分組交換系統(tǒng)的仿真與設計

1、 目 錄引言3第一章 分組交換的基本原理41.1分組傳送方式41.2 分組的形成41.3分組頭的組成41.4虛電路的建立、連接和拆除51.5數(shù)據報方式61.6 X.25建議7第二章 仿真軟件的介紹82.1仿真軟件設計思想82.2仿真軟件的安裝82.3仿真軟件使用說明10第三章 程序設計代碼133.1程序總代碼133.2虛電路建立函數(shù)143.3虛電路拆除函數(shù)153.4分組轉發(fā)函數(shù)15第四章 軟件的仿真結果圖17第五章 心得與體會20引言隨著微電子技術、計算機技術的飛速發(fā)展，交換技術得到了空前的發(fā)展。從電話交換一直到當今數(shù)據交換、綜合業(yè)務數(shù)字交換，交換技術經歷了人工交換到自動交換的過程。分組交換技

2、術是在計算機技術發(fā)展到一定程度，人們除了打電話直接溝通，通過計算機和終端實現(xiàn)計算機與計算機之間的通信，在傳輸線路質量不高、網絡技術手段還較單一的情況下，應運而生的一種交換技術。分組交換在商業(yè)中的應用非常廣泛。如銀行系統(tǒng)在線式信用卡（POS機）的驗證。由于分組交換提供差錯控制的功能，保證了數(shù)據在網絡中傳輸?shù)目煽啃?。首先，各大商場內部形成局域網，網上的服務器提供卡的管理作用，用戶刷卡后，通過服務器上的X .25分組端口或路由器設備連到商業(yè)增殖網，它與金卡網絡結算中心通過數(shù)字專線連接。商業(yè)增殖網主要完成來自各大商場的數(shù)據線路匯接及對商場銷售情況的統(tǒng)計等。結算中心又同各大銀行的主機系統(tǒng)連接，實現(xiàn)對信用

3、卡的驗證和信用卡的消費。分組交換網的利用率高，傳輸質量好，能同時多路通信的特點，因此它的經濟性能也較好。在一些全國性的集團公司中，總公司把指示下達給全國各地分公司甚至國外的機構，利用分組交換就非常經濟。中遠集團在中國各地的分支機構在本地形成局域網絡，通過路由器連到分組交換網，與海關、EDI中心等互通信息。它的主機系統(tǒng)也通過分組交換網實行全程連網，傳送定艙資料、貨運情況、EDI報文等，也可遠程登錄至香港，與海外溝通信息。中國公用分組交換網的骨干網及各地的本地網組建至今，網絡的規(guī)模比原來擴大了幾倍至幾十倍，并占據了一塊穩(wěn)定的數(shù)據通信市場。分組交換技術比較適用于終端到主機的交互式通信、交易處理，需要

4、進行協(xié)議轉換的場合，跨國通信，要求高度安全的場合和傳輸基礎設施質量不高的地區(qū)等。盡管受到了寬帶網絡技術的沖擊，但鑒于中國通信基礎設施比較薄弱，分組交換業(yè)務在今后較長一段時間內仍將發(fā)揮一定的作用。隨著交換設備的更新?lián)Q代，更快的交換機處理器的出現(xiàn)，意味著能夠在更高速率下實現(xiàn)分組交換的傳統(tǒng)優(yōu)點。分組交換的協(xié)議轉換功能和控制功能等優(yōu)勢，使高速傳送數(shù)據的新一代分組交換技術在商業(yè)、民航、石油系統(tǒng)大有可為。通過挖掘潛力，找準市場切入點，抓住商機，來更好地發(fā)揮分組網絡的優(yōu)勢。因此，對分組交換的研究，是十分有必要的。第一章 分組交換的基本原理1.1分組傳送方式 在分組交換中，分組傳送方式采用的是統(tǒng)計時分復用方式

5、（STDM），具有動態(tài)分配帶寬和用標記區(qū)別數(shù)據所屬用戶的特點，提高了線路資源的利用率，并可以很好的支持突發(fā)性業(yè)務。12122313用戶標識用戶數(shù)據1.2 分組的形成分組（packet）是由用戶數(shù)據和分組頭組成的。分組的用戶數(shù)據部分的長度是有限制的。如果來自數(shù)據終端的用戶數(shù)據報文的長度超過了分組的用戶數(shù)據部分的最大長度，則需要將該報文拆分成若干個數(shù)據段，并在每個數(shù)據段前加上分組偷，形成分組。1.3分組頭的組成分組頭中主要包含邏輯信道號、分組的序號及其它的控制信息。分組傳送方式采用的是統(tǒng)計復用方式，在同一個物理信道上可以同時傳送屬于多個不同通信的分組，這些用戶終端好像是分別占用了不同的子信道進行數(shù)

