；另一方面，为教师提供有力的网络教学辅助工具。本文基于经典的NS2网络模拟软件，提出TCP与UDP协议连接建立、数据流传输等的分析和演示教学过程。
2网络模拟工具进展
2.1 网络模拟技术介绍
在计算机网络的研究方法中，商业软件的特点是价格昂贵且不具备开放性，从而对网络研究的进行产生了滞后的影响。由于网络模拟技术的特点是成本低，具有开放性的软件包，且能用于研究尚未实施的网络机制，因此，为网络研究者提供了良好的研究平台和工具。在众多的这类软件工具中，被网络研究人员广泛应用的主流工具有以下几种：
（1）NS2。NS2（Network Simulator 2）是一个单机多协议离散事件网络模拟工具，1995年获得美国DARPA的支持加入VINT项目。并在此基础之上，Lawrence Berkley National Laboratory 的研究小组开发研制出了NS的第一个版本NS1，随后UC Berkley发布了NS的第二版NS2。NS2本身具备很多优点，例如：体系结构和用户接口具备开放性；易实现配置、编程和扩展；后台具备大型协议库支持；网络模拟过程可动画显示，数据结果可图形显示；以及因为NS2不仅是一个完全免费的软件，而且适合于模拟大规模网络与基于TCP/IP协议的网络，所以在学术界有很高的声誉，并被网络爱好者广泛研究与使用。
（2）0PNET。0PNET是美国MIL3公司的产品，是一个单机的、基于离散事件驱动的网络模拟器。OPNET的特点为：能够准确分析网络的性能和特性；能够快速建立相应网络模型，在网络模型中，可以在模型的任意位置进行数据采集和统计，方便用户对模型进行修改和仿真。是国内外公认的比较优秀的网络模拟工具，但该模拟工具受到网络规模及成本的限制，使其在研究领域无法被广泛应用。
（3）SSF。SSF是一组用于描述离散事件的网络模拟工具，目前，主要包括的版本有SSFNet，iSSF（即DaSSF）等。其中SSFNet主要针对JAVA语言，采用DML，运行在共享内存对称型多处理机上，来实现大规模网络的模拟。而iSSF主要针对C++语言，主要被应用在基于分布式MPI运行方式的内存并行计算机上。
（4）REAL。REAL是由美国加利福尼亚大学开发实现的网络模拟研究工具，主要研究基于IP数据包交换的网络流动态行为和拥塞控制模式等方面。
2.2 NS2网络模拟器
NS2进行网络模拟涉及到两个层次：一个是采用Otcl脚本语言进行编程的层次，即现有软件包便可实现网络模拟，只需编写Otcl脚本，无需对NS2本身做修改处理；另一个是采用C++和Otcl两种语言进行编程的层次，即现有软件包中缺少相关的协议，则需自行添加，实现对NS2的扩展，然后重新编译并进行模拟。
从上述分析可以得出，NS2网络模拟的基本流图如图1所示。
3 教学实例对比
3.1 模拟实验环境设置
在NS2网络模拟器上实现UDP和TCP协议，简单网络拓扑图如图2所示。共6个节点，其中节点n0到节点n4进行UDP数据流传输，而节点n1到节点n5为TCP数据流传输，作为教学的示范过程，设定模拟时间共为3s，其中，UDP数据流的持续传输时间为0.5s～2.5s，TCP数据流的持续传输时间为1.0s～2.8s。
本文是基于NS2的计算机网络协议的模拟过程，通过NAM记录和trace记录直观的演示了TCP数据流和UDP数据流的传输过程。通过NS2模拟实验过程，一方面便于学生对协议的理解，另一方面加强了学生对课程的兴趣，让学生在有效的学习理论知识的基础上，增加了钻研意识，使教学效果得到了提升。为了进一步提高学生的能动性，可让学生自行动手编写协议的模拟代码，达到更好的学习效果。
参考文献：
[1] 谢希仁.计算机网络（第5版）[M].北京：电子工业出版社，2008：180-220.
[2] Yong Liu，Francesco Lo Presti，Vishal Misra，et al.Fluid Models and Solutions for Large-Scale IP Networks[C].Proceedings of the 2003 ACM SIGMETRICS International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems，San Diego，CA，USA，2003.
[3] Jason Liu.Improvements in Conservative Parallel Simulation of Large-scale Models[C].Ph.D Thesis，2003.
[4] Keshav S.REAL： A Network Simulator[C].Technical Report. University of California， Berkeley，1988.
