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further rework the config handling. Still much to do
[simgrid.git] / src / surf / network_ns3.cpp
1 /* Copyright (c) 2007-2015. The SimGrid Team.
2  * All rights reserved.                                                     */
3
4 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
5  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
6
7 #include <unordered_set>
8
9 #include "ns3/core-module.h"
10 #include "ns3/node.h"
11
12 #include "ns3/ns3_interface.h"
13 #include "ns3/ns3_simulator.h"
14 #include "src/surf/network_ns3.hpp"
15
16 #include "src/surf/HostImpl.hpp"
17 #include "src/surf/surf_private.h"
18 #include "simgrid/sg_config.h"
19 #include "src/instr/instr_private.h" // TRACE_is_enabled(). FIXME: remove by subscribing tracing to the surf signals
20
21 #include "simgrid/s4u/As.hpp"
22
23 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(ns3, surf, "Logging specific to the SURF network NS3 module");
24
25 int NS3_EXTENSION_ID;
26
27 xbt_dynar_t IPV4addr = xbt_dynar_new(sizeof(char*),free);
28
29 /*****************
30  * Crude globals *
31  *****************/
32
33 extern xbt_dict_t flowFromSock;
34
35 static ns3::InternetStackHelper stack;
36 static ns3::NodeContainer nodes;
37 static ns3::NodeContainer Cluster_nodes;
38 static ns3::Ipv4InterfaceContainer interfaces;
39
40 static int number_of_nodes = 0;
41 static int number_of_clusters_nodes = 0;
42 static int number_of_links = 1;
43 static int number_of_networks = 1;
44 static int port_number = 1025; //Port number is limited from 1025 to 65 000
45
46 /*************
47  * Callbacks *
48  *************/
49
50 static void ns3_add_host(simgrid::s4u::Host& host)
51 {
52   const char* id = host.name().c_str();
53   XBT_DEBUG("NS3_ADD_HOST '%s'", id);
54
55   ns3_node_t ns3host  = xbt_new0(s_ns3_node_t,1);
56   ns3::Ptr<ns3::Node> node =  ns3::CreateObject<ns3::Node> (0);
57   stack.Install(node);
58   nodes.Add(node);
59   ns3host->node_num = number_of_nodes ++;
60
61   host.extension_set(NS3_EXTENSION_ID, ns3host);
62 }
63
64 static void ns3_add_netcard(simgrid::surf::NetCard* netcard)
65 {
66   const char* id = netcard->name();
67
68   ns3_node_t ns3netcard  = xbt_new0(s_ns3_node_t,1);
69   XBT_DEBUG("Interface ns3 add netcard[%d] '%s'",number_of_nodes,id);
70   ns3::Ptr<ns3::Node> node =  ns3::CreateObject<ns3::Node> (0);
71   stack.Install(node);
72   nodes.Add(node);
73   ns3netcard->node_num = number_of_nodes++;
74
75   xbt_lib_set(as_router_lib, id, NS3_ASR_LEVEL, ns3netcard );
76 }
77
78 #include "src/surf/xml/platf.hpp" // FIXME: move that back to the parsing area
79 static void parse_ns3_add_cluster(sg_platf_cluster_cbarg_t cluster)
80 {
81   const char *groups = NULL;
82
83   int start, end, i;
84   unsigned int iter;
85
86   xbt_dynar_t tab_elements_num = xbt_dynar_new(sizeof(int), NULL);
87
88   char *router_id,*host_id;
89
90   xbt_dynar_t radical_elements = xbt_str_split(cluster->radical, ",");
91   xbt_dynar_foreach(radical_elements, iter, groups) {
92     xbt_dynar_t radical_ends = xbt_str_split(groups, "-");
93
94     switch (xbt_dynar_length(radical_ends)) {
95     case 1:
96       start = surf_parse_get_int(xbt_dynar_get_as(radical_ends, 0, char *));
