NS3 WiFi环境中Socket发送Packet的过程

前言

这篇文章介绍一下Socket发送Packet的过程。
NS3的socket类以及子类，工厂类很多，调用过程复杂，琢磨了很长时间才算搞明白一点点，本文以UDP协议为基本来说说Socket发送Packet的过程。

客户端代码

      InternetStackHelper internet;
      internet.SetIpv6StackInstall(false);
      internet.Install (c);

      Ipv4AddressHelper ipv4;
      ipv4.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
      Ipv4InterfaceContainer i = ipv4.Assign (devices);

      TypeId tid=UdpSocketFactory::GetTypeId();

      Ptr<Socket> recvSink = Socket::CreateSocket (c.Get (0), tid);
      InetSocketAddress local = InetSocketAddress (Ipv4Address ("10.1.1.1"), 80);
      recvSink->Bind (local);
      recvSink->SetRecvCallback (MakeCallback (&ReceivePacket));

      Ptr<Socket> source = Socket::CreateSocket (c.Get (1), tid);
      InetSocketAddress remote = InetSocketAddress (Ipv4Address ("10.1.1.2"), 80);
      source->SetAllowBroadcast (false);
      source->Bind(remote);
      source->Connect (local);

      Simulator::ScheduleWithContext (source->GetNode ()->GetId (),
                                      Seconds (startSec), &GenerateTraffic,
                                      source, PpacketSize, numPackets, interPacketInterval);

这是个很简单的代码，首先安装协议到节点容器NodeContainer对象c.
然后分配IP地址，创建socket对象，一个source 发送，一个recvSink 接收。

Socket的创建过程

TypeId tid=UdpSocketFactory::GetTypeId();
Ptr<Socket> recvSink = Socket::CreateSocket (c.Get (0), tid);

这两行代码完成了什么功能呢？需要查看 Socket::CreateSocket方法的代码：

Ptr<Socket> 
Socket::CreateSocket (Ptr<Node> node, TypeId tid)
{
  NS_LOG_FUNCTION (node << tid);
  Ptr<Socket> s;
  NS_ASSERT (node != 0);
  Ptr<SocketFactory> socketFactory = node->GetObject<SocketFactory> (tid);
  NS_ASSERT (socketFactory != 0);
  s = socketFactory->CreateSocket ();
  NS_ASSERT (s != 0);
  return s;
}

从上面的代码可以看出，以UdpSocketFactory的TypeId创建一个UdpSocketFactory对象，然后利用UdpSocketFactory对象的CreateSocket ()方法创建一个Socket对象。

但是，我们看UdpSocketFactory的源代码，发现：

namespace ns3 {

NS_OBJECT_ENSURE_REGISTERED (UdpSocketFactory);

TypeId UdpSocketFactory::GetTypeId (void)
{
  static TypeId tid = TypeId ("ns3::UdpSocketFactory")
    .SetParent<SocketFactory> ()
    .SetGroupName ("Internet")
  ;
  return tid;
}

}

UdpSocketFactory非常简单，并且是一个包含虚函数，不能创建对象。

此时就需要回到Socket::CreateSocket方法的代码：

Ptr<SocketFactory> socketFactory = node->GetObject<SocketFactory> (tid);

这一行代码返回的对象socketFactory 对象不是UdpSocketFactory对象，应该是它的子类对象或者父类对象，但是编程思想上看，父类对象基本不可能。只能是其子类对象。
UdpSocketFactory类的子类只有一个：UdpSocketFactoryImpl。

此时再看UdpSocketFactoryImpl的CreateSocket()方法：

Ptr<Socket>
UdpSocketFactoryImpl::CreateSocket (void)
{
  NS_LOG_FUNCTION_NOARGS();
  return m_udp->CreateSocket ();
}

其中的m_udp对象是Ptr<UdpL4Protocol>，再看UdpL4Protocol的CreateSocket ()：

Ptr<Socket>
UdpL4Protocol::CreateSocket (void)
{
  NS_LOG_FUNCTION_NOARGS ();
  Ptr<UdpSocketImpl> socket = CreateObject<UdpSocketImpl> ();
  socket->SetNode (m_node);
  socket->SetUdp (this);
  m_sockets.push_back (socket);
  return socket;
}

