Objektorientierte Modellierung von ATM-Netzknoten

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG

2 VERMITTLUNGSVERFAHREN

2.1 LEITUNGSVERMITTLUNG (CIRCUIT SWITCHING)

2.2 NACHRICHTENVERMITTLUNG (MESSAGE SWITCHING)

2.3 PAKETVERMITTLUNG (PACKET SWITCHING)

2.4 VERBINDUNGSLOSE PAKETVERMITTLUNG (DATAGRAM)

2.5 VERBINDUNGSORIENTIERTE PAKETVERMITTLUNG (VIRTUAL CIRCUIT)

3 SCHICHTEN DES ATM

3.1 DIE PHYSIKALISCHE SCHICHT (PHYSICAL LAYER)

3.2 DIE ATM-SCHICHT

3.3 DIE ANPASSUNGSSCHICHT

4 BESCHREIBUNG DES ATM-ZELLFORMATS

4.1 GENERIC FLOW CONTROL - GFC

4.2 VIRTUAL PATH IDENTIFIER - VPI / VIRTUAL CHANNEL IDENTIFIER - VCI

4.3 PAYLOAD TYPE - PT

4.4 CELL LOSS PRIORITY - CLP

4.5 HEADER ERROR CHECK - HEC

5 ROUTING IN ATM-NETZWERKEN NACH DEM VERBINDUNGSAUFBAU

6 SIGNALISIERUNG IN ATM-NETZWERKEN

6.1 UNI-SIGNALISIERUNG

6.1.1 UNI-SIGNALISIERUNG FÜR DEN VERBINDUNGSAUFBAU

6.1.2 UNI-SIGNALISIERUNG FÜR DEN VERBINDUNGSABBAU

6.2 NNI-SIGNALISIERUNG

6.2.1 NNI-SIGNALISIERUNG FÜR DEN VERBINDUNGSAUFBAU

6.2.2 NNI-SIGNALISIERUNG FÜR DEN VERBINDUNGSABBAU

7 VERBINDUNGSAUFBAU IN ATM-NETZWERKEN

7.1 BEISPIEL FÜR EINEN GELUNGENEN VERBINDUNGSAUF- UND ABBAU

7.2 EIN ZWEITES BEISPIEL FÜR EINEN GELUNGENEN VERBINDUNGSAUF- UND ABBAU

7.3 BESONDERE MERKMALE VON ATM-NETZWERKEN

7.4 KONFLIKTE UND IHRE VERMEIDUNG BEI DER VERGABE VON VPI/VCI

8 ZEITLICHE VORGÄNGE AN DER UNI-SCHNITTSTELLE

9 KOPPELNETZE

9.1 CROSSPOINTS

9.2 2X2 KOPPELNETZ AUS CROSSPOINTS

9.3 ALTERNATIVE DARSTELLUNGSMÖGLICHKEIT DER CROSSPOINTS

9.4 BANYAN-NETZWERKE

10 WEGESUCHE IN KOPPELNETZEN

10.1 SELBSTSTEUERNDES KOPPELNETZ MIT VOREINGESTELLTEN WEGEN UNTER VERWENDUNG VON BANYAN-NETZWERKEN

10.2 ALTERNATIVE KONZEPTE

10.2.1 SUCHVERFAHREN MIT VOREINGESTELLTEN WEGEN

10.2.2 SUCHVERFAHREN OHNE VOREINGESTELLTE WEGE

11 MASSNAHMEN GEGEN BLOCKIERUNG IN KOPPELNETZEN

11.1 EINGANGSSPEICHERUNG

11.2 AUSGANGSSPEICHERUNG

11.3 KOMBINATION AUS EIN- UND AUSGANGSSPEICHERUNG

11.4 ZENTRALSPEICHERUNG

12 DATENÜBERTRAGUNGSRATEN IM BREITBAND-ISDN

12.1 BEZUG DATENRATE - DATENPAKETE PRO SEKUNDE

12.2 KONSEQUENZEN FÜR DIE SIMULATION

13 DAS IN DER SIMULATION VERWENDETENUMMERNSYSTEM

14 GRUNDSÄTZLICHES ZUR IMPLEMENTATION

15 DIE IMPLEMENTATION DER ATM-ZELLEN ( ZELLE.CPP )

15.1 DIE KLASSE ATM_ZELLE

15.2 DIE KLASSE ZELLE_UNI

15.3 DIE KLASSE ZELLE_NNI

15.4 DIE DATEN VON ZELLE.CPP

