畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于Mobile IP有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬

1、目錄引言11 移動ipv421 tcp/ip協(xié)議21.1.1 ipv4協(xié)議的特點(diǎn)21.1.2 移動ipv4協(xié)議的提出31.2 移動ipv4協(xié)議41.2.1 移動ipv4解決的問題41.2.2 移動ipv4應(yīng)用的范圍51.2.3 移動ipv4的設(shè)計(jì)要求與目標(biāo)51.2.4 移動ipv4的基本內(nèi)容51.2.5 移動ip的協(xié)議概述72 ns-2的基本介紹102.1 ns-2概要102.2 ns-2的目錄結(jié)構(gòu)102.3 ns-2網(wǎng)絡(luò)模擬方法112.4 nam概要122.5 trace概要122.6 awk概要122.7 gnuplot概要133 基于mobile ip有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬143.1 有線

2、無線混合模擬的層次化地址設(shè)置143.2 創(chuàng)建移動節(jié)點(diǎn)153.3 移動節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動153.4 配置節(jié)點(diǎn)163.4.1 配置無線節(jié)點(diǎn)163.4.2 配置基站節(jié)點(diǎn)173.5 基于mobile ip 有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)例173.3.1 純無線網(wǎng)絡(luò)模擬173.3.2 無線有線網(wǎng)絡(luò)混合模擬184 總結(jié)20附錄121附錄226致謝27參考資料28引言 隨著internet國際互聯(lián)網(wǎng)以驚人的速度發(fā)展，人類生活節(jié)奏的加快，越來越來的人成為移動辦公的一分子，包括遠(yuǎn)程計(jì)算人員、移動售貨人員以及其他一些經(jīng)常需要跑來跑去的人。這些人急切地需要在任何地點(diǎn)、任何時候都能獲得internet網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。不斷增加的人群、移動

3、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和人們對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越強(qiáng)的依賴，這3方面一起推動著將移動計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)相連的要求，包括與固定的和移動的計(jì)算機(jī)相連。這使得提供移動的internet接入成為當(dāng)前internet技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。 由于ipv4協(xié)議原本是為固定有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)開發(fā)的，缺乏移動性的有效支持，因此，ietf（互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)工程組）提出了移動ipv4協(xié)議，對ipv4協(xié)議棧進(jìn)行了擴(kuò)充。移動ipv4協(xié)議實(shí)現(xiàn)了讓人們在任何地點(diǎn)都可以隨時連接internet。它的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是移動節(jié)點(diǎn)在改變網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)時，不必改變網(wǎng)絡(luò)的ip地址，能夠在移動過程中保持通信的連續(xù)性。然而，移動ipv4所采用的移動性管理方案存在許多不足，主

4、要表現(xiàn)在切換的性能不高，信令開銷過大，切換時延太長，切換中的質(zhì)量難以保證，同時也存在安全性問題。目前，針對這些問題，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正在研究如何對移動ipv4技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展和優(yōu)化，這對下一代移動internet目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。 ns-2是目前通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域一個非常流行的模擬軟件，在國際上被廣泛使用。ns-2是一個免費(fèi)的軟件，在學(xué)習(xí)和研究中使用該軟件，不需要支付昂貴的費(fèi)用。同時，它具有強(qiáng)大的模擬功能，豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組件。使用ns-2進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的學(xué)習(xí)和研究，已經(jīng)成為一個潮流。但是，由于ns-2是開放源代碼的免費(fèi)軟件，文檔資料繁雜，并采用otcl和c+兩種程序設(shè)計(jì)語言，因此，學(xué)習(xí)起來困難較大。1

5、 移動ipv41 tcp/ip協(xié)議 互聯(lián)網(wǎng)是通過一套規(guī)則或協(xié)議來保證不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信的，其核心就是著名的tcp/ip協(xié)議。tcpip協(xié)議的中文含意分別是傳輸控制協(xié)議（tcp）和網(wǎng)際協(xié)議(ip),它是在 1983年在互聯(lián)網(wǎng)的前身arpanet上使用并成為標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。所謂通信協(xié)議就是為了使網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備能相互進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)通信，而預(yù)先制定的一整套通信雙方相互了解和共同遵守的格式和約定。tcp/ip協(xié)議幾乎就是互聯(lián)網(wǎng)的代名詞，沒有tcp/ip協(xié)議，就沒有今天的互聯(lián)網(wǎng)。下面將介紹tcp/ip協(xié)議的內(nèi)容。1.1.1 ipv4協(xié)議的特點(diǎn)1）ipv4協(xié)議格式 ipv4分組由報頭和數(shù)據(jù)區(qū)兩

6、部分組成，每部分的格式如圖1.1所示： 版本號頭標(biāo)長服務(wù)類型總長度標(biāo)識符標(biāo)志片偏移量生存時間協(xié)議ip分組頭校驗(yàn)和源ip地址目的ip地址選項(xiàng)填充域數(shù)據(jù)圖1.1 ipv4頭標(biāo)（1）版本號：版本號占4位，所有的ip軟件都要檢查ip分組的版本號，若版本不同則需要轉(zhuǎn)換，以保證ip分組的格式與軟件期待的一致。（2）頭標(biāo)長：在ip分組的包頭中，任選項(xiàng)和填充項(xiàng)是不固定的。頭標(biāo)的長度以行計(jì)算，在515行之間，占4位。（3）服務(wù)類型：描述ip分組所希望獲得的服務(wù)質(zhì)量，占8位。（4）總長度：占16位，即允許最長的ip分組為65535字節(jié)。（5）標(biāo)識符id：id是源主機(jī)賦予ip分組的標(biāo)識號。同一源主機(jī)所發(fā)出的各ip分