看到这个代码就知道了，UdpSocketFactory的实现类UdpSocketFactoryImpl利用UdpL4Protocol对象来创建Socket对象。而UdpL4Protocol对象的CreateSocket 方法通过创建UdpSocket的实现类UdpSocketImpl来创建socket，并返回。

也就是说，最终创建的socket对象是UdpSocketImpl类型的。

节点获取SocketFactory

看到这里，node->GetObject<SocketFactory> (tid)代码如何获取得到SocketFactory的呢？
可以通过我的另一篇文章: NS3 Node聚合对象说明
这个文章里面说明了节点如何与其他对象之间进行聚合的。

Packet发送过程

在客户端代码中有一行代码：

Simulator::ScheduleWithContext (source->GetNode ()->GetId (),
                                      Seconds (startSec), &GenerateTraffic,
                                      source, PpacketSize, numPackets, interPacketInterval);

这个代码是给源socket绑定发送packet的方法。

source->GetNode ()->GetId ()是context。
Seconds (startSec)表示经过这个时间之后，调用GenerateTraffic方法。

source, PpacketSize, numPackets, interPacketInterval表示调用GenerateTraffic方法的参数。

GenerateTraffic方法：

/**
 * 发送分组回调方法
 */
static void GenerateTraffic (Ptr<Socket> socket, uint32_t pktSize,
                             uint32_t pktCount, Time pktInterval )
{
  NS_LOG_FUNCTION(socket<<pktSize<<pktCount<<pktInterval);
  if (pktCount > 0)
    {
      startTime=Simulator::Now();
      NS_LOG_LOGIC("start time:"<<startTime);
      socket->Send (Create<Packet> (pktSize));
      Simulator::Schedule (pktInterval, &GenerateTraffic,
                           socket, pktSize,pktCount-1, pktInterval);
    }
  else
    {
      socket->Close ();
    }
}

方法很简单，调用Socket对象的send方法发送packet对象。

以上便是socket从创建到发送packet的过程的简单说明。

Socket通信过程

以上内容说明的是socket对象创建到发送packet的过程。
但是可能仍然有不明白socket为什么那样写代码？可能有点不清楚的。

TCP握手与socket通信细节
这篇文章说明了socket通信的过程。

看懂了上面的文章，自然会对文章开始部分给出的客户端代码有一个更清晰的认识。

  /*
    安装协议
  */
      InternetStackHelper internet;
      internet.SetIpv6StackInstall(false);
      internet.Install (c);


    /*
      分配IP地址
     */
      Ipv4AddressHelper ipv4;
      ipv4.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
      Ipv4InterfaceContainer i = ipv4.Assign (devices);

      TypeId tid=UdpSocketFactory::GetTypeId();
      /*
       创建socket对象，作为服务端
     */
      Ptr<Socket> recvSink = Socket::CreateSocket (c.Get (0), tid);
      InetSocketAddress local = InetSocketAddress (Ipv4Address ("10.1.1.1"), 80);
      recvSink->Bind (local);//绑定地址，等待连接
      recvSink->SetRecvCallback (MakeCallback (&ReceivePacket));//设置回调函数地址

      /*
       创建socket对象，作为客户端
     */
      Ptr<Socket> source = Socket::CreateSocket (c.Get (1), tid);
      InetSocketAddress remote = InetSocketAddress (Ipv4Address ("10.1.1.2"), 80);
      source->SetAllowBroadcast (false);
      source->Bind(remote);//绑定地址
      source->Connect (local);//发起连接
      //连接成功，通过GenerateTraffic方法发送packet。
      Simulator::ScheduleWithContext (source->GetNode ()->GetId (),
                                      Seconds (startSec), &GenerateTraffic,
                                      source, PpacketSize, numPackets, interPacketInterval);