Section author: Ivan Ivakić, Vedran Miletić

Slaganje složenijih topologija u simulaciji računalnih mreža

Topologija zvijezde i proširene zvijezde

Topologije mreža koje srećemo u praksi najčešće nisu jednostavne kao ovdje navedene na kojima učimo načela i metode simulacije. Međutim, ns-3 je vrlo fleksibilan, odnosno ne ograničava korisnika u slaganju topologije, i skalabilan, odnosno omogućuje slaganje simulacija reda veličine tisuću čvorova i više.

Najjednostavnija topologija zvijezde koja nije istovremeno i linearna je oblika “zvijezde s tri kraka”, odnosno

           n3
           /
          /
n1 ----- n2
          \
           \
           n4

i u ns-3-u se slaže istom logikom kao i linearna topologija: prvo stvorimo kontejner allNodes sa 4 čvora. Zatim u kontejner nodes12 stavljamo čvorove n1 i n2, u kontejner nodes23 čvorove n2 i n3, i naposlijetku u nodes24 čvorove n2 i n4. Sve čvorove pritom dohvaćamo iz allNodes.

NodeContainer allNodes;
allNodes.Create (4);
NodeContainer nodes12 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (1));
NodeContainer nodes23 (allNodes.Get (1), allNodes.Get (2));
NodeContainer nodes24 (allNodes.Get (1), allNodes.Get (3));

Nešto složeniji primjer bila bi proširena zvijezda oblika

                    n4 ----- n5
                    /
                   /
n1 ----- n2 ----- n3
                   \
                    \
                    n6 ----- n7

i u ns-3-u je za nju potrebno imati šest kontejnera (obzirom da nam kontejner služi za jednostavniju instalaciju point-to-point veze među čvorovima). Dobivamo je analogno prethodnom primjeru, s time da imamo

  • u kontejneru nodes12 čvorove n1 i n2,
  • u kontejneru nodes23 čvorove n2 i n3,
  • u kontejneru nodes34 čvorove n3 i n4,
  • u kontejneru nodes45 čvorove n4 i n5,
  • u kontejneru nodes36 čvorove n3 i n6,
  • u kontejneru nodes67 čvorove n6 i n7.
NodeContainer allNodes;
allNodes.Create (7);
NodeContainer nodes12 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (1));
NodeContainer nodes23 (allNodes.Get (1), allNodes.Get (2));
NodeContainer nodes34 (allNodes.Get (2), allNodes.Get (3));
NodeContainer nodes45 (allNodes.Get (3), allNodes.Get (4));
NodeContainer nodes36 (allNodes.Get (2), allNodes.Get (5));
NodeContainer nodes67 (allNodes.Get (5), allNodes.Get (6));

Još jedan vrlo zanimlji primjer topologije zvijezde je

    n4  n3
     \  /
      \/
n5 -- n1 -- n2
      /\
     /  \
    n6  n7

U programskom kodu to je

NodeContainer allNodes;
allNodes.Create (7);
NodeContainer nodes12 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (1));
NodeContainer nodes13 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (2));
NodeContainer nodes14 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (3));
NodeContainer nodes15 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (4));
NodeContainer nodes16 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (5));
NodeContainer nodes17 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (6));

Instalacija point-to-point veza, postavljanje IP adresa i instalacija aplikacija ide potpuno analogno kao u prethodnom primjeru te je ostavljena kao vježba za čitatelja.