7、組有惟一的標(biāo)識。占16位。（6）標(biāo)志：占3位。（7）片偏移量：占13位，用以標(biāo)明當(dāng)前段片在初始ip分組中的位置，目的主機(jī)可以根據(jù)它來重新組合ip分組。（8）生存時間：占8位，最大值為255，缺省值為64，單位為妙。（9）協(xié)議：協(xié)議段占8個字節(jié)，用以標(biāo)識接受的ip分組中的數(shù)據(jù)的高層協(xié)議。（10）ip分組頭校驗(yàn)和：占16位，用以保證ip分組報頭的完整性。（11）源地址：占32位。（12）目的地址：占32位。（13）任選段：用于存放安全保密、報文經(jīng)歷等信息，其長度可變。（14）填充段：ip分組頭長必須是4字節(jié)的整數(shù)倍，它就是用來作保證的。2）ipv4編址方案（1）物理地址：計(jì)算機(jī)的物理地址是指分配給

8、網(wǎng)卡的地址。此地址在網(wǎng)卡的生產(chǎn)過程中就被固定在卡上。有些網(wǎng)卡被稱為可配置卡，它的地址可變。以太網(wǎng)的硬件地址也稱為介質(zhì)訪問控制（mac）地址，在以太網(wǎng)環(huán)境中，mac地址與硬件地址可互換使用。（2）ipv4地址：ip協(xié)議提供整個internet通用的地址格式。為了確保一個ip地址對應(yīng)一臺主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)地址由internet注冊管理機(jī)構(gòu)信息中心分配，主機(jī)地址由網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)分配。如圖1.2所示，每個ip地址占用32位，有a、 b、 c、d和e五類，分別用0、10、110、1110和11110標(biāo)識。如圖1.2：1 2 3 400網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符7位主機(jī)編號24位10網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符14位主機(jī)編號16位110網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識

9、符21位主機(jī)編號8位1110多點(diǎn)廣播地址28位11110 實(shí)驗(yàn)保留地址a類b類c類d類e 類 圖1.2 ipv4地址1.1.2 移動ipv4協(xié)議的提出傳統(tǒng)的tcp/ip基于一個假定，即節(jié)點(diǎn)的ip地址唯一地標(biāo)識節(jié)點(diǎn)在internet上的接入點(diǎn)。因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)擁有ip地址以后，必須位于其ip地址所標(biāo)識的子網(wǎng)里，才可能正常地接受到發(fā)向該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。而當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動到另一個子網(wǎng)時，要么改變其ip地址，使其前綴和所訪問的新的子網(wǎng)相同，要么就是在路由器上添加主機(jī)路由來實(shí)現(xiàn)。而這兩種方法都不可行，前者會導(dǎo)致上層應(yīng)用程序的中斷，而后者缺乏可擴(kuò)展性。移動ipv4位于開放系統(tǒng)互連（osi）參考模型的第三層，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)

10、包從源節(jié)點(diǎn)路由到目的地，中間穿過由鏈路、交換設(shè)備和路由器等構(gòu)成的各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。主機(jī)和路由器則通過手工配置和動態(tài)路由協(xié)議獲得到達(dá)網(wǎng)絡(luò)上各個目的節(jié)點(diǎn)的路徑。ip為internet提供了路由能力。ip給所有節(jié)點(diǎn)（主機(jī)和路由器）分配邏輯地址，稱為ip地址，每臺主機(jī)的各個端口都分別有一個ip地址，端口是指節(jié)點(diǎn)與一條鏈路相連時經(jīng)過的硬件和軟件。ip地址包括網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)部分，同一條鏈路上的所有主機(jī)通常由相同的網(wǎng)絡(luò)前綴和不同的主機(jī)部分，這使得ip可以依據(jù)目的節(jié)點(diǎn)ip地址的網(wǎng)絡(luò)前綴部分來進(jìn)行路由選擇，從而使路由器只需保存一條簡單的網(wǎng)絡(luò)前綴路由，而不必為每臺主機(jī)保存一條單獨(dú)的路由，這是internet可擴(kuò)展性的

11、一個主要特點(diǎn)。由于采用了網(wǎng)絡(luò)前綴路由，如果節(jié)點(diǎn)從一條鏈路切換的到另一條鏈路而沒有改變它的ip地址，那么它就不可能在新鏈路上接受到數(shù)據(jù)包。從理論上說，這可以采用特定主機(jī)路由（與網(wǎng)絡(luò)前綴路由相對應(yīng)）來解決。也就是說，每當(dāng)主機(jī)移動時，就向許多臺路由器傳送特定主機(jī)路由，然而，這種方法在可擴(kuò)展性、可靠性和安全性方面都存在問題。另一種方法是在數(shù)據(jù)鏈路層解決這個問題，這要求對每一種鏈路定義一種解決方法，而且數(shù)據(jù)鏈路層提供的移動能力在地理范圍上受到限制。1.2 移動ipv4協(xié)議 1.2.1 移動ipv4解決的問題前面已經(jīng)介紹過，全球互聯(lián)網(wǎng)的可擴(kuò)展性依賴于網(wǎng)路前綴路由，而不是特定主機(jī)路由，這要求接在同一鏈路上的