97       xbt_dynar_push_as(tab_elements_num, int, start);
98       router_id = bprintf("ns3_%s%d%s", cluster->prefix, start, cluster->suffix);
99       simgrid::s4u::Host::by_name_or_create(router_id)->extension_set(NS3_EXTENSION_ID, ns3_add_host_cluster(router_id));
100       XBT_DEBUG("NS3_ADD_ROUTER '%s'",router_id);
101       free(router_id);
102       break;
103
104     case 2:
105       start = surf_parse_get_int(xbt_dynar_get_as(radical_ends, 0, char *));
106       end = surf_parse_get_int(xbt_dynar_get_as(radical_ends, 1, char *));
107       for (i = start; i <= end; i++){
108         xbt_dynar_push_as(tab_elements_num, int, i);
109         router_id = bprintf("ns3_%s%d%s", cluster->prefix, i, cluster->suffix);
110         simgrid::s4u::Host::by_name_or_create(router_id)->extension_set(NS3_EXTENSION_ID, ns3_add_host_cluster(router_id));
111         XBT_DEBUG("NS3_ADD_ROUTER '%s'",router_id);
112         free(router_id);
113       }
114       break;
115
116     default:
117       XBT_DEBUG("Malformed radical");
118     }
119   }
120
121   //Create links
122   unsigned int cpt;
123   int elmts;
124   char * lat = bprintf("%fs", cluster->lat);
125   char * bw =  bprintf("%fBps", cluster->bw);
126
127   xbt_dynar_foreach(tab_elements_num,cpt,elmts) {
128     host_id   = bprintf("%s%d%s", cluster->prefix, elmts, cluster->suffix);
129     router_id = bprintf("ns3_%s%d%s", cluster->prefix, elmts, cluster->suffix);
130     XBT_DEBUG("Create link from '%s' to '%s'",host_id,router_id);
131
132     ns3_node_t host_src = ns3_find_host(host_id);
133     ns3_node_t host_dst = ns3_find_host(router_id);
134
135     xbt_assert(host_src && host_dst, "\tns3_add_link from %d to %d",host_src->node_num,host_dst->node_num);
136
137     ns3_add_link(host_src->node_num, host_dst->node_num, bw,lat);
138
139     free(router_id);
140     free(host_id);
141   }
142   xbt_free(lat);
143   xbt_free(bw);
144   xbt_dynar_free(&tab_elements_num);
145
146
147   //Create link backbone
148   lat = bprintf("%fs", cluster->bb_lat);
149   bw =  bprintf("%fBps", cluster->bb_bw);
150   ns3_add_cluster(bw,lat,cluster->id);
151   xbt_free(lat);
152   xbt_free(bw);
153 }
154
155 /* Create the ns3 topology based on routing strategy */
156 static void create_ns3_topology(void)
157 {
158   XBT_DEBUG("Starting topology generation");
159
160   xbt_dynar_shrink(IPV4addr,0);
161
162   //get the onelinks from the parsed platform
163   xbt_dynar_t onelink_routes = routing_platf->getOneLinkRoutes();
164
165   std::unordered_set<simgrid::surf::LinkNS3*> already_seen = std::unordered_set<simgrid::surf::LinkNS3*>();
166
167   XBT_DEBUG("There is %ld one-link routes",onelink_routes->used);
168   simgrid::surf::Onelink *onelink;
169   unsigned int iter;
170   xbt_dynar_foreach(onelink_routes, iter, onelink) {
171     char *src = onelink->src_->name();
172     char *dst = onelink->dst_->name();
173     simgrid::surf::LinkNS3 *link = static_cast<simgrid::surf::LinkNS3 *>(onelink->link_);
174
175     if (strcmp(src,dst) && (already_seen.find(link) == already_seen.end())) {
176       already_seen.insert(link);
177       XBT_DEBUG("Route from '%s' to '%s' with link '%s'", src, dst, link->getName());
