程控交換課程設(shè)計(jì)—atm交換過程演示分析

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　第一章課程設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的3</p><p>　　1.2 ATM的交換概念3</p><p>　　1.3 ATM技術(shù)的特點(diǎn)3

2、</p><p>　　1.3.1 采用固定長度分組3</p><p>　　1.3.2 采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用3</p><p>　　1.3.3 采用面向連接并預(yù)約傳輸資源的方式工作4</p><p>　　1.3.4 取消逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制4</p><p>　　1.3.5 ATM信元頭部的功能降低4</

3、p><p>　　第二章ATM交換原理分析5</p><p>　　2.1 ATM交換原理5</p><p>　　2.2 UNI信令6</p><p>　　2.3 NNI信令7</p><p>　　第三章ATM交換實(shí)驗(yàn)過程8</p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)界面8</p>&l

4、t;p>　　3.2 實(shí)驗(yàn)演示三階段9</p><p>　　3.2.1 連接建立階段：9</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)傳送階段：11</p><p>　　3.2.3 連接拆除階段：13</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)心得15</b></p><p><b>　　參

5、考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)評(píng)分表16</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　ATM(ASYNCHRONOUSTRANSFERMODE)是一種快速分組交換技術(shù)，它在廣域網(wǎng)上體現(xiàn)的強(qiáng)大功能和在局域網(wǎng)上的成功應(yīng)用，是多媒體應(yīng)用系統(tǒng)的理想網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，均已事實(shí)說明了他的技術(shù)的先進(jìn)性。在ATM中不

6、同速率的各種數(shù)據(jù)，如：語音.圖像.視頻都被分成標(biāo)準(zhǔn)的53字節(jié)的信元，以光纖作為傳輸通道，避免了以太網(wǎng)中的“廣播風(fēng)暴”，提升了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。但是ATM不兼容以往的以太網(wǎng)投資，其管理和操作有異于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)平臺(tái)，故不使用于以太網(wǎng)的升級(jí)改造。 </p><p>　　ATM也就是異步傳輸模式，具有分組交換和電路交換的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于OSI協(xié)議參考模型的第2層。ATM通過AAL層適配，將不同業(yè)務(wù)應(yīng)用接納進(jìn)來。由

7、于ATM的技術(shù)先進(jìn)性，有能力在一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中復(fù)用包括F/R(FrameRelay)電路、基于TCP/IP的接入和承載、ATM電路多種不同的服務(wù)，在交換型多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要的角色。因此，電信運(yùn)營商使用它作為多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)骨干交換承載網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　ATM交換技術(shù)是ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心。交換結(jié)構(gòu)的性能將決定ATM網(wǎng)絡(luò)的性能和規(guī)模。交換機(jī)設(shè)計(jì)的方法將影響交換吞吐量、信元阻塞、信元丟失和交換延時(shí)

8、等，交換結(jié)構(gòu)不僅影響交換機(jī)的性能和擴(kuò)展特性，而且也影響交換機(jī)支持廣播方式和點(diǎn)到點(diǎn)方式的能力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ATM，異步傳輸，分組交換，通信技術(shù)</p><p><b>　　第一章課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過實(shí)

9、驗(yàn)讓學(xué)生理解ATM交換機(jī)根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā)ATM信元的過程</p><p>　　演示了ATM的傳輸過程，包括ATM鏈路的建立、ATM信元傳輸和ATM鏈路的拆除；主要體現(xiàn)了ATM采用面向連接的工作方以及采用和固定長度信元的特點(diǎn)。</p><p>　　1.2 ATM的交換概念</p><p>　　將ATM 信元從一條入線（如有N 條入線）被傳送到一條或者多條出線（假定有M

10、條出線）的過程為ATM 信元的交換過程。交換指從一個(gè)輸入的ATM 邏輯信道到一輸出的ATM 邏輯信道的信息交換，這種交換可以在許多輸出邏輯信道中選擇。ATM 邏輯信道以VPI/VCI來表征。</p><p>　　1.3 ATM技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　　1.3.1 采用固定長度分組</p><p>　　在ATM中采用固定長度的短分組，稱為信元。固定長度的短分組決

11、定了ATM系統(tǒng)的處理時(shí)間短，響應(yīng)快，便于用硬件實(shí)現(xiàn)，特別適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和高速應(yīng)用。</p><p>　　1.3.2 采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用</p><p>　　ATM是按照信元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，在時(shí)間上沒有固定的復(fù)用位置。統(tǒng)計(jì)復(fù)用是按需分配帶寬的，可以滿足不同用戶傳遞不同業(yè)務(wù)的帶寬需要。</p><p>　　1.3.3 采用面向連接并預(yù)約傳輸資源的方式工作</p>

12、<p>　　ATM方式采用的是分組交換中的虛電路形式，同時(shí)在呼叫建立時(shí)向網(wǎng)絡(luò)提出傳輸所希望使用的資源，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)決定是否接受這個(gè)呼叫。其中資源的約定并不像電路交換那樣給出確定的電路或PCM時(shí)隙，只是給出用以表示將來通行過程中可能使用的通信速率。可以說ATM方式既兼顧了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率，又能夠使接入網(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)傳輸。 </p><p>　　1.3.4 取消逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制&l