12、ip地址具有相同的網(wǎng)絡(luò)前綴部分。當(dāng)節(jié)點(diǎn)從一條鏈路切換到另一條鏈路，它的ip地址的網(wǎng)絡(luò)前綴部分不再與新鏈路的網(wǎng)絡(luò)前綴相等。這樣，網(wǎng)絡(luò)前綴路由技術(shù)就沒有辦法將數(shù)據(jù)包發(fā)送到節(jié)點(diǎn)的新位置上。前面也已提到對這個問題的解決方法特定主機(jī)路由和改變移動節(jié)點(diǎn)的ip地址，這些方法不適于在全互聯(lián)上提供節(jié)點(diǎn)的移動功能。特定主機(jī)路由技術(shù)存在可擴(kuò)展性差、可靠性低和安全隱患大等問題，而節(jié)點(diǎn)在移動時改變ip地址又使鏈路切換使無法保持現(xiàn)有通信。移動ipv4是一種在全球互聯(lián)網(wǎng)上提供移動功能的方案，它具有可擴(kuò)展性較高、可靠性較強(qiáng)和安全性較高等特定，并使節(jié)點(diǎn)在切換鏈路時仍可保持正在進(jìn)行的通信。值得特別注意的是，移動ipv4提供了一種

13、ip路由機(jī)制，使移動節(jié)點(diǎn)可以用一個永久的ip地址連接在任何鏈路上。1.2.2 移動ipv4應(yīng)用的范圍移動ipv4協(xié)議適合于宏觀移動的場合，即ip子網(wǎng)間移動；而對微觀移動的支持則需要對移動ipv4協(xié)議加以擴(kuò)展。所謂宏觀移動，是指節(jié)點(diǎn)的移動跨越了不同的子網(wǎng)，而微觀移動是指節(jié)點(diǎn)在小范圍的一個子網(wǎng)里移動。在微觀移動的場合，切換必須在很短的時間里完成。1.2.3 移動ipv4的設(shè)計(jì)要求與目標(biāo) 設(shè)計(jì)ipv4時有以下幾個要求：（1）移動節(jié)點(diǎn)在改變數(shù)據(jù)鏈路層的接入點(diǎn)后應(yīng)仍能與互聯(lián)網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)通信；（2）無論移動節(jié)點(diǎn)連接哪個數(shù)據(jù)鏈路層接入點(diǎn)，它應(yīng)仍能用原來的ip地址進(jìn)行通信；（3）移動節(jié)點(diǎn)應(yīng)能與不具備移動ip

14、功能的計(jì)算機(jī)通信；（4）移動節(jié)點(diǎn)不應(yīng)比互聯(lián)網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)面臨新的或更多的安全威脅。設(shè)計(jì)ipv4時有以下幾個目標(biāo)：移動計(jì)算和無線通信天生就是一對。筆記本電腦使計(jì)算不僅限于臺式機(jī)，但有線的網(wǎng)絡(luò)連接限制了它們的使用場合。一些無線網(wǎng)絡(luò)使計(jì)算機(jī)在任何時間、任何地方都可以進(jìn)行通信，但許多這種網(wǎng)絡(luò)要么太貴要么太慢，或者是又貴又慢。包括移動ipv4在內(nèi)，路由協(xié)議都要求在網(wǎng)絡(luò)的各種節(jié)點(diǎn)間傳送路由更新信息。為使移動ipv4能在無線鏈路上工作，使這些更新信息的數(shù)量和頻率盡量減少是設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。另一個設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡量簡化移動節(jié)點(diǎn)軟件，這可以增加使用移動ipv4的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，特別是那些內(nèi)存和處理能力受到限制的尋呼機(jī)、智能蜂

15、窩電話、個人記事本以及筆記本電腦。最后，前面已經(jīng)提到，因特網(wǎng)已經(jīng)認(rèn)識到了ipv4地址的短缺問題，因此，移動ipv4的另一個目標(biāo)是，盡量避免要求移動節(jié)點(diǎn)使用多個地址，或要求為移動節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備一個大的地址空間。1.2.4 移動ipv4的基本內(nèi)容1）移動ipv4的功能實(shí)體 移動ipv4網(wǎng)絡(luò)中包含四種功能實(shí)體：家鄉(xiāng)代理（ha）、外地代理（fa）、移動節(jié)點(diǎn)（mn）、對端節(jié)點(diǎn)（cn）。圖1.3給出了移動ipv4的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。（1）移動節(jié)點(diǎn)（mobile node-mn）.是指從一個網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)鏈路上切換到另一個網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)的主機(jī)或者路由器。移動節(jié)點(diǎn)可以改變它的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，但不需要改變ip地址，并且使用原有的ip

16、地址能夠繼續(xù)與其他節(jié)點(diǎn)通信。（2）家鄉(xiāng)代理（home agent-ha）。是指位于移動節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)鏈路（home link）上的路由器。當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)離開家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)時，它負(fù)責(zé)把發(fā)往移動節(jié)點(diǎn)的分組通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)，并且維護(hù)移動節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置的信息。（3）外地代理（foreign agent-fa）。是指位于移動節(jié)點(diǎn)所訪問的網(wǎng)絡(luò)上的路由器，為注冊的移動節(jié)點(diǎn)提供路由器服務(wù)。它接受移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)代理通過隧道發(fā)來的報文，進(jìn)行拆封后發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)；對于移動節(jié)點(diǎn)發(fā)出的報文，外地代理提供類似默認(rèn)路由器的服務(wù)。（4）cn是與mn進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)，一個mn可能有多個cn。圖1.3 移動ipv4的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)移動節(jié)點(diǎn)在家鄉(xiāng)網(wǎng)

