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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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