178       char * link_bdw = bprintf("%fBps", link->getBandwidth());
179       char * link_lat = bprintf("%fs", link->getLatency());
180
181       //   XBT_DEBUG("src (%s), dst (%s), src_id = %d, dst_id = %d",src,dst, src_id, dst_id);
182       XBT_DEBUG("\tLink (%s) bdw:%s lat:%s", link->getName(), link_bdw, link_lat);
183
184       //create link ns3
185       ns3_node_t host_src = ns3_find_host(src);
186       if (!host_src)
187         host_src = static_cast<ns3_node_t>(xbt_lib_get_or_null(as_router_lib,src,NS3_ASR_LEVEL));
188       ns3_node_t host_dst = ns3_find_host(dst);
189       if(!host_dst)
190         host_dst = static_cast<ns3_node_t>(xbt_lib_get_or_null(as_router_lib,dst,NS3_ASR_LEVEL));
191
192       if (!host_src || !host_dst)
193           xbt_die("\tns3_add_link from %d to %d",host_src->node_num,host_dst->node_num);
194
195       ns3_add_link(host_src->node_num, host_dst->node_num, link_bdw, link_lat);
196
197       xbt_free(link_bdw);
198       xbt_free(link_lat);
199     }
200   }
201
202   ns3::GlobalRouteManager::BuildGlobalRoutingDatabase();
203   ns3::GlobalRouteManager::InitializeRoutes();
204 }
205
206 /*********
207  * Model *
208  *********/
209 void surf_network_model_init_NS3()
210 {
211   if (surf_network_model)
212     return;
213
214   surf_network_model = new simgrid::surf::NetworkNS3Model();
215   xbt_dynar_push(all_existing_models, &surf_network_model);
216 }
217
218 namespace simgrid {
219 namespace surf {
220
221 NetworkNS3Model::NetworkNS3Model() : NetworkModel() {
222   ns3_initialize(xbt_cfg_get_string("ns3/TcpModel"));
223
224   routing_model_create(NULL);
225   simgrid::s4u::Host::onCreation.connect(ns3_add_host);
226   simgrid::surf::netcardCreatedCallbacks.connect(ns3_add_netcard);
227   simgrid::surf::on_cluster.connect (&parse_ns3_add_cluster);
228   simgrid::surf::on_postparse.connect(&create_ns3_topology);
229
230   NS3_EXTENSION_ID = simgrid::s4u::Host::extension_create(xbt_free_f);
231   NS3_ASR_LEVEL  = xbt_lib_add_level(as_router_lib, xbt_free_f);
232
233   LogComponentEnable("UdpEchoClientApplication", ns3::LOG_LEVEL_INFO);
234   LogComponentEnable("UdpEchoServerApplication", ns3::LOG_LEVEL_INFO);
235 }
236
237 NetworkNS3Model::~NetworkNS3Model() {
238   xbt_dynar_free_container(&IPV4addr);
239   xbt_dict_free(&flowFromSock);
240 }
241
242 Link* NetworkNS3Model::createLink(const char *name, double bandwidth, double latency, e_surf_link_sharing_policy_t policy,
243     xbt_dict_t properties){
244
245   return new LinkNS3(this, name, properties, bandwidth, latency);
246 }
247
248 Action *NetworkNS3Model::communicate(NetCard *src, NetCard *dst, double size, double rate)
249 {
250   return new NetworkNS3Action(this, size, src, dst);
251 }
252
253 double NetworkNS3Model::next_occuring_event(double now)
254 {
255   double time_to_next_flow_completion;
256   XBT_DEBUG("ns3_next_occuring_event");
257
258   //get the first relevant value from the running_actions list
259   if (!getRunningActionSet()->size() || now == 0.0)
260     return -1.0;
261   else
262     do {
263       ns3_simulator(now);
264       time_to_next_flow_completion = ns3::Simulator::Now().GetSeconds() - surf_get_clock();//FIXME: use now instead ?