6、據的傳送，即同一個通信的分組構成了一個子信道，當然這些子信道是邏輯的，因而我們稱之為邏輯子信道。邏輯信道號（LCNLogic Channel Number）：用來標識每一個邏輯子信道，進而區(qū)別出分組是屬于哪個通信的。分組的序號：主要是用來標識該分組在原來的數(shù)據報文中的位置，以便于接收端能夠將接收到的分組還原為原來完整的報文。1.4虛電路的建立、連接和拆除當主叫DTE想要建立虛呼叫時，它發(fā)送“呼叫請求”分組，該“呼叫請求”分組包含可供分配的高端的LCN和被叫的DTE地址。該分組發(fā)送到本地DCE，由DCE將該分組轉換成網絡規(guī)程格式，而且通過網絡路由（交換）到遠端DCE，由遠端DCE將網絡規(guī)程格式的

7、呼叫請求分組轉換為“入呼叫”分組，并發(fā)送給被叫的DTE，該分組包含了可供分配的低端的LCN。交換虛電路建立過程 被叫DTE通過發(fā)送“呼叫接受”分組表示同意建立虛電路。遠端DCE接收到“呼叫接受”分組之后，通過網絡規(guī)程傳送到本地DCE，本地DCE發(fā)送“呼叫連接”分組到主叫DTE。主叫DTE接收到“呼叫連接”分組之后，表示主叫DTE和被叫 DTE之間的虛呼叫已建立，可以進入數(shù)據傳輸階段。DTE和DCE對應的邏輯信道就進入數(shù)據傳輸狀態(tài)。在虛呼叫任何一端的DTE都能夠清除呼叫，而且呼叫也可以由網絡清除。呼叫清除的過程如圖所示。主叫DTE發(fā)“清除請求”分組，該分組通過網絡到達遠端DCE，遠端DCE發(fā)“清

8、除指示”分組到被叫DTE，被叫DTE用“清除證實”分組予以響應。該“證實”傳到本地DCE，本地DCE再發(fā)送“清除證實”到主叫DTE。完成清除規(guī)程之后，虛呼叫所占用的所有邏輯信道都成為“準備好”狀態(tài)。交換虛電路拆除過程1.5數(shù)據報方式 在這種方式中，每個分組按一定格式附加源與目的地址、分組編號、分組起始、結束標志、差錯校驗等信息，以分組形式在網絡中傳輸。網絡只是盡力地將分組交付給目的主機，但不保證所傳送的分組不丟失，也不保證分組能夠按發(fā)送的順序到達接收端。所以網絡提供的服務是不可靠的，也不保證服務質量。數(shù)據報方式一般適用于較短的單個分組的報文。其優(yōu)點是傳輸延時小，當某節(jié)點發(fā)生故障時不會影響后續(xù)分

9、組的傳輸。缺點是每個分組附加的控制信息多，增加了傳輸信息的長度和處理時間，增大了額外開銷。1.6 X.25建議X.25建議是國際標準化組織（ISO）和國際電報電話咨詢委員會（CCITT）制定的關于數(shù)據終端設備（DTE）和數(shù)據電路終接設備（DCE）之間的接口規(guī)程。X.25標準的思路是為用戶（DTE）和分組交換網絡（DCE）之間建立對話和交換數(shù)據提供一些共同的規(guī)程，這些規(guī)程包括數(shù)據傳輸通路的建立、保持和釋放，數(shù)據傳輸?shù)牟铄e控制和流量控制，防止網絡發(fā)生阻塞，確保用戶數(shù)據通過網絡的安全，向用戶提供盡可能多而且方便的服務。X.25建議為分組交換網定義了開放系統(tǒng)互連（OSI）模型的下3層，這三層分別是：物

