NS-3에서 CSMA 네트워크 및 『인터넷』 구현
이번 포스팅에서는 공식 예제 second.cc를 살펴보며 P2P 네트워크와 CSMA 네트워크(이더넷)로 구성된 인터넷 토폴로지 환경이 어떻게 ns-3에서 구현되는지 알아본다.
CsmaHelper
이번에 살펴볼 예제 스크립트에서는 first.cc에서 살펴본 PointToPointHelper 외에도 실제 CSMA 네트워크 환경을 시뮬레이션해주는 디바이스 헬퍼인 CsmaHelper를 사용한다.
// Default Network Topology
//
// 10.1.1.0
// n0 -------------- n1 n2 n3 n4
// point-to-point | | | |
// ================
// LAN 10.1.2.0
먼저 소스 코드 윗부분을 보면 그림을 통해 친절하게 이 소스 코드가 구성하는 기본 네트워크 구조를 알려주고 있다.
두 개의 노드가 p2p 채널로 연결되고, 나머지 세 개의 노드는 CSMA 네트워크로 연결되어 있으며, p2p 채널로 연결 된 노드 중 하나는 해당 CSMA 네트워크에도 속해 있다.
int
main(int argc, char* argv[])
{
bool verbose = true;
uint32_t nCsma = 3;
CommandLine cmd(__FILE__);
cmd.AddValue("nCsma", "Number of \"extra\" CSMA nodes/devices", nCsma);
cmd.AddValue("verbose", "Tell echo applications to log if true", verbose);
cmd.Parse(argc, argv);
if (verbose)
{
LogComponentEnable("UdpEchoClientApplication", LOG_LEVEL_INFO);
LogComponentEnable("UdpEchoServerApplication", LOG_LEVEL_INFO);
}
nCsma = nCsma == 0 ? 1 : nCsma;
바로 main 함수를 살펴 보면, nCsma 변수를 통해 CSMA 네트워크에 속한 노드의 개수를 설정하는 게 보인다.
이때 주의할 점은 nCsma는 P2P 채널을 가진 하나의 노드를 제외한 추가적인 노드의 수라는 것이다.
따라서 CSMA 네트워크에 속한 실제 노드의 총 개수는 nCsma+1 이다.
그리고 nCsma의 값을 커맨드 라인을 통해 임의로 런타임에 지정 가능하도록 하고, 어플리케이션 레벨의 로그 컴포넌트를 활성화할 수 있도록 하는 부분도 보인다.
NodeContainer p2pNodes;
p2pNodes.Create(2);
NodeContainer csmaNodes;
csmaNodes.Add(p2pNodes.Get(1));
csmaNodes.Create(nCsma);
PointToPointHelper pointToPoint;
pointToPoint.SetDeviceAttribute("DataRate", StringValue("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute("Delay", StringValue("2ms"));
NetDeviceContainer p2pDevices;
p2pDevices = pointToPoint.Install(p2pNodes);
CsmaHelper csma;
csma.SetChannelAttribute("DataRate", StringValue("100Mbps"));
csma.SetChannelAttribute("Delay", TimeValue(NanoSeconds(6560)));
NetDeviceContainer csmaDevices;
csmaDevices = csma.Install(csmaNodes);
InternetStackHelper stack;
stack.Install(p2pNodes.Get(0));
stack.Install(csmaNodes);
다음으로 p2pNodes와 csmaNodes를 각각 NodeContainer로 생성한다.
p2pNodes의 1번 노드, 즉 두 번째는 p2pNodes 와 csmaNodes 컨테이너에 모두 들어가는 걸 확인할 수 있다.
이후 PointToPointHelper와 CsmaHelper를 통해 각각의 네트워크를 구성하고, Install 메서드를 통해 노드들에게 네트워크 디바이스를 할당한다.
이때 마찬가지로 p2pNodes의 1번 노드이자 csmaNodes의 0번 노드는 각 네트워크에 모두 속해있으므로 두 네트워크 디바이스가 동시에 설치된다.
Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase("10.1.1.0", "255.255.255.0");
Ipv4InterfaceContainer p2pInterfaces;
p2pInterfaces = address.Assign(p2pDevices);
address.SetBase("10.1.2.0", "255.255.255.0");
Ipv4InterfaceContainer csmaInterfaces;
csmaInterfaces = address.Assign(csmaDevices);
UdpEchoServerHelper echoServer(9);
ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install(csmaNodes.Get(nCsma));
serverApps.Start(Seconds(1.0));
serverApps.Stop(Seconds(10.0));
UdpEchoClientHelper echoClient(csmaInterfaces.GetAddress(nCsma), 9);
echoClient.SetAttribute("MaxPackets", UintegerValue(1));
echoClient.SetAttribute("Interval", TimeValue(Seconds(1.0)));
echoClient.SetAttribute("PacketSize", UintegerValue(1024));
ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install(p2pNodes.Get(0));
clientApps.Start(Seconds(2.0));
clientApps.Stop(Seconds(10.0));
Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables();
pointToPoint.EnablePcapAll("second");
csma.EnablePcap("second", csmaDevices.Get(1), true);
Simulator::Run();
Simulator::Destroy();
return 0;
}
이후 IP주소가 p2p네트워크는 10.1.1.0/24 대역, CSMA 네트워크는 10.1.2.0/24 대역으로 할당된다.
이후 UdpEchoServerHelper 헬퍼를 통해 csmaNodes의 노드 중 마지막 노드에 에코 서버 어플리케이션을 설치하고,
udpEchoClientHelper 객체를 생성할 때 constructor의 argument로는 필요한 Attributes에 해당하는 서버의 IP주소와 포트 번호를 전달한다.
p2pNodes 컨테이너의 첫 번째 노드에는 에코 클라이언트 어플리케이션이 설치된다.
Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables(); 함수를 호출하면 자동으로 OSPF 알고리즘에 기반하여 각 노드의 라우팅 테이블이 magical하게 생성된다.
마지막으로 EnablePcapAll과 EnablePcap 함수를 통해 각 네트워크 디바이스에 대해 패킷 캡처를 활성화하고, Simulator::Run() 함수를 통해 시뮬레이션을 시작한다.
EnablePcap 함수의 두 번째 argument는 패킷 캡처를 활성화할 네트워크 디바이스에 해당하고, 세 번째 argument는 promiscuous 모드의 활성화 여부이다.
promiscuous 모드를 활성화하면 해당 네트워크 디바이스가 속한 네트워크에 흐르는 모든 패킷을 스니핑하여 단일 .pcap 파일에 저장하게 된다.
pcap 파일의 파일명 형식은 <name>-<node>-<device>.pcap이다.
참고로 위에서는 디바이스 헬퍼의 EnablePcapAll 메소드를 사용했으나, 프로토콜 헬퍼도 같은 메소드를 사용 가능하다. 두 방식의 차이점은, 전자는 ‘어떤 노드-인터페이스 쌍의 트레이스를 활성화 해야하나’에 집중하는 반면 후자는 ‘어떤 프로토콜-인터페이스 쌍의 트레이스를 활성화해야 하나’에 집중한다는 것이다. 따라서 프로토콜 헬퍼에서 메소드를 호출했을 경우의 파일명 형식은 <name>-<protocol>-<interface>.pcap 을 따라야 한다.