265     } while(double_equals(time_to_next_flow_completion, 0, sg_surf_precision));
266
267   XBT_DEBUG("min       : %f", now);
268   XBT_DEBUG("ns3  time : %f", ns3::Simulator::Now().GetSeconds());
269   XBT_DEBUG("surf time : %f", surf_get_clock());
270   XBT_DEBUG("Next completion %f :", time_to_next_flow_completion);
271
272   return time_to_next_flow_completion;
273 }
274
275 void NetworkNS3Model::updateActionsState(double now, double delta)
276 {
277   static xbt_dynar_t socket_to_destroy = xbt_dynar_new(sizeof(char*),NULL);
278
279   /* If there are no running flows, advance the NS3 simulator and return */
280   if (getRunningActionSet()->empty()) {
281
282     while(double_positive(now - ns3::Simulator::Now().GetSeconds(), sg_surf_precision))
283       ns3_simulator(now-ns3::Simulator::Now().GetSeconds());
284
285     return;
286   }
287
288   xbt_dict_cursor_t cursor = NULL;
289   char *ns3Socket;
290   SgFlow *sgFlow;
291   xbt_dict_foreach(flowFromSock,cursor,ns3Socket,sgFlow){
292     NetworkNS3Action * action = sgFlow->action_;
293     XBT_DEBUG("Processing socket %p (action %p)",sgFlow,action);
294     action->setRemains(action->getCost() - sgFlow->sentBytes_);
295
296     if (TRACE_is_enabled() &&
297         action->getState() == Action::State::running){
298       double data_delta_sent = sgFlow->sentBytes_ - action->lastSent_;
299
300       std::vector<Link*> *route = new std::vector<Link*>();
301
302       routing_platf->getRouteAndLatency (action->src_, action->dst_, route, NULL);
303       for (auto link : *route)
304         TRACE_surf_link_set_utilization (link->getName(), action->getCategory(), (data_delta_sent)/delta, now-delta, delta);
305       delete route;
306
307       action->lastSent_ = sgFlow->sentBytes_;
308     }
309
310     if(sgFlow->finished_){
311       xbt_dynar_push(socket_to_destroy,&ns3Socket);
312       XBT_DEBUG("Destroy socket %p of action %p", ns3Socket, action);
313       action->finish();
314       action->setState(Action::State::done);
315     }
316   }
317
318   while (!xbt_dynar_is_empty(socket_to_destroy)){
319     xbt_dynar_pop(socket_to_destroy,&ns3Socket);
320
321     if (XBT_LOG_ISENABLED(ns3, xbt_log_priority_debug)) {
322       SgFlow *flow = (SgFlow*)xbt_dict_get (flowFromSock, ns3Socket);
323       XBT_DEBUG ("Removing socket %p of action %p", ns3Socket, flow->action_);
324     }
325     xbt_dict_remove(flowFromSock, ns3Socket);
326   }
327 }
328
329 /************
330  * Resource *
331  ************/
332
333 LinkNS3::LinkNS3(NetworkNS3Model *model, const char *name, xbt_dict_t props, double bandwidth, double latency)
334  : Link(model, name, props)
335 {
336   m_bandwidth.peak = bandwidth;
337   m_latency.peak = latency;
338
339   Link::onCreation(this);
340 }
341
342 LinkNS3::~LinkNS3()
343 {
344 }
345
346 void LinkNS3::apply_event(tmgr_trace_iterator_t event, double value)
347 {
348   THROW_UNIMPLEMENTED;
349 }
350 void LinkNS3::setBandwidthTrace(tmgr_trace_t trace) {
351   xbt_die("The NS3 network model doesn't support bandwidth traces");
352 }
353 void LinkNS3::setLatencyTrace(tmgr_trace_t trace) {
354   xbt_die("The NS3 network model doesn't support latency traces");
355 }
356
357 /**********
358  * Action *
359  **********/
360
361 NetworkNS3Action::NetworkNS3Action(Model *model, double size, NetCard *src, NetCard *dst)
362 : NetworkAction(model, size, false)
363 {
364   XBT_DEBUG("Communicate from %s to %s", src->name(), dst->name());
365
366   src_ = src;
367   dst_ = dst;
368   ns3_create_flow(src->name(), dst->name(), surf_get_clock(), size, this);
369
370   Link::onCommunicate(this, src, dst);
371 }
372