15.4.1 DIE EIGENSCHAFTEN DER KLASSEN ATM_ZELLE, ZELLE_UNI BZW. ZELLE_NNI

15.4.2 GLOBALE DEKLARATIONEN

16 DIE IMPLEMENTATION DER ATM-KNOTEN ( KNOTEN.CPP )

16.1 DIE KLASSE ATM_KNOTEN

16.2 DIE DATEN VON KNOTEN.CPP

16.2.1 DIE EIGENSCHAFTEN DER KLASSEATM_KNOTEN

16.2.2 GLOBALE DEKLARATIONEN

17 DIE IMPLEMENTATION DER ATM-TEILNEHMER ( TEILN.CPP )

17.1 DIE KLASSE ATM_TEILNEHMER

17.2 DIE DATEN VON TEILN.CPP

17.2.1 DIE EIGENSCHAFTEN DER KLASSE ATM_TEILNEHMER

18 DIE IMPLEMENTATION EINES ZELLGENERATORS ( GENER.CPP )

18.1 DIE KLASSE GENERATOR

18.2 DIE DATEN VON GENER.CPP

18.2.1 DIE EIGENSCHAFTEN DER KLASSE GENERATOR

19 BESCHREIBUNG DER DEMONSTRATIONS-PROGRAMME

19.1 DEMO1.CPP: FEHLERERKENNUNG UND KORREKTUR

19.2 DEMO2.CPP: ZEITSTEMPEL, VERBINDUNGSAUFBAU

19.3 DEMO3.CPP: KOPPELVIELFACH / PUFFERGRÖSSE

19.4 DEMO4.CPP: BESETZT-SITUATION

19.5 DEMO5.CPP: WEGESUCHE/ROUTING

19.6 DEMO6.CPP: SERVICE-ZELLEN

19.7 DEMO7.CPP: KONFLIKTVERMEIDUNG BEIM ROUTING

19.8 ZUSAMMENFASSUNG

20 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICKE

Zielsetzung und Themen

Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die objektorientierte Modellierung und Implementierung von ATM-Netzknoten (Asynchronous Transfer Mode) unter Verwendung der Programmiersprache C++. Dabei liegt der Fokus auf der Simulation von Verbindungsaufbau, Routing und Zellverarbeitung innerhalb eines solchen Netzwerks.

• Grundlagen von ATM-Vermittlungsverfahren und Schichtenmodellen.
• Detaillierte Analyse und Modellierung des ATM-Zellformats (UNI/NNI).
• Simulationskonzepte für Routing und Verbindungsmanagement in Koppelnetzen.
• Implementierung der wesentlichen Netzwerkkomponenten mittels C++-Klassen (Zellen, Knoten, Teilnehmer, Generatoren).

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 EINLEITUNG: Einführung in die Grundlagen des Asynchronous Transfer Mode (ATM) als verbindungsorientierte Übertragungsart.

2 VERMITTLUNGSVERFAHREN: Gegenüberstellung von Leitungs-, Nachrichten- und Paketvermittlung sowie deren Relevanz für ATM.

3 SCHICHTEN DES ATM: Beschreibung des ATM-Schichtenmodells mit der physikalischen Schicht, der ATM-Schicht und der Anpassungsschicht.

4 BESCHREIBUNG DES ATM-ZELLFORMATS: Erläuterung des Aufbaus der 53-Byte-Zellen, unterteilt in Header und Informationsfeld für UNI- und NNI-Schnittstellen.

