I. Giới thiệu về Mô phỏng mạng máy tính và NS Network Simulator 3 tại HCMUTE
Đề tài nghiên cứu cấp trường T2014-156 tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào việc tìm hiểu và ứng dụng NS Network Simulator 3 (NS-3) trong mô phỏng mạng máy tính. Nghiên cứu nhấn mạnh vào việc xây dựng các mô hình mô phỏng mạng khác nhau, bao gồm mạng điểm-điểm (Point-to-Point), mạng Ethernet (CSMA/CD), và mạng không dây. Mục tiêu là làm quen với NS-3, nắm vững kỹ thuật lập trình NS Network Simulator 3, và thực hiện các bài tập mô phỏng giao thức mạng. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành mạng máy tính tại HCMUTE và các trường đại học khác.
1.1 Tổng quan về Mô phỏng mạng máy tính
Mô phỏng mạng máy tính là kỹ thuật quan trọng trong thiết kế, phân tích và đánh giá hiệu năng mạng. Phương pháp này cho phép kiểm tra các giao thức và cấu trúc mạng trong môi trường điều khiển. Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật mô phỏng biến cố rời rạc (Discrete-event simulation), một phương pháp phổ biến trong lĩnh vực này. Mô phỏng cho phép xem xét các yếu tố như thời gian trễ, băng thông, độ trễ gói tin, và các chỉ số hiệu năng khác. Việc mô phỏng cho phép thử nghiệm nhiều kịch bản khác nhau mà không cần đầu tư vào hạ tầng mạng thực tế, giảm chi phí và rủi ro. Các vấn đề liên quan đến quản trị mạng, an ninh mạng, và tối ưu hóa mạng cũng được hỗ trợ bởi mô phỏng. Kết quả mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong việc ra quyết định và tối ưu hóa thiết kế hệ thống mạng.
1.2 Giới thiệu về NS Network Simulator 3 NS 3
NS-3 là một công cụ mô phỏng mạng mã nguồn mở, được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng nghiên cứu. NS-3 được viết bằng C++ và Python, cho phép tích hợp dễ dàng với các công cụ lập trình khác. NS-3 cung cấp một thư viện phong phú các mô hình mạng, bao gồm các giao thức truyền thông, các loại kênh truyền, và các nút mạng khác nhau. NS Network Simulator 3 hỗ trợ nhiều loại mô phỏng mạng, từ mạng đơn giản đến mạng phức tạp, bao gồm cả mô phỏng mạng không dây, mô phỏng mạng LAN, mô phỏng mạng WAN, và mô phỏng TCP/IP. Việc sử dụng NS-3 đòi hỏi người dùng cần có kiến thức lập trình C++ hoặc Python. Tuy nhiên, NS-3 cung cấp nhiều tài liệu hướng dẫn và ví dụ mã nguồn giúp người dùng dễ dàng làm quen và sử dụng.
II. Ứng dụng NS 3 trong mô phỏng các kịch bản mạng tại HCMUTE
Đề tài nghiên cứu đã áp dụng NS-3 để mô phỏng một số kịch bản mạng cơ bản. Các bài tập mô phỏng mạng bao gồm: mô phỏng mạng Point-to-Point, mô phỏng mạng Ethernet (CSMA/CD), và mô phỏng mạng không dây. Quá trình mô phỏng bao gồm việc xây dựng topo mạng, cấu hình các tham số mạng, và chạy mô phỏng. Kết quả mô phỏng được phân tích bằng các công cụ như tcpdump và Wireshark để đánh giá hiệu năng mạng. Lập trình NS Network Simulator đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và thực hiện các bài tập mô phỏng. Việc cài đặt NS-3 được thực hiện trên hệ điều hành Linux. Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng ngôn ngữ C++ để viết các kịch bản mô phỏng.
2.1 Mô phỏng mạng điểm điểm Point to Point
Phần này tập trung vào việc mô phỏng một mạng điểm-điểm đơn giản sử dụng NS-3. Mô phỏng này bao gồm hai nút mạng được kết nối trực tiếp bằng một đường truyền. Người dùng cần tạo các đối tượng nút mạng, đường truyền, và giao thức mạng trong NS-3. Sau đó, người dùng thiết lập các tham số mạng, chẳng hạn như băng thông, thời gian trễ, và độ nhiễu. Kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá hiệu năng truyền dữ liệu trên mạng điểm-điểm. Phân tích kết quả mô phỏng cho phép đánh giá thời gian trễ, tỷ lệ mất gói tin và băng thông đạt được. Cài đặt NS Network Simulator và việc viết các đoạn mã lập trình NS Network Simulator được trình bày chi tiết.
2.2 Mô phỏng mạng Ethernet CSMA CD
Phần này tập trung vào việc mô phỏng một mạng Ethernet sử dụng NS-3. Mô phỏng này phức tạp hơn mạng điểm-điểm, bao gồm nhiều nút mạng cùng chia sẻ một kênh truyền. Giao thức CSMA/CD được sử dụng để điều khiển truy cập kênh truyền. Mô phỏng này cho phép đánh giá hiệu năng của giao thức CSMA/CD trong điều kiện tải mạng khác nhau. Phân tích kết quả mô phỏng giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của giao thức CSMA/CD và ảnh hưởng của tải mạng đến hiệu năng. Việc mô phỏng giao thức mạng trong môi trường NS-3 cho thấy hiệu quả của phương pháp mô phỏng mạng máy tính trong việc đánh giá hiệu năng mạng.
2.3 Mô phỏng mạng không dây
Phần này tập trung vào việc mô phỏng một mạng không dây sử dụng NS-3. Mô phỏng mạng không dây bao gồm việc mô hình hóa kênh truyền không dây, giao thức truy cập kênh, và các yếu tố ảnh hưởng khác như nhiễu và suy hao tín hiệu. Mô phỏng này cho phép đánh giá hiệu năng của các giao thức không dây trong điều kiện thực tế. Phân tích kết quả mô phỏng giúp tối ưu hóa các tham số mạng để cải thiện hiệu năng. Mô phỏng routing protocol trong môi trường không dây cũng được xem xét. Mô phỏng QoS cũng được thực hiện để đánh giá chất lượng dịch vụ. Việc sử dụng NS-3 giúp đơn giản hóa việc mô phỏng mạng khổng dây phức tạp.
III. Kết luận và ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu cung cấp cái nhìn tổng quan về NS-3 và ứng dụng của nó trong mô phỏng mạng máy tính. Đề tài đã thành công trong việc mô phỏng các kịch bản mạng cơ bản. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, nghiên cứu sinh, và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực mạng máy tính. NS-3 là một công cụ mô phỏng mạnh mẽ, cho phép mô phỏng các mạng phức tạp với độ chính xác cao. Nghiên cứu này khuyến khích việc ứng dụng rộng rãi NS-3 trong đào tạo và nghiên cứu tại HCMUTE và các trường đại học khác. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các bài tập mô phỏng mạng phức tạp hơn sẽ giúp nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực này.
