Transcript Session 1
شبکه های کامپيوتری پيشرفته ارائه دهنده دکتر سيد امين حسيني E.mail: [email protected] Home page: http://hosseini.staffcms.um.ac.ir مروری بر اصول و مباني شبکهها 2 مهر 85 فهرست مطالب 3 معماری شبکه پروتكل با ساختار سلسله مراتبي مقولههاي طراحي در اليهها خدمات اتصالگرا و خدمات بياتصال توابع ابتدائي در سرويسها ربط بين سرويسها و پروتكلها چند نمونه از شبکه ها مفاهيم کلي : ال يه ) :(Layerجهت کاهش پیچیدگی طراحی شبکهها به شکل مجموعه ای از الیه ها لزوم طراحي اليهاي كاهش پيچيدگيهاي طراحي سازماندهی می شوند.هدف هر الیه ارائه خدمات به الیه باالتر خود هست و کامال مستقل از الیه های دیگر پروتکل ) :(Protocolمجموعه قواعد و قوانین بکار رفته در هر الیه که با الیه نظیر خود محاوره می کند. پردازشهای همتا ) :(peer processتمام اجزاء موجود در اليه های یکسان در ماشینهای مختلف واسط ( :)interfaceبین هر دو الیه مجاور یک واسط هست که عملیات و خدمات پایه ای که الیه زیر ین به باالیی می دهد را تعریف می کند معماري شبكه 4 ( : )network architectureمجموعه پروتکلهای حاکم بر کل الیه و الیه ها معماري شبكه 5 network architecture اليهها ،پروتکلها و The philosopher-translator-secretary architecture. 6 .1 مالحظاتی در طراحی اليه ها نظام آدرس دهی و سازو کار برقراری يک اتصال کند با چه فرایندی در مقصد می خواهد ارتباط بگیرد) (یک فرایند در مبدا باید تعین .2قطع اتصال قواعد اتصال ( یک طرفه ،دو طرفه) .3 کانال منطقی (پروتکل ارتباطی بایستی تعداد کانالهای منطقی برای هر اتصال مشخص کند). .4 کنترل خطا (کشف خطا و اطالع آن به مبدا) .5 .6کنترل جريان .7رعايت ترتيب بسته ها .8شکستن بسته ها و اسمبل کردن آنها .9مالتی پلکس (انتخاب بهترین مسیر) .10مسير يابی ( قطع اتصالهایی که دیکر الزم نیستند) مدلهاي مرجع بر اساس سازمان استانداردهاي جهاني ISO 8 مدل مرجع OSI مدل مرجع TCP/IP مقايسه مدل OSIبا مدل TCP/IP كاستيهاي مدل OSIو پروتكلها كاستيهاي مدل مرجع TCP/IP اصول مدل مرجع OSI( Open System )Interconnection • يك اليه ،زماني بايد ايجاد شود كه خدمت متفاوتي مورد نياز است. • هر اليه بايد وظيفه مشخص ي داشته باشد. • وظيفه هر اليه بايستي با در نظر گرفتن قراردادهاي جهاني تعريف گردد. • مرزهاي اليه بايد براي كم كردن جريان اطالعات از طريق رابط اليهها انتخاب شوند. • تعداد اليهها بايد به اندازهاي زياد باشد كه وظايف متمايز در يك اليه مشترك نباشد و به اندازهاي كم باشد كه معماري آنها نامناسب نگردد. اليههاي مدل مرجع OSI 10 اليه فیزيکي Physical layer وظيفه ارسال بيتهاي خام(پردازش نشده) بر روي کانال ارتباطي و حصول اطمينان از ارسال درست بيت مورد نظر()parity سواالت مطرح • چند ولت نشانگر 1و یا 0هست؟ • تعداد پایه های اتصال دهنده؟ • خط یک طرفه هست یا 2طرفه؟ • چگونه ارتباط بر قرار و قطع می شود؟ اليه پيوند دادهها Data link layer اين اليه وظيفه تبديل وسايل انتقال اطالعات خام به كانال ارتباطي بدون خطا از ديد اليه شبكه را بر عهده دارد و حاوي زير اليه خاص ي به نام زير اليه دستيابي شبکه MACميباشد. قاب بندی داده ها و قاب تصدیق Check sum Flow Control 12 اليه شبکه Network layer اين اليه وظيفه کنترل زير شبکه و همچنين چگونگي هدايت بستههاي اطالعاتي را از مبدأ به مقصد بر عهده دارد. مسیر یابی ایستا مسیر یابی پویا کنترل ازدحام ()congestion امکان اتصال شبکه های ناهمگن (متفاوت در طول بسته ها ،آدرس دهی ،پروتکل) اليه انتقال Transport layer وظيفه اصلي اين اليه دريافت داده از اليه باالتر و در صورت نياز شكستن آن به اندازههاي كوچكتر ،فرستادن آنها به اليه شبكه و اطمينان حاصل كردن از اينكه دادهها بطور صحيح به طرف مقابل ميرسد. اتصال مستقل بین پردازشهای متناظر میزبان مبدا و مقصد اگر ایجاد ونگهداری اتصاالت در سطح الیه شبکه گران باشد الیه انتقال چند اتصال را از یک اتصال در الیه شبکه عبور می دهد اگر نیاز به باال بردن توان عملیاتی باشد این الیه چند اتصال را در الیه شبکه ایجاد می کند تعیین نوع خدمات (اتصال گرا ،بدون اتصال) کنترل جریان بین میزبانها اليه جلسه Session layer اين اليه به كاربران در ماشينهاي مختلف اجازه ميدهد كه جلساتي را بين خودشان برقرار كنند و خدمات گوناگوني مانند کنترل گفتگو و مديريت نشانه و همگامسازي را نيز ارائه ميدهد. مديريت کنترل گفتگو: چون امکان انتقال یک طرفه و یا 2 طرفه وجود دارد در صورتی که ترافیک فقط در یک جهت در هر زمان ممکن باشد این الیه جساب نوبت ها را نگه می دارد. مديريت نشانه: به این معناست كه دو طرف یك عمل بحراني را در آن واحد انجام ندهند. ي: همگام ساز همگام سازي كمك ميكند كه در هنگام ارسال يک فايل بزرگ ،پس از ازكار افتادن و بروز مشکل ،انتقال دوباره از آخرين نقطه كنترلي ،تكرار گردد. اليه نمايش Presentation layer اين اليه به قواعد و معناي اطالعات فرستاده شده مربوط ميشود. اطالعاتی که در کامپیوترهای مختلف هست به شکل های مختلف ممکن است باشد(اسکی،ابسیدیک) برای ممکن سازی ارتباط بین آنها بایستی ساختار دادهای به شکل مجرد تعریف و براساس یک استاندارد کد گذاری به روی خط ارسال کرد .مدیریت تجرید ساختار دادهای و تبدیل نمادهای مورد استفاده یک کامپیوتر به نمادهای مورد استفاده شبکه بوسیله این الیه انجام می شود اليه کاربرد Application layer اين اليه شامل پروتکل هاي گوناگوني ميباشد كه مورد نياز عموم كاربران است. از آنجا که در کل شبکه پایانه های ناسازگار زیادی وجود دارند و از طرفی اگر همه آنها با یک نرم افزار مثال یک ویراستار کار کنند ناسازگاری های عمیقی بوجود خواهد آمد .برای رفع این ناسازگاری پایانه مجازی شبکه تعریف می شود که همه کاربران شبکه با آن پایانه مجازی کار می کنند .نرم افزارهای الزم برای کار با این پایانه های مجازی در این الیه می باشد. از دیگر اعمال این الیه انتقال پرونده هاست .از آنجا که قراردادها ی مختلف نام گذاری در سیستمهای مختلف وجود دارد ،انتقال پرونده نیازمند برسی اولیه سیستم های مبدا و مقصد است که در این الیه انجام می شود از ديگر قراردادهاي اين اليه ،ميتوان از پست الكترونيكي و اخبار شبكه و ...نام برد. نگاهی انتقادی به مدل OSI الیه ها با هم یکسان نیستند .