13、t;/p><p>　　ATM協(xié)議運(yùn)行在誤碼率很低的光纖傳輸網(wǎng)上，同時(shí)預(yù)約資源機(jī)制保證網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)呢?fù)載小于子網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，所以ATM取消了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間鏈路上的差錯(cuò)控制和流量控制。</p><p>　　1.3.5 ATM信元頭部的功能降低</p><p>　　由于ATM網(wǎng)絡(luò)中鏈路的功能變得非常有限，因此信元頭部變得異常簡單ATM技術(shù)既有電路交換的“處理簡單”、支持實(shí)時(shí)

14、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)透明傳輸、采用端到端的通信協(xié)議等特點(diǎn)，又具有分組交換的支持變化比特率業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，并能對(duì)鏈路上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用。</p><p>　　第二章ATM交換原理分析</p><p>　　2.1 ATM交換原理</p><p>　　ATM是面向連接的網(wǎng)絡(luò)，在端到端的通信前必須建立連接。ATM網(wǎng)絡(luò)通常有永久虛電路（PVC）和交換虛電路（SVC）兩種方式。永久虛連

15、接（PVC）是通過預(yù)定或預(yù)分配的方法建立的連接。交換虛連接是當(dāng)用戶需要使用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，才由網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)分配，當(dāng)呼叫結(jié)束時(shí)，SVC會(huì)被拆除，并可以分配給另一個(gè)用戶。ATM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)建立與釋放連接，用戶可以根據(jù)不同應(yīng)用的需要，在同一時(shí)間內(nèi)建立多條SVC，支持多種服務(wù)，并允許較多的用戶有效的使用網(wǎng)絡(luò)資源。這里我們主要演示ATM的SVC建立、傳輸和釋放過程。</p><p>　　SVC的建立、管理與釋放過程

16、就是ATM信令的交互過程。ATM網(wǎng)絡(luò)有用戶終端、專用ATM交換機(jī)和公用ATM交換機(jī)構(gòu)成，SVC的實(shí)現(xiàn)涉及終端與交換機(jī)、交換機(jī)與交換機(jī)之間的信令。ATM信令主要分為UNI(用戶－網(wǎng)絡(luò)接口)信令和NNI（網(wǎng)絡(luò)－網(wǎng)絡(luò)接口）信令。</p><p>　　ATM面向連接的工作方式（Q.2931協(xié)議），信元交換原流程圖</p><p><b>　　2.2 UNI信令</b><

17、/p><p>　　ATM UNI信令是在ATM網(wǎng)絡(luò)中用戶終端和網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行連接的建立、釋放和維護(hù)的協(xié)議。ITUT－T規(guī)定了兩種UNI呼叫連接控制：點(diǎn)到點(diǎn)的呼叫連接控制和點(diǎn)到多點(diǎn)的呼叫連接控制。點(diǎn)到點(diǎn)的呼叫連接控制涉及到3個(gè)實(shí)體：主機(jī)方（用戶終端）、網(wǎng)絡(luò)側(cè)被叫方（用戶終端）。其一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的呼叫連接的建立和釋放過程如下圖3所示：</p><p><b>　　圖2</b><

18、;/p><p><b>　　2.3 NNI信令</b></p><p>　　ATM網(wǎng)絡(luò)局間信令采用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI）信令，NNI信令是基于現(xiàn)有的No.7信令的ISDN用戶部分（ISUP描述和定義的，是ISDN NNI信令I(lǐng)SUP的擴(kuò)充與增強(qiáng)。將ATM的NNI信令稱為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用戶部分（B－ISUP）。ITUT－T建議 Q.2761～Q.2764描述了NNI信令

19、。下圖4所示為一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的呼叫建立和拆除過程中的NNI信令操作。 </p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　第三章ATM交換實(shí)驗(yàn)過程</p><p><b>　　3.1 實(shí)驗(yàn)界面</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)界面如圖4所示：</p><p><

20、b>　　圖4 實(shí)驗(yàn)界面圖</b></p><p>　　ATM終端為ATM_A～ATM_E，ATM交換機(jī)為Switcher_A～Switcher_E，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D所示。</p><p>　　該實(shí)驗(yàn)提供三種連接方式，分別是ATM_A——Switcher_A——Switcher_C——Switcher_E——ATM_C、ATM_A——Switcher_A——Switcher_

21、B——Switcher_D——Switcher_C——Switcher_E——ATM_D和ATM_A——Switcher_A——Switcher_B——Switcher_D——ATM_E。</p><p>　　ATM交換機(jī)端口標(biāo)號(hào)在被鼠標(biāo)選中時(shí)自動(dòng)彈出。</p><p>　　3.2 實(shí)驗(yàn)演示三階段</p><p>　　3.2.1 連接建立階段：</p>

