The Network Simulator

THE NETWORK SIMULATOR - NS-2 E APLICAÇÕES

Ana Catarina Ângelo¹, Iure César².

UERN- Universidade Estadual do Rio Grande do Norte

DCC – Departamento de Ciência da Computação

[e-mail]¹, [e-mail]².

Abstract. The main objective of this paper is to show the functioning of one of the simulation of computer networking tools, Network Simulator (NS-2) as well as their assignments, applications, and operating characteristics. Finally, it is extremely important that we show the steps to prepare and install a NS-2 model.

Resumo. O principal objetivo deste artigo é mostrar o funcionamento de uma das ferramentas de simulação de redes de computadores, o Network Simulator (NS-2), bem como suas características, atribuições, aplicações e funcionamento. E por fim, é de suma importância que mostremos as etapas de preparação e instalação de um modelo NS-2.

1- INTRODUÇÃO

A evolução tecnológica dos últimos tempos impulsiona um novo paradigma a aplicações na internet, principalmente aplicações multimídia e em tempo real, como vídeo sob demanda, vídeo conferência, voz sobre IP e computação em grupo de trabalho. Aliado a estas novas aplicações está o aumento da demanda por recursos de redes de computadores, exigidos para que o usuário final realize suas tarefas em rede, como se estivesse realizando-as localmente. O emergente crescimento da demanda por infra-estrutura e recursos de largura de banda traz novos desafios a projetistas e pesquisadores da área de redes de computadores. Tradicionalmente, as quatro principais técnicas para análise de desempenho de redes de computadores são medição, experimentação, modelagem analítica e simulação por computador. Devido às diversas restrições e variações de comportamento em redes de computadores, como atraso de processamento, limitação de carga de trabalho e tolerância à falhas, os algoritmos de modelagem analítica tendem a ficar cada vez mais complexos e limitados, fugindo da realidade das redes reais. A estratégia de medições, por sua vez, é útil apenas para estudos com sistemas e protocolos já implantados, além de não fornecer recursos para controle do cenário medido. Da mesma forma, a prototipagem e experimentação de topologias de redes reais, com serviços configurados a agir de forma controlada, muitas vezes exigem recursos computacionais não disponíveis, seja pela complexidade da rede ou pela infra-estrutura disponível para o pesquisador. Neste sentido, há um consenso entre projetistas e pesquisadores que a utilização de ferramentas de simulação é a mais completa e flexível abordagem para análise quantitativa de redes de computadores.

No contexto das simulações de redes por computador, o ns-2 (Network Simulator versão 2) se destaca como uma poderosa ferramenta que permite configurar e o monitorar cenários fictícios utilizando implementações de diversos algoritmos e serviços, principalmente, da arquitetura TCP/IP. Nesta ferramenta, as simulações são geradas em scripts na linguagem OTcl (uma linguagem orientada a objetos baseada em TCL - Tool Command Language) e a resposta do simulador é inserida em arquivos de log(tracefiles).[1]

2- SIMULAÇÃO DE REDES DE COMPUTADORES

Simulação é uma técnica muito utilizada para avaliação de desempenho de sistemas em geral. Quando o sistema a ser avaliado não está disponível, caso comum em muitas situações, uma simulação é o caminho mais fácil de prever o comportamento ou comparar soluções alternativas. Como já foi citado acima, em caso de simulações de redes de computadores, existem quatro técnicas para análise de desempenho: Medição, Experimentação, Modelagem analítica e Simulação por computador.

Medição é uma técnica utilizada para compreender o comportamento vigente em um sistema. Ao realizar medições na Internet, por exemplo, é possível tentar inferir sobre o tamanho da Internet. É possível também obter informações sobre o volume de tráfego, protocolos em uso, tamanho de pacote, perda de pacotes e horários de pico. Esta técnica, entretanto, é uma forma passiva de observação. Não temos o controle sobre o que está sendo medido, tornando praticamente inviável a validação de novas tecnologias. Existe ainda a alternativa de realizar experimentos em ambientes menores e controlados, os chamados testbeds. Nestes casos, é possível ter maior controle e segurança sobre os elementos a serem estudados, porém os testbeds apenas imitam um ambiente real de forma muito limitada. Além disso, nem sempre é possível ter acesso a infraestrutura de redes, equipamentos e configurações de software.

A utilização de métodos analíticos, apesar de ser uma técnica barata e com o ambiente analisado sob controle, esbarra na complexidade da Internet. As simplificações são tantas que os algoritmos criados para entender o comportamento dos elementos da rede acabam fugindo da realidade. Desta forma, considera-se arriscado confiar em resultados obtidos por métodos analíticos. Enquanto medição e experimentação exploram eventos reais, as simulações e a metodologia analítica se restringem a um modelo abstrato. A simulação diferencia-se da experimentação e da medição por permitir maior flexibilidade ao estudo e diferencia-se em relação aos métodos analíticos por permitir a construção de modelos mais complexos e representativos do mundo real. Logo, a realização das simulações é o melhor caminho para obter boas estimativas do comportamento do sistema após a possível modificação de algum elemento da rede. Nenhuma das técnicas discutidas é realmente eficiente se a metodologia de pesquisa não expressar realmente o que está se querendo medir, experimentar, provar ou simular. Como as simulações são fruto de cenários programaticamente montados, qualquer pequena distorção nas configurações do comportamento da rede, pode produzir resultados totalmente diferentes do esperado. Alguns dos erros mais comuns na configuração de simulações são carga de trabalho ou topologia não representativa, escolha de métricas incorretas, simulações muit simplificadas e parâmetros incorretos devido ao nível exagerado de detalhes na simulação.

3- DESCRIÇÃO DO SIMULADOR:

NS ou Network Simulator (também chamado de ns-2 em referência a sua geração) é um simulador de redes de computadores, popular no meio acadêmico por ter o código fonte aberto. Suporta os