关键词：计算机网络 NS2 TCP 协议 UDP协议
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-163-02
1引言
随着计算机网络的持续快速发展，系统结构的日益完善，已经深入到人们日常的工作、学习、生活等的方方面面。正是伴随着计算机网络知识的普及，计算机网络课程成为了高校计算机专业的一门专业课。该课程中涉及到大量的概念、原理以及抽象复杂的网络协议，这都成为了许多初学者的瓶颈。以Internet核心协议之一的TCP协议为例，TCP协议本身为了实现在不可靠的IP协议上进行可靠数据交付，包含了大量复杂的机制，而在教学过程中，针对网络协议的传输过程，仅通过演示课件达到直观、精确地展示效果非常困难；另一方面，网络实验平台的搭建受到院校经费和环境的影响，并不一定可以达到课程所需的要求。
基于此，为提升学生对网络课程的兴趣，而且由于网络模拟技术与工具的成熟，通过网络模拟软件，构建虚拟的TCP协议仿真模拟教学环境，一方面，增强学生对TCP协议和UDP协议传输机理的直观理解，促进学生学习动力的产生；另一方面，为教师提供有力的网络教学辅助工具。本文基于经典的NS2网络模拟软件，提出TCP与UDP协议连接建立、数据流传输等的分析和演示教学过程。
2网络模拟工具进展
2.1 网络模拟技术介绍
在计算机网络的研究方法中，商业软件的特点是价格昂贵且不具备开放性，从而对网络研究的进行产生了滞后的影响。由于网络模拟技术的特点是成本低，具有开放性的软件包，且能用于研究尚未实施的网络机制，因此，为网络研究者提供了良好的研究平台和工具。在众多的这类软件工具中，被网络研究人员广泛应用的主流工具有以下几种：
（1）NS2。NS2（Network Simulator 2）是一个单机多协议离散事件网络模拟工具，1995年获得美国DARPA的支持加入VINT项目。并在此基础之上，Lawrence Berkley National Laboratory 的研究小组开发研制出了NS的第一个版本NS1，随后UC Berkley发布了NS的第二版NS2。NS2本身具备很多优点，例如：体系结构和用户接口具备开放性；易实现配置、编程和扩展；后台具备大型协议库支持；网络模拟过程可动画显示，数据结果可图形显示；以及因为NS2不仅是一个完全免费的软件，而且适合于模拟大规模网络与基于TCP/IP协议的网络，所以在学术界有很高的声誉，并被网络爱好者广泛研究与使用。
（2）0PNET。0PNET是美国MIL3公司的产品，是一个单机的、基于离散事件驱动的网络模拟器。OPNET的特点为：能够准确分析网络的性能和特性；能够快速建立相应网络模型，在网络模型中，可以在模型的任意位置进行数据采集和统计，方便用户对模型进行修改和仿真。是国内外公认的比较优秀的网络模拟工具，但该模拟工具受到网络规模及成本的限制，使其在研究领域无法被广泛应用。
（3）SSF。SSF是一组用于描述离散事件的网络模拟工具，目前，主要包括的版本有SSFNet，iSSF（即DaSSF）等。其中SSFNet主要针对JAVA语言，采用DML，运行在共享内存对称型多处理机上，来实现大规模网络的模拟。而iSSF主要针对C++语言，主要被应用在基于分布式MPI运行方式的内存并行计算机上。
（4）REAL。REAL是由美国加利福尼亚大学开发实现的网络模拟研究工具，主要研究基于IP数据包交换的网络流动态行为和拥塞控制模式等方面。
2.2 NS2网络模拟器
NS2进行网络模拟涉及到两个层次：一个是采用Otcl脚本语言进行编程的层次，即现有软件包便可实现网络模拟，只需编写Otcl脚本，无需对NS2本身做修改处理；另一个是采用C++和Otcl两种语言进行编程的层次，即现有软件包中缺少相关的协议，则需自行添加，实现对NS2的扩展，然后重新编译并进行模拟。
从上述分析可以得出，NS2网络模拟的基本流图如图1所示。
3 教学实例对比
3.1 模拟实验环境设置
在NS2网络模拟器上实现UDP和TCP协议，简单网络拓扑图如图2所示。共6个节点，其中节点n0到节点n4进行UDP数据流传输，而节点n1到节点n5为TCP数据流传输，作为教学的示范过程，设定模拟时间共为3s，其中，UDP数据流的持续传输时间为0.5s～2.5s，TCP数据流的持续传输时间为1.0s～2.8s。
本文是基于NS2的计算机网络协议的模拟过程，通过NAM记录和trace记录直观的演示了TCP数据流和UDP数据流的传输过程。通过NS2模拟实验过程，一方面便于学生对协议的理解，另一方面加强了学生对课程的兴趣，让学生在有效的学习理论知识的基础上，增加了钻研意识，使教学效果得到了提升。为了进一步提高学生的能动性，可让学生自行动手编写协议的模拟代码，达到更好的学习效果。
参考文献：
[1] 谢希仁.计算机网络（第5版）[M].北京：电子工业出版社，2008：180-220.
[2] Yong Liu，Francesco Lo Presti，Vishal Misra，et al.Fluid Models and Solutions for Large-Scale IP Networks[C].Proceedings of the 2003 ACM SIGMETRICS International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems，San Diego，CA，USA，2003.
[3] Jason Liu.Improvements in Conservative Parallel Simulation of Large-scale Models[C].Ph.D Thesis，2003.
[4] Keshav S.REAL： A Network Simulator[C].Technical Report. University of California， Berkeley，1988.