Topologija bučice

Topologija bučice (engl. dumbell) je vrlo često korištena podvrsta zvjezdaste topologije, zbog čega ćemo je detaljnije analizirati. U općenitom slučaju ona se sastoji od dva usmjerivača povezana vezom tipa točka-do-točke na koje su zatim povezani domaćini. Najjednostavniji primjer topologije bučice je ona koja ima dva usmjerivača (označenih s n2 i n3) s po dva domaćina.

n1 ----\              /---- n5
        \            /
        n3 -------- n4
        /            \
n2 ----/              \---- n6

NodeContainer allNodes;
allNodes.Create (6);
NodeContainer nodes13 (allNodes.Get (0), allNodes.Get (2));
NodeContainer nodes23 (allNodes.Get (1), allNodes.Get (2));
NodeContainer nodes34 (allNodes.Get (2), allNodes.Get (3));
NodeContainer nodes45 (allNodes.Get (3), allNodes.Get (4));
NodeContainer nodes46 (allNodes.Get (3), allNodes.Get (5));

PointToPointHelper pointToPoint;
pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("50ms"));

NetDeviceContainer devices13, devices23, devices34, devices45, devices46;
devices13 = pointToPoint.Install (nodes13);
devices23 = pointToPoint.Install (nodes23);
devices45 = pointToPoint.Install (nodes45);
devices46 = pointToPoint.Install (nodes46);

pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("2Mbps"));
devices34 = pointToPoint.Install (nodes34);

Dodjela adresa vrši se na isti način kao i ranije.

InternetStackHelper stack;
stack.Install (allNodes);

Ipv4InterfaceContainer interfaces13, interfaces23, interfaces34, interfaces45, interfaces46;

Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
interfaces13 = address.Assign (devices13);

address.SetBase ("10.1.2.0", "255.255.255.0");
interfaces23 = address.Assign (devices23);

address.SetBase ("10.1.3.0", "255.255.255.0");
interfaces34 = address.Assign (devices34);

address.SetBase ("10.1.4.0", "255.255.255.0");
interfaces45 = address.Assign (devices45);

address.SetBase ("10.1.5.0", "255.255.255.0");
interfaces46 = address.Assign (devices46);

Dodatak: slaganje složenijih topologija većih razmjera

Modul point-to-point-layout pomaže nam u stvaranju topologija sa više čvorova raspoređenih u određenom obliku. Ns-3 implementira tri takve topologije:

  • Dumbbell (hrv. bučica) topologiju sa PointToPointDumbbellHelper (dokumentacija)
  • Grid (hrv. rešetka) topologiju sa PointToPointGridHelper (dokumentacija) te
  • Star (hrv. zvijezda) topologiju sa PointToPointStarHelper (dokumentacija)

Kao što smo već vidjeli, tobologija bučice ima jednu središnju vezu, a na svakom od krajnjih čvorova određeni broj čvorova povezanih na krajnji čvor. Broj čvorova da desne i lijeve strane bučice ne mora biti isti.

    n4  n3       n8   n9
     \  /         \   /
      \/           \ /
n5 -- n1 ---------- n2 -- n10
      /\           / \
     /  \         /   \
    n6  n7      n11   n12

Kod toplogije rešetke susjedni čvorovi povezani su tako da tvore rešetkastu strukturu.

n11 -- n12 -- n13 -- n14
 |      |      |      |
 |      |      |      |
n21 -- n22 -- n23 -- n24
 |      |      |      |
 |      |      |      |
n31 -- n32 -- n33 -- n34

Topologija zvijezde stvara se na način koji smo već spomenuli; na jedan središnji čvor povežemo najmanje tri čvora tako da izgledom podsjećaju na zvijezdu.

    n4  n3
     \  /
      \/
n5 -- n1 -- n2
      /\
     /  \
    n6  n7

Zaglavlje u kojem se nalaze pomoćnici za kreiranje ovakvih složenih topologija je point-to-point-layout-module.h te ga je potrebno uključiti u naš programski kod linijom:

#include <ns3/point-to-point-layout-module.h>

Nakon što smo to učiniti spremni smo za kreiranje bilo koje od tri prethodno navedene topologije.