373 void NetworkNS3Action::suspend() {
374   THROW_UNIMPLEMENTED;
375 }
376
377 void NetworkNS3Action::resume() {
378   THROW_UNIMPLEMENTED;
379 }
380
381   /* Test whether a flow is suspended */
382 bool NetworkNS3Action::isSuspended()
383 {
384   return false;
385 }
386
387 int NetworkNS3Action::unref()
388 {
389   refcount_--;
390   if (!refcount_) {
391     if (action_hook.is_linked())
392       stateSet_->erase(stateSet_->iterator_to(*this));
393     XBT_DEBUG ("Removing action %p", this);
394     delete this;
395     return 1;
396   }
397   return 0;
398 }
399
400 }
401 }
402
403
404 void ns3_simulator(double maxSeconds){
405   if (maxSeconds > 0.0) // If there is a maximum amount of time to run
406     ns3::Simulator::Stop(ns3::Seconds(maxSeconds));
407   XBT_DEBUG("Start simulator for at most %fs",maxSeconds);
408   ns3::Simulator::Run ();
409 }
410
411 void ns3_create_flow(const char* a,const char *b,double startTime,u_int32_t TotalBytes,simgrid::surf::NetworkNS3Action * action)
412 {
413   int node1 = ns3_find_host(a)->node_num;
414   int node2 = ns3_find_host(b)->node_num;
415
416   ns3::Ptr<ns3::Node> src_node = nodes.Get(node1);
417   ns3::Ptr<ns3::Node> dst_node = nodes.Get(node2);
418
419   char* addr = (char*)xbt_dynar_get_as(IPV4addr,node2,char*);
420
421   XBT_DEBUG("ns3_create_flow %d Bytes from %d to %d with Interface %s",TotalBytes, node1, node2,addr);
422   ns3::PacketSinkHelper sink("ns3::TcpSocketFactory", ns3::InetSocketAddress (ns3::Ipv4Address::GetAny(), port_number));
423   sink.Install (dst_node);
424
425   ns3::Ptr<ns3::Socket> sock = ns3::Socket::CreateSocket (src_node, ns3::TcpSocketFactory::GetTypeId());
426
427   xbt_dict_set(flowFromSock, transformSocketPtr(sock), new SgFlow(TotalBytes, action), NULL);
428
429   sock->Bind(ns3::InetSocketAddress(port_number));
430   XBT_DEBUG("Create flow starting to %fs + %fs = %fs",
431       startTime-ns3::Simulator::Now().GetSeconds(), ns3::Simulator::Now().GetSeconds(), startTime);
432
433   ns3::Simulator::Schedule (ns3::Seconds(startTime-ns3::Simulator::Now().GetSeconds()),
434       &StartFlow, sock, addr, port_number);
435
436   port_number++;
437   xbt_assert(port_number <= 65000, "Too many connections! Port number is saturated.");
438 }
439
440 // initialize the NS3 interface and environment
441 void ns3_initialize(const char* TcpProtocol){
442 //  tcpModel are:
443 //  "ns3::TcpNewReno"
444 //  "ns3::TcpReno"
445 //  "ns3::TcpTahoe"
446
447   ns3::Config::SetDefault ("ns3::TcpSocket::SegmentSize", ns3::UintegerValue (1024)); // 1024-byte packet for easier reading
448   ns3::Config::SetDefault ("ns3::TcpSocket::DelAckCount", ns3::UintegerValue (1));
449
450   if (!strcmp(TcpProtocol,"default"))
451     return;
452
453   if (!strcmp(TcpProtocol,"Reno")) {
454     XBT_INFO("Switching Tcp protocol to '%s'",TcpProtocol);
455     ns3::Config::SetDefault ("ns3::TcpL4Protocol::SocketType", ns3::StringValue("ns3::TcpReno"));
456     return;
457   }
458   if (!strcmp(TcpProtocol,"NewReno")) {
459     XBT_INFO("Switching Tcp protocol to '%s'",TcpProtocol);
460     ns3::Config::SetDefault ("ns3::TcpL4Protocol::SocketType", ns3::StringValue("ns3::TcpNewReno"));
461     return;
462   }
463   if(!strcmp(TcpProtocol,"Tahoe")){
464     XBT_INFO("Switching Tcp protocol to '%s'",TcpProtocol);
465     ns3::Config::SetDefault ("ns3::TcpL4Protocol::SocketType", ns3::StringValue("ns3::TcpTahoe"));
466     return;
467   }
468
469   xbt_die("The ns3/TcpModel must be : NewReno or Reno or Tahoe");
470 }
471
472 void * ns3_add_host_cluster(const char * id)
473 {
474   ns3_node_t host  = xbt_new0(s_ns3_node_t,1);
