ubuntu下利用ns-3 + NetAnim搭建可视化路由选路过程的方法

目录

• 一、前言：
• [二、安装 ns-3](#二、安装 ns-3)
• • 1、安装依赖
  • 2、下载源代码
  • 3、编译ns-3
  • • [3.1 进入ns-3目录并配置编译选项](#3.1 进入ns-3目录并配置编译选项)
    • [3.2 开始编译](#3.2 开始编译)
    • [3.3 验证安装](#3.3 验证安装)
  • 1、克隆NetAnim仓库
  • 2、编译NetAnim
• 四、编写展示网络协议的仿真脚本
• 1、创建一个新的脚本文件
• 2、编写脚本框架
• 3、添加网络拓扑与业务配置
• [4、 配置UDP应用产生流量](#4、 配置UDP应用产生流量)
• 4、动画接口设置
• 5、启用动画接口并启动仿真
• 五、运行与生成动画轨迹
• • 1、编译脚本
  • 2、运行脚本
• 六、可视化与录制动画
• • 1、启动NetAnim并加载文件
  • 2、播放并录制动画

一、前言：

二、安装 ns-3

ns-3（Network Simulator 3）是一个开源网络模拟器，主要用于网络协议的研究、开发和教学。本节将详细介绍如何在Linux系统上安装ns-3，包括依赖安装、源代码下载和编译配置等完整步骤。

1、安装依赖

在开始安装ns-3之前，需要确保系统已安装必要的开发工具和库文件。这些依赖包涵盖了编译工具链、Python支持、图形界面组件以及ns-3所需的各种库。

sudo apt update
sudo apt install git build-essential autoconf automake libxmu-dev python3 python3-dev pkg-config libboost-all-dev libevent-dev qtbase5-dev qt5-qmake cmake libxml2-dev -y

图：执行依赖安装命令的终端界面

2、下载源代码

• ns-3项目定期发布打包版本，我们可以从官方网站下载最新的稳定版本。这里以ns-3.47为例，这是当前较新的一个版本。

# 下载ns-3.47的完整打包文件
wget https://www.nsnam.org/releases/ns-allinone-3.47.tar.bz2

# 解压下载的压缩包
tar -xjf ns-allinone-3.47.tar.bz2

# 进入解压后的目录
cd ns-3-allinone

图：使用wget下载ns-3源代码

图：解压后ns-3-allinone目录的内容结构

3、编译ns-3

3.1 进入ns-3目录并配置编译选项

ns-3-allinone目录包含多个组件，其中ns-3.47是核心模拟器目录。

# 进入ns-3核心目录
cd ns-3.47

# 配置编译选项
./ns3 configure

配置过程详解：

• ./ns3 configure命令会检查系统环境，包括：
  • 编译器版本和兼容性
  • 所有依赖库是否已正确安装
  • Python绑定支持
  • 可选模块的启用状态
• 配置完成后会显示摘要信息，包括：
  • 启用的模块列表
  • 禁用的模块及原因
  • 编译类型（debug或release）
  • 安装路径

图：执行./ns3 configure后的配置输出

3.2 开始编译

配置完成后，就可以开始编译ns-3了。编译过程可能需要较长时间，具体取决于计算机性能。

# 开始编译ns-3
./ns3 build

编译过程说明：

1. 并行编译：默认使用所有CPU核心进行并行编译，加快速度
2. 编译阶段 ：
   • 编译核心库
   • 编译各个模块
   • 编译示例程序
   • 编译测试套件
3. 时间预估：在普通配置的计算机上，完整编译可能需要30-60分钟
4. 内存需求：编译过程需要较多内存，建议至少有4GB可用内存

常见问题解决：

• 编译错误：如果出现编译错误，检查依赖是否完整安装
• 内存不足 ：可以尝试./ns3 build -j2减少并行任务数
• 特定模块编译失败：可以禁用该模块重新配置

图：ns-3编译过程中的输出信息

3.3 验证安装

编译完成后，建议运行测试以确保安装正确：

# 运行测试套件（可选）
./test.py

# 运行一个简单的示例程序
./ns3 run first

安装验证要点：

1. 测试通过：所有测试应该基本通过（可能有少数非关键测试失败）
2. 示例运行：示例程序应该能正常运行并输出结果
3. 环境变量：建议将ns-3的bin目录添加到PATH环境变量
4. 文档查看 ：编译生成的文档位于doc/html/index.html

后续步骤：

成功安装ns-3后，就可以开始编写和运行网络仿真脚本了。下一节将介绍如何安装NetAnim，这是一个用于可视化ns-3仿真结果的工具。# 三、安装NetAnim

1、克隆NetAnim仓库

cd /home/ns-allinone-3.47   # 确保你在ns-3-allinone根目录下
git clone https://gitlab.com/nsnam/netanim.git