الیه 5و 6خالی ولی الیه های 3و 4شامل چند زیر الیه. مدل 7الیه ای با خدمات و پروتکلهای آن خیلی پیچیده است و پیاده سازی آن خیلی مشکل. آدرس دهی ،کنترل جریان ،کنترل خطا بارها در الیه ها تکرار می شود. در نسخه های اولیه پروتکل عیر مبتنی بر اتصال نادیده کرفته شده بود سلسله مراتب در پروتكل نمونهاي از جريان اطالعات كه از ارتباط مجازي اليه 5پشتیباني مينمايد 19 رابطه سرويس و پروتکل سرويس مجموعه عملکردهای پایه که یک الیه در اختیار الیه باالتر از خود قرار می دهد. پروتکل مجموعه قواعد حاکم بر فرمت ،مفهوم ونحوه تبادل بسته ها و پیام ها بین دو الیه همتا رابطه سرويس وپروتکل رابطه بین سرویس و پروتکل سرويس های اتصال گرا غير مبتنی اتصال مبتنی بر اتصال سیستم های تلفن مانند خدمات ارائه شده توسط غير مبتنی بر اتصال پستی و مانند خدمات سیستم کيفيت سرويس های مبتنی بر اتصال سرويس قابل اطمينان نمی رود – تصدیق پیام – تاخیر دارد ولی ارزشمند است – بسیار مناسب برای انتقال فایل :هیچگاه داده از دست سرويس مبتنی بر اتصال قابل اطمينان جريان پيامها – محدوده 2پیام حفظ می شود ( 2پیام ارسال 2،پیام دریافت می شود و نه 1پیام که ترکیب 2تا باشد) مثال برای ارسال صفحات کتاب برای چابخانه خوبست جريان با يت ها – محدوده ندارد (راه تشخیص ی نیست که بایت های دریافتی مربوط به پیامی با چه طولی هست .مثال برای استفاده از پردازشگر راه دور خوبست. سرويس های غير مبتنی اتصال ایمیل) بنا بر شباهت با تلگراف آن را نیازی به برقراری اتصال از قبل نیست ( داده گرام نامند. – عیر قابل اعتماد مانند سرویس داده گرام – قابل اعتماد مانند سرویس داده گرام با تصدیق • مانند بسته پستی سفارش ی خدمات درخواست و پاسخ (یک داده گرام حاوی درخواست ارسال و پاسخی دریافت می کند) • کار با بانک های اطالعاتی چند نمونه از انواع خدمات اليهها: مثال سرويس چند صفحه متوالي استريم پيام قابل اعتماد ورود از راه دور به کامپیوتر استريم بايت قابل اعتماد صداي ديجيتالي اتصال غیر قابل اعتماد زبالههاي پستي الكترونيكي ديتاگرام غیر قابل اعتماد ايميل ثبت شده ديتاگرام تصديق شده جستجوي پايگاه داده درخواست -پاسخ اتصالگرا غیر اتصالگرا پنج عملکرد پایه برای سرویس اتصال گرا .1 .2 .3 .4 انتظار برای دریافت اتصال برقراری ارتباط با همتای متناظر انتظار برای دریافت اتصال ارسال پیام به همتا .5پایان اتصال اجزاء سرويس 28 پنج جزء براي فراهم كردن يك سرويس ساده اتصالگرا اجزاء سرويس بستههاي ارسالي در يك تعامل ساده كالينت-سرور در شبكه اتصالگرا 29 اليههاي مدل مرجع 30 TCP/IP اليه کاربرد Application layer اليه كاربرد در باالي اليه انتقال قرار دارد و شامل تمام قراردادهاي اليه باالتر ميباشد .مدلهاي اوليه ،شامل پايانه مجازي ( )telnetو انتقال فايل ( )ftpو پست الكترونيكي ( )SMTPبودهاند. 31 اليه انتقال Transport layer اين اليه شامل دو پروتکل به شرح زير ميباشد: •( TCPپروتکل كنترل انتقال) :پروتکل قابل اعتماد و اتصالگرايي است كه اجازه ميدهد رشتهاي از بايتهايي که از يک ماشين شروع به حرکت ميکنند ،بدون خطا به ماشين ديگري در اليه اينترنت تحويل شوند. • ( UDPپروتکل داده گرام كاربر) :يك پروتکل غير قابل اعتماد و بي اتصال براي كاربردهايي كه در آن تحويل سريع مهمتر از تحويل صحيح ميباشد بطور گسترده مورد استفاده قرار ميگيرد .اين پروتکل این موارد را تضمین می کند :تحویل دادن ،نگهداری ترتیب ،حفاظت در مقابل تکرار 32 ال يه اينترنت Internet layer وظيفه اصلي اين اليه دريافت داده از اليه باالتر و در صورت نياز شكستن آن به اندازههاي كوچكتر ،فرستادن آنها به اليه شبكه و اطمينان حاصل كردن از اينكه دادهها بطور صحيح به طرف مقابل ميرسد( .