5 ROUTING IN ATM-NETZWERKEN NACH DEM VERBINDUNGSAUFBAU: Erörterung der Mechanismen von VPI und VCI zur effizienten Lenkung von Zellen durch das Netzwerk.

6 SIGNALISIERUNG IN ATM-NETZWERKEN: Analyse der Signalisierungsverfahren für Verbindungsaufbau und -abbau mittels UNI- und NNI-Nachrichten.

7 VERBINDUNGSAUFBAU IN ATM-NETZWERKEN: Detaillierte Beispiele für den Signalisierungsablauf und die Verwaltung von Verbindungstabellen.

8 ZEITLICHE VORGÄNGE AN DER UNI-SCHNITTSTELLE: Prozessdarstellung der zeitabhängigen Ereignisse bei der Kommunikation zwischen Teilnehmer und Netzwerk.

9 KOPPELNETZE: Einführung in technische Implementierungen von Koppelnetzen und die Funktionsweise von Crosspoints sowie Banyan-Netzwerken.

10 WEGESUCHE IN KOPPELNETZEN: Untersuchung von Strategien zur Pfadfindung unter besonderer Berücksichtigung von Banyan-Netzwerken.

11 MASSNAHMEN GEGEN BLOCKIERUNG IN KOPPELNETZEN: Diskussion verschiedener Pufferungskonzepte wie Eingangs-, Ausgangs- und Zentralspeicherung zur Vermeidung von Zellverlusten.

12 DATENÜBERTRAGUNGSRATEN IM BREITBAND-ISDN: Berechnungsgrundlagen für Durchsatz, Paketraten und die für die Simulation notwendigen Zeitmodelle.

Schlüsselwörter

ATM, Asynchronous Transfer Mode, Zellformat, Routing, VPI, VCI, Signalisierung, Koppelelemente, Banyan-Netzwerke, Pufferung, Simulation, C++, Netzwerkknoten, Datenübertragungsrate, B-ISDN.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der objektorientierten Modellierung von ATM-Netzwerken, wobei die grundlegenden Mechanismen von ATM, wie Routing, Verbindungsaufbau und Zellverarbeitung, mittels C++ simuliert werden.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Im Zentrum stehen die Struktur des ATM-Zellformats, verschiedene Vermittlungs- und Routingverfahren, der Verbindungsaufbau mittels UNI- und NNI-Signalisierung sowie Ansätze zur Implementierung eines ATM-Simulators.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das primäre Ziel ist die Entwicklung wiederverwendbarer C++-Klassen zur Modellierung und Simulation von ATM-Netzknoten und Endteilnehmern, um die Dynamik von ATM-Netzen (wie Zellfluss und Blockierung) nachvollziehbar zu machen.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Der Autor wendet einen objektorientierten Ansatz zur Softwareentwicklung an und verknüpft diesen mit einer ereignisgesteuerten Simulation, die auf festen Zeiteinheiten und mathematischen Modellen für Datenübertragungsraten basiert.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen zu ATM-Netzen (Koppelnetze, Pufferung, Signalisierung) und einen umfangreichen Implementierungsteil, in dem die entwickelten C++-Klassen für Zellen, Knoten, Teilnehmer und Generatoren detailliert erläutert werden.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Typische Schlüsselbegriffe sind ATM, VPI/VCI-Routing, Koppelnetze, Signalisierung, Zellformat, Pufferstrategien und C++-Implementierung.

Wie werden Konflikte bei der Vergabe von VPI/VCI gelöst?

Gemäß ITU-Empfehlung Q.2764 wird ein Verfahren genutzt, bei dem benachbarte Knoten an einem Teilstreckenpaar die verfügbaren VPI/VCI-Nummern aufteilen: Ein Knoten vergibt nur gerade, der andere nur ungerade Werte.

Welche Rolle spielen "Service-Zellen" in der Simulation?

Service-Zellen, wie z.B. Setup-, Connect- oder Pufferfüllungs-Nachrichten, dienen der internen Steuerung und Signalisierung des Netzwerks, jenseits der reinen Nutzdatenübertragung.