17、路上申請一個長期的ip地址。這個家鄉(xiāng)地址和家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)上固定主機(jī)的地址一樣。當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)離開家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)以后，移動節(jié)點(diǎn)在外地網(wǎng)絡(luò)將獲得一個反映移動節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置的轉(zhuǎn)交地址。移動節(jié)點(diǎn)使用家鄉(xiāng)地址作為發(fā)送數(shù)據(jù)包的源地址。2）其他的常用術(shù)語 （1）代理通告。是一種特殊的路由通告消息。（2）通信對端節(jié)點(diǎn)。是指除移動節(jié)點(diǎn)通信的對等實(shí)體，可簡稱為通信對端。它可以是移動節(jié)點(diǎn)或者位置固定的節(jié)點(diǎn)。（3）外地網(wǎng)絡(luò)。是除移動節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)外的任何網(wǎng)絡(luò)，也就是網(wǎng)絡(luò)前綴與移動節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址與網(wǎng)絡(luò)前綴不同的網(wǎng)絡(luò)。（4）移動代理。是指家鄉(xiāng)代理或外地代理。（5）家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)。是指與移動節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址具有相同前綴的網(wǎng)絡(luò)。發(fā)往移動節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)地址的ip分

18、組會被標(biāo)準(zhǔn)的ip路由機(jī)制轉(zhuǎn)發(fā)到其家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)上。（6）鏈路層。是指節(jié)點(diǎn)通信的載體，是網(wǎng)絡(luò)層的下層。（7）節(jié)點(diǎn)。是指主機(jī)或路由器。（8）隧道。當(dāng)一個數(shù)據(jù)分組被封裝在另一個數(shù)據(jù)分組的載荷中進(jìn)行傳送時，所經(jīng)過的路徑。1.2.5 移動ip的協(xié)議概述1）移動ipv4協(xié)議中的三種功能移動ipv4定義了三種功能，包括代理搜索、注冊和隧道。（1）代理搜索：代理搜索是mn確定它的當(dāng)前位置、檢查它是否移動了以及得到一個外地代理轉(zhuǎn)交地址的方法。如果在mn的外地鏈路上沒有外地代理，那么mn可以通過手工配置或通過dhcp（動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）得到一個配置轉(zhuǎn)交地址。代理搜索通過ha和外地代理周期的發(fā)送代理廣播消息來實(shí)現(xiàn)，代理廣

19、播消息是icmp(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)路由器廣播消息的擴(kuò)展，mn也可以發(fā)送代理請求來要求在它當(dāng)前鏈路上的代理立即發(fā)送一條廣播。（2）注冊：注冊是mn向它的ha通知它當(dāng)前的轉(zhuǎn)交地址的一種認(rèn)證機(jī)制，也是mn在回到家鄉(xiāng)鏈路上后注銷轉(zhuǎn)交地址的機(jī)制。mn也可以通過注冊過程得到它的ha的地址。注冊請求消息是由mn發(fā)往它的ha的，途中可能會經(jīng)過外地代理。ha通過向mn回答一條注冊應(yīng)答消息來通知mn對它的請求的處理接受或拒絕。注冊應(yīng)答也可能經(jīng)過外地代理。（3）隧道：隧道技術(shù)是移動ipv4定義的第三種主要功能，是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由的特殊規(guī)程，尤其是對源或目的地是當(dāng)前連接在外地鏈路上的mn的數(shù)據(jù)包。連接在家鄉(xiāng)鏈路上

20、的mn則和其它固定主機(jī)或路由器一樣進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由。隧道協(xié)議被用來向那些連接在外地鏈路上的mn傳送數(shù)據(jù)包。要發(fā)往mn家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包先被路由到它的家鄉(xiāng)鏈路上，這是采用網(wǎng)路前綴路由的必然結(jié)果。在家鄉(xiāng)鏈路上，ha截獲數(shù)據(jù)包，然后通過隧道將數(shù)據(jù)包送到mn的轉(zhuǎn)交地址。在那里，數(shù)據(jù)包被從隧道中取出，然后送往mn。在相反的方向，mn產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包用它的家鄉(xiāng)地址直接路由到它們的目的地。如果有外地代理，它將作為mn的默認(rèn)路由器。從對端節(jié)點(diǎn)發(fā)往mn的數(shù)據(jù)包通常采用未經(jīng)優(yōu)化的路徑，數(shù)據(jù)包先被送往mn的家鄉(xiāng)鏈路，然后再經(jīng)過隧道送往mn的當(dāng)前位置上。要解決這個問題，必須讓mn將它當(dāng)前的轉(zhuǎn)交地址送給各個對端節(jié)點(diǎn)。2）家鄉(xiāng)

21、地址與轉(zhuǎn)交地址 每個mn有兩個地址：（1）家鄉(xiāng)地址：這是mn的cn所知道的mn的ip地址。當(dāng)mn移動時，它的家鄉(xiāng)地址是不變的。mn家鄉(xiāng)地址的網(wǎng)路前綴與它的家鄉(xiāng)鏈路上的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)前綴是一樣的。（2）轉(zhuǎn)交地址：mn將這個地址暫時作為從mn的ha發(fā)出的隧道的出口。當(dāng)mn在internet上移動時，轉(zhuǎn)交地址是會改變的。轉(zhuǎn)交地址有兩類：外地代理轉(zhuǎn)交地址是有一個端口在mn當(dāng)前鏈路上的那臺外地代理的地址，而配置轉(zhuǎn)交地址是暫時分配給mn某一個端口的地址。mn的轉(zhuǎn)交地址、外地鏈路和外地代理是密切相關(guān)的。3）移動ip協(xié)議的總體流程 移動ip協(xié)議大致包括以下流程：（1）移動代理通過代理公布消息公布其存在，移動節(jié)點(diǎn)可