سوئیچینگ بسته ،مسیریابی ) 33 اليه میزبان به شبکه )(Network Interface فقط بيان ميكند كه ميزبان با استفاده از بعض ي از قراردادها به شبكه متصل شود .بنابراين ميتواند بستههاي IPرا از طريق آن ارسال كند .اين قرارداد از ميزبان به ميزبان تعريف شده است. 34 پروتكلها در مدل اوليه TCP/IP مقايسه مدلهاي مرجع OSIو TCP/IP هر دو بر اساس مفهوم پشتهاي از قراردادهاي مستقل پايهگذاري شدهاند. عملکرد اليهها در آنها مشابه به هم ميباشد. در هر دو مدل اليه باالي اليه انتقال اليه کاربران بر اساس کاربرد مربوط به خدمات انتقال قرار دارد. مدل OSIهر دو ارتباط اتصالگرا و بياتصال را در اليه شبكه و فقط اتصالگرا را در اليه انتقال پشتيباني ميكند. و مدل TCP/IPدر اليه شبكه فقط از ارتباط بي اتصال و از هردو ارتباط در اليه انتقال پشتيباني ميكند. 36 مقايسه مدلهاي مرجع OSIو TCP/IP مدل OSIقبل از اختراع پروتکلهای آن طراحی و ابداع شد این بدان معناست که مدل OSIوابستگی و تمایل خاصی به هیچ پروتکلی ندارد. در مورد TCP/IPوضع برعکس بود اول پروتکلها اختراع و توسعه داده شدند سپس مدلی برای توصیف آنها ساخته شد. مدل OSIهفت الیه دارد و مدل TCP/IPچهار الیه . 37 سه مفهوم اساس ي در مدل مرجع OSI در مدل OSIسه مفهوم محوری وجود دارد: •سرویس) (service •واسط) (interface •پروتکل) (protocol شاید بزرگترین دستاورد مدل OSIروشن ساختن مفاهیم فوق (و تفکیک آنها) باشد. چرا مدل OSIمحبوبيت جهانی نيافت؟ زمان نامناسب (اولين عامل شکست اين مدل زمان نامناسب بود زمانی که يک استاندارد وضع می شد اهميت حياتی در موفقيت يا عدم موفقيت آن دارد( .استاندارد گذاری در زمان مناسبی انجام نشد)) تکنولوژی نامناسب (مدل ها و پروتکل های آن ناقص و معيوب است ،پياده سازی آن دشوار و غير قابل فهم است و عملکرد ها در اليه های مختلف تکرار شده ) . پياده سازی نامناسب (با توجه به پيچيدگی بيش از حد مدل OSIو پروتکلهای آن جای تعجب نبود که اولين پياده سازی آن حجيم ،سنگين و کند باشد. سياست های نامناسب (اين پيش فکر وجود داشت که OSIاستانداردی دولتی است. بسياری از افراد (بويژه در محيط های دانشگاهی ) تصور می کردند که TCP/IPجزئی از يونيکس است که در آن دوران محبوبيتی فوق العاده داشت نگاهی انتقادی به مدل OSIو پروتکل های آن (زمان نامناسب) فرضیه مالقات فیل ها. فرضيه مالقات فيل ها این شکل میزان فعالیت های حول یک موضوع جدید را نشان می دهد. وقتی موضوعی برای اولین بار کشف می شود ،گرداگرد آن سیلی از فعالیت های تحقیقی ( به شکل بحث ،مقاله و سخنرانی) فرا می گیرد.بعد از مدتی این فروکش می کند بعد از اینکه صنعت به این موضوع عالقه مند شد ،موج سرمایه گذاری ها از پی می آید. بسیار مهم است که در محل تالقی این دو فیل ( موج تحقیق و موج سرمایه گذری) استانداردها به طور کامل وضع شوند. فرضيه مالقات فيل ها اگر استاندارد زودتر از موعد( قبل از پایان تحقیقات) نوشته شود ،خطر آن هست که موضوع به درستی درک نشده باشد و استاندارد ضعیف از آب در آید. اگر استاندارد دیرتر از موعد(بعد از شروع موج سرمایه گذاری) نوشته شود ،شرکتهای بسیاری قبال –از مسیرهای مختلف -در آن سرمایه گذاری کرده اند،و این خطر هست که استانداردهای آنها را نادیده بگیرد. اگر فاصله این دو فیل خیلی کم باشد (همه عجله داشته باشند که کار را زودتر شروع کنند) ،خطر آن هست که استاندارد نویسان بین آنها له شوند. فرضيه مالقات فيل ها اکنون معلوم شده است که پروتکل های استاندارد OSIبین فیل ها له شده اند. وقتی که پروتکل های OSIپا به عرصه وجود گذاشتند ،پروتکل های رقیب ( ) TCP/IPمدت ها بود که در مراکز تحقیقاتی و دانشگاه ها پذیرفته شده بودند .