10、理層，鏈路層，分組層。與OSI模型的下三層一一對應，只是OSI的網絡層（第三層）改稱分組層，其功能是一致的。X.25的三層協(xié)議為DTEDTE之間的高層通信協(xié)議提供了可靠的基礎。X.25的分組層在X.25接口為每個用戶呼叫提供一個邏輯信道（所謂的“呼叫”是指一次通信過程）。為每個用戶的呼叫連接提供有效的分組傳輸，包括順序編號，分組的確認和流量控制過程。提供交換虛電路（SVC）和永久虛電路（PVC）的連接。提供建立和清除交換虛電路的方法。 第二章 仿真軟件的介紹2.1仿真軟件設計思想該實驗系統(tǒng)的基本思想是這樣的：向學生提供仿真的程控數(shù)字電話交換機、分組交換機、ATM交換機、MPLS交換機，這些“交

11、換機”能完成跟實際交換系統(tǒng)一樣的各種功能。在這里所謂“仿真”是指交換機的所有硬件動作均由軟件模擬完成。將實驗軟件系統(tǒng)裝在微機上，學生通過對微機鍵盤的操作，即完成一系列諸如摘機、撥號、掛機等動作，微機屏幕顯示上述各個過程及整個交換機中的通信過程，效果直觀形象?！敖粨Q機”的通信處理軟件部分由各種不同模塊組成，且有“標準接口”連接各個模塊，要求學生按照規(guī)定的接口和數(shù)據結構來完成其中幾個關鍵功能模塊的設計和編程，并將該程序裝入系統(tǒng)內，替代系統(tǒng)內原有相同的模塊，檢驗是否能完成正常的通信處理，若能，則表明學生所編程序可行，實驗通過。2.2仿真軟件的安裝該仿真實驗系統(tǒng)是一個軟件系統(tǒng)，運行在微機上，不需要額外

12、的硬件支持。l        系統(tǒng)運行平臺：Microsoft  Windows系統(tǒng)，例如windows 2000,windows xp等。l        系統(tǒng)運行硬件要求：不要求很高的配置（建議CPU P3以上，內存128M以上）。l        安裝方法本實驗系統(tǒng)由安裝文件“仿真實驗系統(tǒng)安裝文件.exe”安裝而成。安裝方法如下：1)   &

13、#160;   雙擊安裝文件“仿真實驗系統(tǒng)安裝文件.exe”，即可開始安裝。進入語言選擇界面：選擇安裝提示語言，點擊下一步（這里選擇中文提示）。2)       進入安裝目標目錄選擇界面：點擊瀏覽按鍵選擇你要安裝的目標目錄或在文本框中直接輸入目標目錄。選定目標目錄后，點擊下一步，即可完成系統(tǒng)的安裝。2.3仿真軟件使用說明1.  點擊安裝目錄下的可執(zhí)行文件“現(xiàn)代交換原理仿真實驗系統(tǒng).exe”或點擊桌面上的快捷方式，即可啟動實驗系統(tǒng)。進入開始動畫：在動畫上單擊鼠標即可結束動畫，進入實驗系統(tǒng)。2.&#

14、160;  進入實驗系統(tǒng)主界面后。建議學生先到幫助系統(tǒng)查看所需要的實驗幫助，那里會讓你對要進行的實驗有一個大概的認識，然后再選擇實驗。3. 在選擇了需要編程的實驗后，會直接進入編程環(huán)境，軟件把需要學生完成的實驗部分的函數(shù)頭已經做好了，請不要改動其中的函數(shù)修飾符，這是為顯式加載dll所準備了（因為代碼模塊經編譯連接后會形成dll文件加載到主程序中）。學生可以在主界面進行源代碼編輯、保存、編譯、聯(lián)接等工作（只有在保存完代碼后才可以進行編譯，然后才能進行連接）：在編譯連接后下可運行實驗來驗證的代碼的正確性?？呻S時點擊演示觀看軟件提供的演示；4. 對于不需要編程的實驗，在進入實驗后請直接進入

15、“編譯運行”菜單選擇“運行”或者“演示”進行操作；5.   如果在實驗過程中遇到問題，軟件在幫助菜單中提供了幫助信息： 提醒注意的是：對于編程實驗，如果想保存完成的文件，請在下次啟動應用程序之前把它拷貝到使用者自己的文件夾中（文件保存在sourcefile文件夾中），否則當下次應用程序啟動時，上次所完成的部分將被清空，為“新的”實驗者使用作準備。第三章 程序設計代碼3.1程序總代碼#define MaxPortNum /DTE上的最多端口#define MaxAddressNum /每個端口上對應的最大的目的地址#define MaxLcnNum /每個端口上最大