22、<p>　　實(shí)驗(yàn)演示分三個(gè)階段ATM連接建立階段、數(shù)據(jù)傳送階段和連接拆除階段。</p><p>　　進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面后，點(diǎn)擊開始按鈕，然后按照提示，選擇你想要建立連接的終端，進(jìn)入連接建立階段。首先發(fā)起連接的終端發(fā)送連接建立（SETUP）消息，啟動(dòng)一次呼叫。主叫端局接到SETUP消息后，向主叫方發(fā)送呼叫處理（CALL PROCEEDING）消息作為對(duì)SETUP消息的證實(shí)，該消息中包含網(wǎng)絡(luò)側(cè)分配給主叫的VPI

23、、VCI值；向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送IAM消息。中間交換節(jié)點(diǎn)接收到IAM消息后，返回IAA作為確認(rèn)，同時(shí)向被叫端局發(fā)送IAM消息；被叫端局接收到IAM消息后，同樣返回IAA消息作為確認(rèn)，同時(shí)向被叫終端發(fā)送SETUP消息。被叫用戶使用呼叫處理（CALL PROCEEDING）表示被叫端正在處理來話呼叫，接著傳送提醒（Alerting）消息，表示被叫終端正在提醒被叫用戶有呼入。被叫端局收到被叫用戶的通知消息后，向中間局發(fā)送地址收全消息ACM，中間端局將

24、該消息轉(zhuǎn)發(fā)給主叫端局。被叫用戶最后發(fā)送接受呼叫（Connect）消息，被叫端局發(fā)送ANM消息，將呼叫建立消息傳送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。主叫端局接到ACM消息后向主叫用戶回送提醒（Alerting）消息以通知主叫用戶；接到ANM消息后通過連接消息（Connect）通</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　圖6</b><

25、/p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)傳送階段：</p><p>　　鏈路連接建立完成以后，系統(tǒng)向用戶提示連接建立完成，用戶點(diǎn)擊已經(jīng)建立連接的終端，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸階段。首先在發(fā)送數(shù)據(jù)的終端演示ATM數(shù)據(jù)從用戶層到ATM適配層再到ATM層，最后封裝成53個(gè)比特的ATM信元的過程。ATM交換機(jī)根據(jù)ATM信元的信頭所帶的VPI和VCI值，按照路由表轉(zhuǎn)發(fā)信元。這里動(dòng)態(tài)演示了ATM信元信頭的替換過程。在數(shù)據(jù)接

26、收終端，這里演示了ATM信元經(jīng)過由底層向高層的拆分合并，最后得到用戶數(shù)據(jù)的過程，如下圖7、圖8、圖9所示：</p><p><b>　　圖7</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　3.2.3 連接拆除階段

27、：</p><p>　　通信完畢后，主被叫用戶都可發(fā)送連接拆除請(qǐng)求，我們這里以主叫方發(fā)送釋放請(qǐng)求說明鏈路的拆除過程。首先ATM主叫方發(fā)送釋放消息（RELEASE）消息。主叫端局回送釋放結(jié)束（RELEASE COMPLETE）消息確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)完成釋放操作；然后向中間端局發(fā)送釋放消息（REL），請(qǐng)求釋放連接，中間端局接到返回釋放證實(shí)（RLC）作為響應(yīng)并將此消息往下傳送，同時(shí)拆除請(qǐng)求釋放連接的鏈路。ATM網(wǎng)絡(luò)的拆線過程是

28、在傳送REL消息的同時(shí)逐段釋放鏈路。被叫端局接到釋放請(qǐng)求消息（REL）后，向被叫用戶發(fā)送釋放消息（RELEASE），被叫用戶回送釋放完畢消息（RELEASE COMPLETE）確認(rèn)釋放消息（RELEASE）。釋放網(wǎng)絡(luò)到被叫端局的連接，整個(gè)通信過程結(jié)束，如下圖10、圖11所示：</p><p><b>　　圖10</b></p><p><b>　　圖11&l

29、t;/b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)心得</b></p><p>　　本人通過這次的課程設(shè)計(jì)，使我接觸到了很多沒有接觸過的新知識(shí)，同時(shí)也學(xué)到了很多，增長了見識(shí)。雖然我們盡了最大的努力，但是由于經(jīng)驗(yàn)不足，及學(xué)習(xí)過程中的疏忽，錯(cuò)漏之處在所難免，從整體上來說，我們通過以上的分析布局已基本上展現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)工程硬件設(shè)備的全部過程，但是我們討論課題的局限性，還有很多的網(wǎng)

30、絡(luò)技術(shù)沒有提到，比如VPN，又如路由器的安裝與使用等等。</p><p>　　整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，可以說得是苦多于甜，但是也學(xué)到很多課堂上學(xué)不到的東西。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p><b>　　

31、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)技術(shù). 卞佳麗著 北京郵電大學(xué)出版社 2013年</p><p>　　2．21世紀(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程叢書編寫委員會(huì). 網(wǎng)絡(luò)典型案例精解.北京:北京希望電子出版社，2000年　　3．李洪.電信 IP信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建.北京:人民郵電出版社,2002年　　4. Cisco Systems Inc.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與個(gè)案分析.北京