22、以通過請求一個代理公布消息，或者接受到代理公布消息。（2）移動節(jié)點(diǎn)通過代理公布消息后，可以確定是在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)還是外地網(wǎng)路。（3）如果移動節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己在家鄉(xiāng)網(wǎng)路，它將不運(yùn)行移動程序。如果移動節(jié)點(diǎn)從外地網(wǎng)絡(luò)回到家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，它將取消在家鄉(xiāng)代理上的注冊。（4）如果移動節(jié)點(diǎn)檢測到它移動到了外地網(wǎng)絡(luò)時，從外地網(wǎng)絡(luò)上獲取一個轉(zhuǎn)交地址。（5）移動節(jié)點(diǎn)和家鄉(xiāng)代理通過交還注冊請求與注冊應(yīng)答消息，通過外地代理在家鄉(xiāng)代理上進(jìn)行注冊。（6）到達(dá)移動節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址的數(shù)據(jù)包被家鄉(xiāng)代理截獲，通過隧道傳送到移動節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址。在隧道的末端，由外地代理或者移動節(jié)點(diǎn)自己解封后到達(dá)移動節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用。（7）在相反的方向上，有移動節(jié)點(diǎn)發(fā)送的

23、數(shù)據(jù)包用標(biāo)準(zhǔn)的ip路由機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不需要再通過家鄉(xiāng)代理。如圖1.4所示為移動ipv4的協(xié)議流程。 圖1.4 移動ip協(xié)議流程圖1.4中，“1”表示發(fā)往mn的數(shù)據(jù)包經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的ip路由機(jī)制被轉(zhuǎn)發(fā)到ha。“2”表示數(shù)據(jù)包被ha截獲，經(jīng)過解封后，通過隧道轉(zhuǎn)發(fā)到fa。“3”表示fa對數(shù)據(jù)包進(jìn)行了解封裝，并傳遞給mn?！?”是mn通過標(biāo)準(zhǔn)的ip路由機(jī)制把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給cn。2 ns-2的基本介紹2.1 ns-2概要ns-2是一個免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模擬軟件，采用開放體系結(jié)構(gòu)，有大量的協(xié)議庫支持，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模擬。ns-2是一個基于兩種語言otcl和c+的，面向?qū)ο蟮哪M器。它用c+語言來編

24、寫和實(shí)現(xiàn)，用otcl作為一個解釋器，來執(zhí)行用戶的命令腳本。ns-2實(shí)現(xiàn)了很多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些協(xié)議構(gòu)成了一個庫，而且由兩個相互影射的體系構(gòu)成，一個是c+編譯對象體系，另一個是otcl解釋對象體系。編譯對象體系使得模擬的執(zhí)行速度很快，而otcl解釋對象體系使得配置一個模擬的場景更加直接和簡單。ns-2的特點(diǎn)如下說明：（1）采用面向?qū)ο?、離散事件驅(qū)動的模擬方法，易于對實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建模，模擬效率高，系統(tǒng)易于擴(kuò)展。而面向?qū)ο蟮哪M使得網(wǎng)絡(luò)實(shí)體和模擬模型之間的對應(yīng)顯得更加直接。（2）ns-2使用otcl和c+兩種程序設(shè)計(jì)語言，兼顧模擬效率和系統(tǒng)建模的靈活性。編程者可以使用面向?qū)ο?、解釋?zhí)行的腳本程序設(shè)計(jì)語言o

25、tcl進(jìn)行模擬配置，并通過編寫c+組件擴(kuò)充系統(tǒng)的模擬能力。（3）具有豐富的協(xié)議支持，支持tcp/ip棧中各層所涉及到的協(xié)議，幾乎在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域出現(xiàn)的所有協(xié)議，都有不同的ns-2開發(fā)者在進(jìn)行開發(fā)。（4）支持對模擬結(jié)果的處理和直觀顯示。利用gawk、gnuplot可以對模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用nam軟件，可以將模擬結(jié)果文件“*.nam”和”*.tr”以nam進(jìn)行動態(tài)顯示。（5） ns-2可以運(yùn)行在多種操作系統(tǒng)平臺上。在windows平臺上，安裝cygwin后再安裝ns-2,也是一個非常合適的方案。2.2 ns-2的目錄結(jié)構(gòu)如圖2.1所示為ns-2.2x的目錄結(jié)構(gòu)：ns-2.2x中包含有幾個很重要的目

26、錄，其中，tcl目錄包含了需要編譯的tcl代碼，以及ex目錄，其中包含了很多例子腳本。lib目錄中包含了ns-2需要的很多庫文件，是模擬中經(jīng)常需要閱讀和改寫的代碼。ns-allinone-2.28xgraphns-2.2xnam1.xtclc1-otcl-1.xtk8.xtcl8.xc+codens-tutorialtcllanmplsmobilityytestlibex圖2.1 ns-2.2x的目錄結(jié)構(gòu)2.3 ns-2網(wǎng)絡(luò)模擬方法進(jìn)行ns-2模擬一般分兩種情況：（1） ns-2已有的網(wǎng)絡(luò)組件可以實(shí)現(xiàn)模擬的目標(biāo)。在這種情況下，不需要對ns-2的組件進(jìn)行任何修改，只要編寫otcl腳本。確定模擬的

27、目標(biāo)利用進(jìn)行ns-2協(xié)議模擬的流程圖如圖2.2所示：分析是否可以利用現(xiàn)有模塊完成模擬 修改ns-2組件，可能需要修改otcl和c+代碼否 是 是編寫 otcl模擬腳本運(yùn)行模擬腳本對模擬結(jié)果進(jìn)行分析 需要修改腳本 需要修改組件是否要修改腳本或ns-2組件不需要改組件或腳本模擬結(jié)束圖2.2 ns-2協(xié)議模擬的流程圖（2） 網(wǎng)絡(luò)中的組件不能實(shí)現(xiàn)模擬的目的，這時候就需要建立新的組件，或者修改現(xiàn)有的組件。即首先對ns-2進(jìn)行擴(kuò)展。這時候需要添加新的c+和otcl類，然后再編寫otcl腳本進(jìn)行模擬。2.4 nam概要nam是一個基于tcl/tk的動畫程序，用來觀察網(wǎng)絡(luò)模擬的軌跡或者真實(shí)環(huán)境中生成的包的軌跡