475   XBT_DEBUG("Interface ns3 add host[%d] '%s'",number_of_nodes,id);
476   ns3::Ptr<ns3::Node> node =  ns3::CreateObject<ns3::Node> (0);
477   stack.Install(node);
478   Cluster_nodes.Add(node);
479   nodes.Add(node);
480   host->node_num = number_of_nodes;
481   number_of_nodes++;
482   return host;
483 }
484
485 void ns3_add_cluster(char * bw,char * lat,const char *id)
486 {
487   XBT_DEBUG("cluster_id: %s",id);
488   XBT_DEBUG("bw: %s lat: %s",bw,lat);
489   XBT_DEBUG("Number of %s nodes: %d",id,Cluster_nodes.GetN() - number_of_clusters_nodes);
490
491   ns3::NodeContainer Nodes;
492
493   for(unsigned int i = number_of_clusters_nodes; i < Cluster_nodes.GetN() ; i++){
494     Nodes.Add(Cluster_nodes.Get(i));
495     XBT_DEBUG("Add node %d to cluster",i);
496   }
497   number_of_clusters_nodes = Cluster_nodes.GetN();
498
499   XBT_DEBUG("Add router %d to cluster",nodes.GetN()-Nodes.GetN()-1);
500   Nodes.Add(nodes.Get(nodes.GetN()-Nodes.GetN()-1));
501
502   xbt_assert(Nodes.GetN() <= 65000, "Cluster with NS3 is limited to 65000 nodes");
503   ns3::CsmaHelper csma;
504   csma.SetChannelAttribute ("DataRate", ns3::StringValue (bw));
505   csma.SetChannelAttribute ("Delay", ns3::StringValue (lat));
506   ns3::NetDeviceContainer devices = csma.Install (Nodes);
507   XBT_DEBUG("Create CSMA");
508
509   char * adr = bprintf("%d.%d.0.0",number_of_networks,number_of_links);
510   XBT_DEBUG("Assign IP Addresses %s to CSMA.",adr);
511   ns3::Ipv4AddressHelper ipv4;
512   ipv4.SetBase (adr, "255.255.0.0");
513   free(adr);
514   interfaces.Add(ipv4.Assign (devices));
515
516   if(number_of_links == 255){
517     xbt_assert(number_of_networks < 255, "Number of links and networks exceed 255*255");
518     number_of_links = 1;
519     number_of_networks++;
520   }else{
521     number_of_links++;
522   }
523   XBT_DEBUG("Number of nodes in Cluster_nodes: %d",Cluster_nodes.GetN());
524 }
525
526 static char* transformIpv4Address (ns3::Ipv4Address from){
527   std::stringstream sstream;
528   sstream << from ;
529   std::string s = sstream.str();
530   return bprintf("%s",s.c_str());
531 }
532
533 void ns3_add_link(int src, int dst, char *bw, char *lat)
534 {
535   ns3::PointToPointHelper pointToPoint;
536
537   ns3::NetDeviceContainer netA;
538   ns3::Ipv4AddressHelper address;
539
540   ns3::Ptr<ns3::Node> a = nodes.Get(src);
541   ns3::Ptr<ns3::Node> b = nodes.Get(dst);
542
543   XBT_DEBUG("\tAdd PTP from %d to %d bw:'%s' lat:'%s'",src,dst,bw,lat);
544   pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", ns3::StringValue (bw));
545   pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", ns3::StringValue (lat));
546
547   netA.Add(pointToPoint.Install (a, b));
548
549   char * adr = bprintf("%d.%d.0.0",number_of_networks,number_of_links);
550   address.SetBase (adr, "255.255.0.0");
551   XBT_DEBUG("\tInterface stack '%s'",adr);
552   free(adr);
553   interfaces.Add(address.Assign (netA));
554
555   char *tmp = transformIpv4Address(interfaces.GetAddress(interfaces.GetN()-2));
556   xbt_dynar_set_as(IPV4addr,src,char*,tmp);
557   XBT_DEBUG("Have write '%s' for Node '%d'",(char*)xbt_dynar_get_as(IPV4addr,src,char*),src);
558
559   tmp = transformIpv4Address(interfaces.GetAddress(interfaces.GetN()-1));
560   xbt_dynar_set_as(IPV4addr,dst,char*,tmp);
561   XBT_DEBUG("Have write '%s' for Node '%d'",(char*)xbt_dynar_get_as(IPV4addr,dst,char*),dst);
562
563   if (number_of_links == 255){
564     xbt_assert(number_of_networks < 255, "Number of links and networks exceed 255*255");
565     number_of_links = 1;
566     number_of_networks++;
567   } else {
568     number_of_links++;
569   }
570 }