16、的邏輯信道數(shù)#define MaxRouterNum /分組交換節(jié)點線程的路由表的行數(shù)struct RoutTableType int in_port; 入端口號 int in_lcn; 入LCN int out_port; 出端口號 int out_lcn; 出LCN;struct DTERoutTbaleType char* AddressMaxAddressNum; / 目的地址 bool lcn_stateMaxLcnNum; / LCN的狀態(tài)，true 為忙，false為閑;DTERoutTbaleType DTERoutTbaleMaxPortNum; / DTE的路由表3.2虛電

17、路建立函數(shù) 函數(shù)功能：DTE終端線程調用虛電路建立函數(shù)，根據連接的目的地址，查詢路由表，為本次連接分配端口號以及邏輯信道號，初始話虛電路的建立。函數(shù)原型： #include "pconstant.h" #include "string.h" extern "C" _declspec(dllexport) bool setup(char * address, int port_lcn2,DTERoutTbaleType DTERoutTbale) return true; 主要數(shù)據結構說明：函數(shù)參數(shù)說明 in（輸入參數(shù)） char *

18、address：目的地址 out（輸出參數(shù)） int port_lcn2：輸出分配的端口號，以及邏輯信道號port_lcn0為端口號，port_lcn1為邏輯信道號 in/out（輸入/輸出參數(shù)）DTERoutTbaleType DTERoutTbale：路由表 函數(shù)要求，根據目的地址，在給定的路由表中查詢該目的地址對應的端口，然后在該端口上查找一個空閑的LCN分配給該連接，并將該LCN的狀態(tài)置為忙。如果能夠成功分配LCN返回true，否則返回false。3.3虛電路拆除函數(shù)函數(shù)功能說明： DTE終端線程調用虛電路拆除函數(shù)來完成虛電路的拆除，函數(shù)原型：#include "pconst

19、ant.h"#include "string.h"extern "C" _declspec(dllexport) bool clean(char * address, int port_lcn2,DTERoutTbaleType DTERoutTbale) return true;主要數(shù)據結構說明：函數(shù)參數(shù)說明 in（輸入參數(shù)） char * address：目的地址 in（輸出參數(shù)） int port_lcn2：輸出分配的端口號，以及邏輯信道號port_lcn0為端口號，port_lcn1為邏輯信道號 in/out（輸入/輸出參數(shù)）DTERo

20、utTbaleType DTERoutTbale：路由表函數(shù)要求，根據目的地址，端口號和邏輯信道號，判斷端口號是否在允許的范圍內，然后檢查對應的邏輯信道狀態(tài)，如果為忙，將其置為閑，返回true，否則返回false3.4分組轉發(fā)函數(shù)函數(shù)功能說明: DTE終端線程調用虛電路拆除函數(shù)來完成虛電路的拆除。函數(shù)原型：#include "pconstant.h"extern "C" _declspec(dllexport) bool pack_switch ( int In_port_lcn,int Out_port_lcn, RoutTableType Table

21、) return true;主要數(shù)據結構： in（輸入參數(shù)）int In_port_lcn：分組交換節(jié)點線程接到的分組入端的端口號和邏輯信道號，In_port_lcn0為端口號，In_port_lcn1為邏輯信道號。 out（輸出參數(shù)） int Out_port_lcn：分組出端的端口號和邏輯信道號，Out_port_lcn0為端口號，Out_port_lcn1為邏輯信道號。 in（輸入參數(shù)） RoutTableType Table：分組交換節(jié)點線程的路由表信息。函數(shù)要求：分組轉發(fā)函數(shù)根據分組入端的端口號和邏輯信道號，查找本分組交換節(jié)點線程的路由表，若查找到所需的路由信息（路由表數(shù)組總共有三項），將出端的端口號和邏輯信道號值賦給Out_port_lcn數(shù)組，函數(shù)返回true，否則函數(shù)返回值為false。第四章 軟件的仿真結果圖下圖為分組交換的呼叫建立仿真：分組交換的呼叫建立下圖為分組交換數(shù)據傳輸仿真：分組交換的數(shù)據傳輸下圖為分組交換的呼叫清除仿真：分組交換的呼叫清除下圖為永久虛電路建立仿真：永久虛電路的建立第五章 心得與體會本次課程設計是為了培養(yǎng)我們的動手能