28、。nam支持拓?fù)涞膶哟?，支持包級的動畫和多種多樣的數(shù)據(jù)分析工具。nam可以從namtrace文件中讀取動畫事件的命令，事件命令保存在文件中，在演示時進(jìn)行讀取和播放。要使用nam對模擬過程進(jìn)行演示，首先要產(chǎn)生一個namtrace文件，它是在模擬過程中由ns寫入的。在ns模擬過程中，可以產(chǎn)生拓?fù)渑渲谩⒄{(diào)整、包的跟蹤等信息，任何應(yīng)用都可以產(chǎn)生namtrace文件。nam在讀取namtrace文件后創(chuàng)建一個拓?fù)洌瑥棾龃翱?，進(jìn)行調(diào)整，然后停止在時間0。nam中可以顯示各種各樣的網(wǎng)絡(luò)對象，包括節(jié)點(diǎn)、鏈路（有線網(wǎng)絡(luò)）、數(shù)據(jù)流、無線網(wǎng)絡(luò)中的丟包等。2.5 trace概要trace的功能是詳細(xì)記錄模擬的過程，t

29、race可以根據(jù)用戶的需要記錄模擬過程中的任何一個細(xì)節(jié)。當(dāng)一次模擬結(jié)束之后，所留下的唯一記錄就是trace文件，所有的對模擬的分析都是基于trace文件的。為了支持trace記錄，每個分組都包含一個特殊的common分組頭，在這個分組頭中包含了分組的序列號、分組的類型值、分組的大小和端口標(biāo)識等。trace功能的實(shí)現(xiàn)是在c+中，同時ns在tcl中提供了一系列實(shí)例過程作為c+中trace對象的接口。 無線模擬的trace文件格式：r 160.09 6 rtr-5 tcp 1492 a2 4 6 800-65536:0 16777984:0 31 16777984 1 0 2 0該條trace中的意

30、思為：一個id為6的節(jié)點(diǎn)收到一個tcp分組，這個分組的uid為5、長度為1492。接受節(jié)點(diǎn)的mac地址為6，發(fā)送節(jié)點(diǎn)的mac地址為4，ip頭的trace信息包括源地址（65536：0）和目標(biāo)地址（16777984：0），分組的ttl值為31。2.6 awk概要 awk是一種程序語言。它具有一般程序語言常見的功能。對于資料的處理具有很強(qiáng)的功能，可以使用很短的代碼輕易地完成對文本檔案做修改、分析、提取和比較等處理。因此，awk語言具有某些特點(diǎn)，如：使用直譯器(interpreter)不需先行編譯；變量無型別之分(typeless)，可使用文字當(dāng)數(shù)組的注標(biāo)(associative array)等特色

31、。因此，使用awk撰寫程序比起使用其它語言更簡潔便利且節(jié)省時間。awk還具有一些內(nèi)建功能，使得awk擅于處理具有資料列(record)，字段(field)型態(tài)的資料；此外，awk內(nèi)建有pipe的功能，可將處理中的資料傳送給外部的 shell命令加以處理，再將shell命令處理后的資料傳回awk程序，這個特點(diǎn)也使得awk程序很容易使用系統(tǒng)資源。2.7 gnuplot概要gnuplot 是一個命令導(dǎo)向的交談式繪圖程序(command-driven interactive function plotting program)?？梢赃\(yùn)行在windwos、dos和linux操作系統(tǒng)中。本文中使用的gnu

32、plot是在cygwin和windows結(jié)合下安裝的。使用者輸入的每一項(xiàng)命令，可以逐步設(shè)定或修改繪圖環(huán)境。它以圖形表達(dá)數(shù)據(jù)或函數(shù)，使我們可以利用圖形做更進(jìn)一步的分析。3 基于mobile ip有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬3.1 有線無線混合模擬的層次化地址設(shè)置 ns-2中地址有三個層次，即域（domain）、簇（cluster）和節(jié)點(diǎn)(node)。需要創(chuàng)建三種節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)模擬中，需要創(chuàng)建有線節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)和無線節(jié)點(diǎn)。要注意，基站節(jié)點(diǎn)是一個特殊的節(jié)點(diǎn)，它既是有線節(jié)點(diǎn)，也是無線節(jié)點(diǎn)。所有的無線節(jié)點(diǎn)必須設(shè)置一個基站，以便與該無線域外的其他有線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。 如圖3.1所示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌簝蓚€無線局域網(wǎng)通過一個路由器

33、連接在一起。基站和移動節(jié)點(diǎn)之間采用ieee 802.11空中接口進(jìn)行通信，基站和路由器之間使用有線鏈路進(jìn)行通信。圖3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D按照上面的拓?fù)?，需要設(shè)置三個域，即兩個無線域和一個有線域，如圖3.2所示 圖3.2 域的劃分方案每個域中的簇的個數(shù)為1，各簇中的節(jié)點(diǎn)個數(shù)為4、1、4。因此，可以用寫如下的腳本來配置層次化地址。設(shè)置節(jié)點(diǎn)采用層次化地址$ns_ node-config -addresstype hierarchical設(shè)置域的數(shù)目為3addrparams set domain_num_ 3設(shè)置三個域中簇的個數(shù)分別為1、1、1lappend cluster_num 1 1 1 addrp