Topologija bučice

Kreiranje topologije bučice radimo na način da odredimo broj čvorova sa lijeve i broj čvorova sa desne strane središnja dva čvora, a da bismo olakšali kasniju izmjenu samog broja čvorova spremimo vrijednosti u varijable.

uint32_t nLeftLeaf = 3;
uint32_t nRightLeaf = 7;

Zatim kreiramo point-to-point veze već poznatim pomoćnikom PointToPointHelper.

PointToPointHelper pointToPointRouter;
pointToPointRouter.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("100Mbps"));
pointToPointRouter.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("1ms"));

PointToPointHelper pointToPointLeaf;
pointToPointLeaf.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("10Mbps"));
pointToPointLeaf.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));

Na kraju je samo preostalo pozvati pomoćnik PointToPointDumbbellHelper sa odgovarajućim parametrima te dodijeliti kreiranim čvorovima adrese. U dodjeljivanju adresa pomaže nam metoda AssignIpv4Addresses koja prima tri parametra, prvi parametar je adresni prostor lijevog dijela bučice, drugi desnog dijela, a treći središnjeg. Za kreiranje adresnog prostora koristimo već poznati pomoćnik Ipv4AddressHelper.

PointToPointDumbbellHelper d (nLeftLeaf, pointToPointLeaf, nRightLeaf, pointToPointLeaf, pointToPointRouter);

InternetStackHelper stack;
d.InstallStack (stack);

d.AssignIpv4Addresses (Ipv4AddressHelper ("10.1.1.0", "255.255.255.0"),
                       Ipv4AddressHelper ("10.2.1.0", "255.255.255.0"),
                       Ipv4AddressHelper ("10.3.1.0", "255.255.255.0"));

Instalacija aplikacija vrši se kao i u prethodnim primjerima uz preporuku da se koriste petlje ukoliko želimo aplikacije na više čvorova.

Topologija rešetke

Kod kreiranja topologije rešetke polazimo od određivanja broja redaka i broja stupaca (primjetite da se zapravo kreira matrica čvorova).

uint32_t nRows = 4;
uint32_t nCols = 5;

Potom je potrebno kreirati pomoćnik za stvaranje point-to-point veza koji će biti između svaka dva čvora kao što smo kreirali i kod topologije bučice.

PointToPointHelper pointToPointGrid;
pointToPointGrid.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("10Mbps"));
pointToPointGrid.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("5ms"));

Sada pozivamo pomoćnik za kreiranje grid topologije. Nakon kreiranja same topologije dodjeljujemo joj adresni prostor na način da pozivamo metodu AssignIpv4Addresses. Prvi parametar te metode je adresni prostor redaka, a drugi adresni prostor stupaca.

PointToPointGridHelper g (nRows, nCols, pointToPointGrid);

InternetStackHelper stack;
g.InstallStack (stack);

g.AssignIpv4Addresses (Ipv4AddressHelper ("10.1.1.0", "255.255.255.0"),
                       Ipv4AddressHelper ("10.2.1.0", "255.255.255.0"));

Topologija zvijezde

Najjednostavnije kreiranje ima topologija zvijezde s obzirom da pomoćnik prima samo dva parametra, prvi je broj krakova koje kreirana zvijezda ima, a drugi naravno veza koja će biti između pojedinih čvorova. Jedino što moramo paziti da se kreiranjem \(n\) krakova zvijezde zapravo kreira \(n+1\) čvorova ukupno u topologiji iz razloga što se središnji čvor nužno kreira. U primjeru kreiramo 6 krakova, dakle 7 čvorova ukupno.

uint32_t numSpokes = 6;

PointToPointHelper pointToPointStar;
pointToPointStar.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("10Mbps"));
pointToPointStar.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("1ms"));

PointToPointStarHelper s (numSpokes, pointToPointStar);

InternetStackHelper stack;
s.InstallStack (stack);

s.AssignIpv4Addresses (Ipv4AddressHelper ("10.1.1.0", "255.255.255.0"));

Ovaj smo primjer već stvorili i ručno, te je moguće usporediti programski kod obaju varijanti.