با اینکه هنوز موج سرمایه گذاری صنعتی در TCP/IPشروع نشده بود.اما بازار آکادمیک آنقدر بزرگ بود که شرکتهای بسیاری را تشویق به تولید محصوالت TCP/IPکند. وقتی OSIباالخره از راه رسید ،کسی نبود که داوطلبانه از آن پشتیبانی کند.همه منتظر بودند دیگری قدم اول را بر دارد ،.قدمی که هرگز برداشته نشد و OSIدر نطفه خفه شد. نگاهی انتقادی به مدل TCP/IPو و آن های تکل پر در اين مدل مفاهيم خدمات ،رابطه و و پروتکل بطور واضح قابل تفكيك نيست. مدل TCP/IPيك مدل عمومي نيست و براي تشريح هر پشتهاي از قراردادها به جز TCP/IPمفيد نيست. اليه ميزبان شبكه كه در مورد پروتکلهاي اليهاي وجود داشت ،بعنوان يك اليه محسوب نميشود و تنها به عنوان يك رابط (بين اليه شبكه و پيوند داده) عمل ميکند. در مدل TCP/IPتمايزي بين اليههاي فيزيكي و پيوند دادهها نيست .در ا صورتيکه اين دو اليه کامال از هم متمايز هستند. مدل هيبريد 45 مدل هيبريد كه در كتاب از آن استفاده شده است شبکه هاي نمونه -1اينترنت -2شبکه هاي اتصال-گرا Frame Relay، x.25 :و ATM -3اترنت -4شبکه هاي محلي بيسيم 46 اينترنت تعریف از گذشته تا به امروز آرپانت • شبکه آزمایش ی ( SRI ،UCLA ،UCSBو یوتا) آزمایشگاه ملی فیزیک وNLP دانشگاه کالیفرنیا در برکلی NSFNET آرپانت ( )aساختار شبکه تلفن ( )bطرح بارن برای يک سيستم سوئيچينگ توزيع شده كاربري اينترنت -1ايميل -2اخبار :گروه خبري يک محفل اختصاص يافته براي تبادل پيام در يک زمينه خاص است دور :هر روز هزاران نفر در سراسر دنيا براي ورود به -3ورود از راه :نوشتن ،اريال و دريافت نامه هاي پست الکترونيک کامپيوترهاي ديگر از طريق اينترنت از برنامه هايي مانند rlogin ،telnetيا sshاستفاده مي کنند :با استفاده از برنامه هاي ، FTPکار بران اينترنت مي توانند -4 انتقال فايل فايلهاي خود را از يک ماشين به ماشين ديگر گپي کنند. معماري اينترنت Overview of the Internet. ATM مدار مجازي A virtual circuit ATM An ATM cell مدار مجازي مدل مرجع ATM مدل مرجع ATM اليهها ،زيراليهها و توابع هر يك از آنها در مدل ATM اترنت معماري در اترنت ساده استانداردهاي IEEE 802 * مهمترين استانداردها استانداردهاي رو به افول † استانداردهاي كهنه و منسوخ سازمانهاي استاندارد •ANSIشبكه زمينه يك سازمان خصوص ي و غيرانتفاعي ميباشد كه وظيفه توسعه و هماهنگ سازي استانداردهاي ملي را داراست. تمام موارد بجز موارد الكتريكي و الكترونيكي را پوشش ميدهد. استانداردهاي آن با سرنام ISO شناخته ميشوند. توسعه اينترنت را كنترل ميكند كه شامل دو كميته IETFو IRTFميباشد. •IEEE در مسئول تعريف و تدوين استانداردهاي مخابراتي و ارتباطات دادهاي است. •ISO •IEC تمام استانداردهاي بيناملللي براي موارد الكتريكي و الكترونيكي تعريف ميكند. •IAB )Institute of Electrical and Electronic Engineer (IEEE )American National Standard institute (ANSI )International Electrotechnical Commission (IEC )International standard Organization (ISO )Internet Activities Board (IAB