34、arams set cluster_num_ $cluster_num設(shè)置每個域中簇的節(jié)點(diǎn)的個數(shù)lappend eilastlevel 4 1 4addrparams set nodes_num_ $eilastlevel 3.2 創(chuàng)建移動節(jié)點(diǎn) mobilenode是node類的派生類，它對node類做了一些改進(jìn)，這樣它可以用來創(chuàng)建移動、無線的模擬環(huán)境。mobilenode是一個由c+和otcl共同實(shí)現(xiàn)的對象，它的功能（包括節(jié)點(diǎn)移動、周期性的位置更新、維護(hù)拓?fù)溥吔绲龋┦窃赾+中實(shí)現(xiàn)的，而設(shè)定mobilenode的各個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件（例如mac、channel、ll等）則是在otcl中實(shí)現(xiàn)的。具體創(chuàng)建

35、如下：set node_(0) $ns_ node $node_(0) random-motion 0set node_(1) $ns_ node $node_(1) random-motion 03.3 移動節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動移動節(jié)點(diǎn)可以在一個三維的拓?fù)渲羞\(yùn)動，然而實(shí)際上第三維（z軸）并沒有使用。這樣移動節(jié)點(diǎn)就總是在一個z=0的二維平面中運(yùn)動。其創(chuàng)建如下：$node set x_$node set y_$node set z_$ns at time $node setdest 在time時刻，節(jié)點(diǎn)從起始位置（x1,y1)向目標(biāo)位置（x2,y2）運(yùn)動，移動速度為speed。然而，在創(chuàng)建移動節(jié)點(diǎn)之前要定

36、義移動節(jié)點(diǎn)的移動范圍，通常使用下面的方法定義平面拓?fù)涞拈L和寬：set topo new topography$topo load_flatgrid x y3.4 配置節(jié)點(diǎn)3.4.1 配置無線節(jié)點(diǎn) 配置節(jié)點(diǎn)就是在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)之前定義它的各種屬性，函數(shù)simulator:node config用來配置節(jié)點(diǎn)的屬性。節(jié)點(diǎn)的屬性包括節(jié)點(diǎn)的地址類型、移動節(jié)點(diǎn)的各個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的類型、移動節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議、是否打開各層的trace功能等等。配置如下：#以下為網(wǎng)絡(luò)配置的選項(xiàng)set val(prop) propagation/tworaygroundset val(netif) phy/wirelessphyset va

37、l(mac) mac/802_11set val(ifq) queue/droptail/priqueueset val(ll) llset val(ant) antenna/omniantennaset val(ifqlen) 50set val(rp) dsdv#無線節(jié)點(diǎn)配置$ns_ node-config -adhocrouting $val(rp) #設(shè)定所使用的路由協(xié)議 -lltype $val(ll) 設(shè)定mn的邏輯鏈路層 -mactype $val(mac) 設(shè)定mn的mac層類型 -ifqtype $val(ifq) 設(shè)定mn的隊(duì)列類型 -ifqlen $val(ifqlen)

38、 設(shè)定mn的隊(duì)列長度 -anttype $val(ant) 設(shè)定mn的天線類型 -proptype $val(prop) 設(shè)定mn的無線信號傳輸模型 -phytype $val(netif) 設(shè)定mn的物理層類型 -channel type channel/wirelesschannel設(shè)定mn的無線信道類型 topoinstance $topo 設(shè)定mn的拓?fù)鋵ο?-agenttrace on 是否打開應(yīng)用層的trace -routertrace off #是否打開路由的trace -mactrace on #是否打開mac的trace -movementtrace off 是否打開節(jié)點(diǎn)位置

39、和移動信息的trace3.4.2 配置基站節(jié)點(diǎn)基站的其他特性與移動節(jié)點(diǎn)相同，唯一不同的是基站支持有線路由（wiredrouting）。通過這種方式，可以在需要是改變節(jié)點(diǎn)的配置。在用node config命令修改節(jié)點(diǎn)屬性后，創(chuàng)建的所有節(jié)點(diǎn)具有相同的屬性，也就是說屬性值會保持不變，直到用戶node config命令改變它們。因此在創(chuàng)建了支持aodv的移動節(jié)點(diǎn)和基站后，如果想創(chuàng)建所有屬性值均為缺省值的簡單節(jié)點(diǎn)，則需要使用reset選項(xiàng)來重新置所有屬性為缺省值：$ns_ node-config reset。3.5 基于mobile ip 有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)例3.3.1 純無線網(wǎng)絡(luò)模擬1）純無線網(wǎng)絡(luò)

40、模擬腳本程序（見附錄1）2）運(yùn)行結(jié)果分析（1） 利用gawk命令，從simple.tr中提取出所有的tcp包，包括發(fā)送的包和接受的包，并將相關(guān)信息存儲在tcp.tr中。（gawk命令見附錄2）相關(guān)信息存在send.tr中； 利用awk命令，提取節(jié)點(diǎn)0發(fā)出的包的序列號和時間，并將提取節(jié)點(diǎn)2接受到的包的序列號和時間，將相關(guān)信息存在receive.tr中。 （提取發(fā)包與接包的程序見附錄2） nam示意圖如圖3.3。 圖3.3 nam演示 利用gnuplot命令，將send.tr 和receive.tr分別繪制成曲線。如3.4圖所示。圖3.4 利用gnuplot繪制的曲線 從圖中可以看出兩節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常

41、通信的時間大概是在95s117s之間。這也正說明了兩個移動節(jié)點(diǎn)能進(jìn)行通信是在一定的通信半徑范圍之內(nèi)，超過了一定范圍，兩者將失去聯(lián)系。由于tcp的慢啟動性，通信的效率不高，直到95s左右才開始進(jìn)行相對流暢的ftp通信，然而隨著兩者之間的距離的增大，兩者又失去了通信。（2）封包遺失率：number of packet sent:17789 lost:82the rate of loss packet is: 0.4610（計(jì)算封包遺失率的程序見附錄2）3.3.2 無線有線網(wǎng)絡(luò)混合模擬1）無線有線網(wǎng)絡(luò)混合模擬腳本程序(見附錄1)2）運(yùn)行結(jié)果分析（1） nam顯示如圖3.5所示： 圖3.5 nam示意

