Simulação de Redes de Comunicação de Dados

Profª. Dianne Scherly Varela de Medeiros

Simulação de Redes

Simulação de Redes

• Utilização de softwares que modelam o comportamento da rede, incluindo as interações entre as entidades da rede

• Permite a investigação em uma ambiente controlado

• Simuladores podem possuir ou não uma interface gráfica

GUI x CLI

• Simuladores de eventos discretos costumam ser utilizados

Eventos são armazenados e acionados (em ordem) em pontos discretos no tempo, provocando mudança no estado das variáveis utilizadas

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Simulador de Eventos Discretos

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Tempo de simulação se move de forma discreta, pulando de

evento para evento

Estado 1

Estado 2

Estado 3

Simulação de Redes

• Componentes principais de uma simulação

Descrição de uma rede e de como seus componentes interagem

Funções de controle básicas para gerenciar a simulação

Funcionalidades de registro (logging) para captura, armazenamento e análise de dados

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Simulação de Redes

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Análise Simulação

Experimento em escala

Modelagem

Resultados

Medidas

Simulação vs. Emulação

• Emulação permite introduzir aspectos reais ao experimento simulado

Dispositivos e aplicações reais podem ser usados para alterar o comportamento da rede, como o fluxo de pacotes

Copia o comportamento de uma rede, podendo substituí-la funcionalmente

• Emulação é amplamente usada para validação antes da implantação de uma rede

• Na emulação, um dispositivo que interage com o experimento acredita estar em uma rede real

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Simulação vs. Emulação

• Simulação demonstra o comportamento da rede e de seus componentes

• Na simulação, todos os aspectos são tratados a partir de modelos matemáticos

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Por que Simular?

• Validação de protocolos

• Experimentos em ambiente controlado

• Baixo custo financeiro

• Menor complexidade

• Compreender a dinâmica de um problema

• Buscar por comportamentos inesperados

• Investigar o comportamento futuro

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Limitações das Simulações

• É impossível adicionar todos os aspectos da realidade em uma simulação

Modelos precisam ser validados, mas ainda assim não representam 100% a realidade

• Memória exigida e tempo de computação podem ser fatores limitantes da escalabilidade da simulação

Cada nó, canal, funcionalidade, ocupa espaço na memória do computador

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IntroduçãoNetwork Simulator 3

Visão Geral

• Simulador de redes de eventos discretos desenvolvido para uso educacional e de pesquisa

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model developers

ns-3 maintainers

Research

Education

ns-3 software

NS-3 Consortium

Visão Geral

• Software de código aberto escrito em C++, com interface Python disponível

• Um dos simuladores mais importantes e amplamente utilizados

• Fornece modelos para o funcionamento de redes de transmissão de pacotes

Foco principal são os protocolo da Internet

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Visão Geral

• Visualizadores para a simulação

PyViz

• Permite monitoramento de fluxos (FlowMonitor)

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NetAnim

Documentação

• Informação básica sobre o NS-3

https://www.nsnam.org

• Documentação detalhada

https://www.nsnam.org/documentation

• Wiki com FAQs para desenvolvedores, troubleshooting,

contribuições de terceiros, etc.

https://www.nsnam.org/wiki

• Documentação da API

https://www.nsnam.org/docs/release/3.28/doxygen/index.html

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Componentes e Arquitetura

• Componentes básicos de uma simulação no NS-3

Nós da rede

Aplicações

Dispositivos de rede

Canais

Ajudantes de topologia

Containers

Modelos e protocolos

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Componentes e Arquitetura

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Nó 1 Nó 2

CanalAplicaçãoAplicaçãoAplicação

AplicaçãoAplicaçãoAplicação

API socket-like API socket-like

Componentes Básicos

• Node

Abstração de um equipamento real no qual podem ser adicionados hardware (NICs), aplicações e protocolos de comunicação

• NetDevice

NIC específica para o canal de comunicação utilizado

• Containers

Agrupamento de objetos semelhantes, facilitam a manipulação do código

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Componentes Básicos

• Applications

Servidores echo, geradores de tráfego UDP/TCP, personalizada

• Modelos e protocolos

Internet stack

• Módulo que provê os modelos IPv4 e IPv6

Mobility models + Progapation loss models

Routing

• OLSR, AODV, DSR, DSDV, Static, Nix-Vecotr, Global

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Módulos Existentes

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bridge

csma

emu

point-to-point

spectrum

tap-bridge

virtual-net-device

wifi

lte

wimax

devices

uan

mesh

lr-wpan core

network

propagation

mobility

mpi

energy

nix-vector-routing

aodv

dsdv

olsr

click

protocols

openflow

flow-monitor

BRITE

topology-read

utilities

stats

config-store

netanim

visualizer

Smart pointersDynamic typesAttributes

CallbacksTracingLoggingRandom Variables Events

SchedulerTime arithmetic

PacketsPacket TagsPacket HeadersPcap/ascii file writing

applications

internet(IPv4/v6)

internet-apps

traffic-control

Node classNetDevice ABCAddress types(Ipv4, MAC, etc.)QueuesSocket ABCIpv4 ABCsPacket sockets

Integração com Ferramentas e Bibliotecas de Terceiros

• Matplotlib: plotagem de gráficos

• OpenFlow Switch: simulação de switch openflow

• CORE: emulador de redes

• Mininet: emulador SDN

• PNNL FNCS: integração entre simulador de redes de distribuição (elétrica) e de comunicação (dados)

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Material Utilizado

• NS-3 Project, “NS-3 Network Simulator: ns-3 Tutorial –Release ns-3.28”, 2018.

• Documentação detalhada e Wiki do NS-3

https://www.nsnam.org/documentation

https://www.nsnam.org/wiki

• RAMPFL, Sebastian. “Network simulation and its limitations”. Em: Proceeding zum Seminar Future Internet (FI), Innovative Internet Technologien undMobilkommunikation (IITM) und AutonomousCommunication Networks (ACN). 2013.

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