2、编译NetAnim

cd netanim
mkdir build && cd build
cmake ..
make -j$(nproc) 

• 编译完成后，在当前 build 目录下会生成一个名为 netanim 的可执行文件。

四、编写展示网络协议的仿真脚本

1、创建一个新的脚本文件

cd ~/ns-3-allinone/ns-3.47   # 进入ns-3源码目录
touch scratch/my-routing-animation.cc

2、编写脚本框架

#include "ns3/core-module.h"
#include "ns3/network-module.h"
#include "ns3/internet-module.h"
#include "ns3/point-to-point-module.h"
#include "ns3/applications-module.h"
#include "ns3/ipv4-global-routing-helper.h"
#include "ns3/netanim-module.h"   // 包含动画接口
#include "ns3/mobility-module.h"  // 可选，用于节点布局

using namespace ns3;

NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("MyRoutingAnimation");

int main (int argc, char *argv[])
{
  // ... (后续代码在此展开)
}

3、添加网络拓扑与业务配置

NodeContainer nodes;
nodes.Create (4);

PointToPointHelper pointToPoint;
pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));

NetDeviceContainer devices01, devices12, devices23;
devices01 = pointToPoint.Install (nodes.Get (0), nodes.Get (1));
devices12 = pointToPoint.Install (nodes.Get (1), nodes.Get (2));
devices23 = pointToPoint.Install (nodes.Get (2), nodes.Get (3));

InternetStackHelper stack;
stack.Install (nodes);

Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
Ipv4InterfaceContainer interfaces01 = address.Assign (devices01);
address.SetBase ("10.1.2.0", "255.255.255.0");
Ipv4InterfaceContainer interfaces12 = address.Assign (devices12);
address.SetBase ("10.1.3.0", "255.255.255.0");
Ipv4InterfaceContainer interfaces23 = address.Assign (devices23);

// 全局路由计算
Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables ();

• 这段代码搭建了一个简单的四节点线性拓扑（n0 - n1 - n2 -n3），并为每个节点安装了IP协议栈，配置了不同的IP网段。Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables() 命令会触发 ns-3 进行全局路由计算

4、 配置UDP应用产生流量

uint16_t port = 9;
OnOffHelper onoff ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (interfaces23.GetAddress (1), port));
onoff.SetAttribute ("DataRate", StringValue ("1Mbps"));
onoff.SetAttribute ("PacketSize", StringValue ("1024"));

ApplicationContainer apps = onoff.Install (nodes.Get (0));
apps.Start (Seconds (1.0));
apps.Stop (Seconds (10.0));

PacketSinkHelper sink ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), port));
apps = sink.Install (nodes.Get (3));
apps.Start (Seconds (0.0));

Simulator::Stop (Seconds (11.0));

4、动画接口设置

MobilityHelper mobility;
Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<ListPositionAllocator> ();
positionAlloc->Add (Vector (0.0, 0.0, 0.0));   // 节点0的位置
positionAlloc->Add (Vector (100.0, 0.0, 0.0)); // 节点1的位置
positionAlloc->Add (Vector (200.0, 0.0, 0.0)); // 节点2的位置
positionAlloc->Add (Vector (300.0, 0.0, 0.0)); // 节点3的位置
mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc);
mobility.Install (nodes);

• 这是为了让NetAnim能正确显示节点位置

5、启用动画接口并启动仿真

// 创建动画接口并指定输出文件
AnimationInterface anim ("routing-animation.xml");
// （可选）启用IPv4路由跟踪以深入观察路由表变化
// anim.EnableIpv4RouteTracking ("routing-tracking.xml", Seconds (0), Seconds (11), Seconds (0.5));

Simulator::Run ();
Simulator::Destroy ();
return 0;
}

五、运行与生成动画轨迹

1、编译脚本

cd /home/ns-3-allinone-3.47/ns-3.47
./ns3 build

2、运行脚本

./ns3 run scratch/my-routing-animation.cc

• 脚本执行成功后，会在 ns-3.47 目录下生成 routing-animation.xml文件。这个文件就是NetAnim进行动画演示所需的关键输入。
  

六、可视化与录制动画

1、启动NetAnim并加载文件

cd /home/ns-allinone-3.47/netanim/build
./netanim

在NetAnim窗口中，点击左上角的 File -> Open，选择/home/ns-allinone-3.47/ns-3.47/routing-animation.xml 打开

2、播放并录制动画

• 点击绿色的 Play 按钮，动画将开始播放数据包的流动过程。

  

• 点击 Record 按钮，NetAnim会开始将当前的动画界面录制成一系列截图，存放在/home/ns-allinone-3.47/ns-3.47

  目录下，文件名类似anim-0.png、anim-1.png 等。后期，你可以使用ImageMagick工具，将png合成为GIF动图