42、圖 利用gawk命令，從wiredcumwirelee.tr中提取出所有mn收到的tcp包和發(fā)出的ack包的序列號和時間，并將相關(guān)信息分別存儲在tcp.tr和ack.tr中。 利用gnuplot繪制通信過程示意圖如圖3.6所示。圖3.6 gnuplot繪制通信的過程示意圖橫軸為模擬時間，縱軸為序列號。 從圖中可以看出，通信在100s前、120s前后和157s前后完全失敗。這是由于mn的移動所導(dǎo)致的。同時，tcp的慢啟動特性也降低了通信的效率。（2） 封包遺失率： number of packet sent:43414 lost:75the rate of loss packet is: 0.1

43、728 4 總結(jié) 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，讓我學(xué)到了很多東西。由于選擇的課題（基于mobile ip 有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬）比較前沿，在平時學(xué)習(xí)與生活中，都比較少見。因此，給我?guī)砹撕芏嗬щy，但在指導(dǎo)老師以及同組成員的幫組下，以及通過自己不斷的努力，終于順利地完成了任務(wù)。然而由于自身水平的限制，未能夠做到對課題做更深入的研究，比如：ns-2中的類的理解、模擬運(yùn)行結(jié)果分析的不夠全面、移動ipv4的擴(kuò)展技術(shù)等。下面是我論文的主要內(nèi)容：本文先對ipv4協(xié)議的特點(diǎn)作了分析，并指出了ipv4在移動性方面的不足。在這種情況下，引出了移動ipv4協(xié)議，并詳細(xì)闡述了移動ipv4所能解決的問題、應(yīng)用的范圍、設(shè)計(jì)的目標(biāo)

44、和它的基本內(nèi)容，以及移動ipv4的協(xié)議的功能和總體流程。接著，對ns-2作了基本介紹，主要包括ns-2的目錄結(jié)構(gòu)、ns-2的網(wǎng)絡(luò)模擬方法以及四個重要的輔助性工具（nam、gnuplot、gawk、trace）。最后，引入了本文的主體，基于mobile ip有線無線混合網(wǎng)絡(luò)模擬,在本章中對有線無線混合模擬的層次化地址設(shè)置、創(chuàng)建移動節(jié)點(diǎn)、移動節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動以及基站節(jié)點(diǎn)和無線節(jié)點(diǎn)配置的方法作了介紹。同時，引入了兩個實(shí)例，通過動畫顯示了模擬中移動節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動過程，并對實(shí)例的運(yùn)行結(jié)果作了詳細(xì)分析，包括模擬中移動節(jié)點(diǎn)通信的過程以及通信中的丟包率，在其中包括對運(yùn)行結(jié)果分析的方法和步驟。附錄1純無線網(wǎng)絡(luò)模擬腳本程序

45、：# 模擬選項(xiàng)set val(chan) channel/wirelesschannel ;# channel typeset val(prop) propagation/tworayground ;# radio-propagation modelset val(netif) phy/wirelessphy ;# network interface typeset val(mac) mac/802_11 ;# mac typeset val(ifq) queue/droptail/priqueue ;# interface queue typeset val(ll) ll ;# link l

46、ayer typeset val(ant) antenna/omniantenna ;# antenna modelset val(ifqlen) 50 ;# max packet in ifqset val(nn) 2 ;# number of mobilenodesset val(rp) dsdv ;# routing protocol#建立一個simulator實(shí)例set ns_new simulator#設(shè)置traceset tracefd open simple.tr w$ns_ trace-all $tracefd set nf open simple.nam w$ns_ namt

47、race-all-wireless $nf 500 500#建立topography對象set topo new topography$topo load_flatgrid 500 500#創(chuàng)建godcreate-god $val(nn)#無線節(jié)點(diǎn)配置 $ns_ node-config -adhocrouting $val(rp) -lltype $val(ll) -mactype $val(mac) -ifqtype $val(ifq) -ifqlen $val(ifqlen) -anttype $val(ant) -proptype $val(prop) -phytype $val(net

48、if) -channeltype $val(chan) -topoinstance $topo -agenttrace on -routertrace off -mactrace on -movementtrace off#新建節(jié)點(diǎn) set node_(0) $ns_ node $node_(0) random-motion 0set node_(1) $ns_ node $node_(1) random-motion 0#節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽與初始位置設(shè)定$node_(0) label mn1$node_(0) set x_ 5.0$node_(0) set y_ 2.0$node_(0) set z_

49、 0.0$node_(1) label mn2$node_(1) set x_ 390.0$node_(1) set y_ 385.0$node_(1) set z_ 0.0#節(jié)點(diǎn)移動性$ns_ at 50.0 $node_(1) setdest 25.0 20.0 15.0$ns_ at 10.0 $node_(0) setdest 20.0 18.0 1.0$ns_ at 100.0 $node_(1) setdest 490.0 480.0 15.0 #建立ftp業(yè)務(wù)，基于tcp來承載set tcp new agent/tcp$tcp set class_ 2set sink new agent/tcpsink$ns_ attach-agent $node_(0) $tcp$ns_ attach-agent $node_(1) $sink$ns_ connect $tcp $sinkset ftp new application/ftp$ftp attach-agent $tcp$ns_ at 5.0 $ftp start #事件安排f