Transcript دانلود
شبکه هاي کامپيوتري
فصل چهارم:
اليه پيوند داده ()Datalink Layer
کنترل دسترس ی به رسانه مشترک
1
ارتباط های دسترس ی چندگانه
رسانۀ مشترک پایه ای برای شبکه های همه پخش ی
کم هزینه :بصورت امواج رادیویی ،سیم مس ی یا زوج سیم به هم تابیده
Mکاربر با همه پخش ی بر روی رسانه ارتباط برقرار می کنند.
مسألۀ اصلی :چطور رسانه را به اشتراک بگذاریم؟
3
4
2
1
Shared multiple
access medium
5
2
M
روش های اشتراک رسانه
Medium sharing techniques
Dynamic medium
access control
Static
channelization
Random access
3
هماهنگی ضعیف
ارسال ،صبر ،تالش دوباره
اگر الزم باشد
Aloha
Ethernet
Scheduling
سرکش ی :استفاده از نوبت
درخواست بازۀ زمانی برای
ارسال در زمانبندی
Token ring
Wireless LANs
تقسیم بندی رسانه
تخصیص اختصاص ی به
کاربران
ارسال ماهواره ای
تلفن های سلولی
سرکش ی:زمانبندی
Data from
Data1 from 2
Poll 1
Host
computer
Inbound line
Data to M
Poll 2
Outbound line
1
2
M
3
Stations
4
Token-Passing :زمانبندی
Ring networks
J
M
token
I
A
Data to M
token
H
B
. درون حلقه ارسال می کند، را در اختیار داردtoken ایستگاهی که
5
دسترس ی تصادفی
Multitapped Bus
Crash!!
Transmit when ready
Transmissions can occur; need retransmission strategy
6
ALOHA
از روش کلی Stop & Waitاستفاده میکند.
یک ایستگاه هر زمان که داده برای ارسال داشته باشد ارسال می کند.
اگر بیش از یک فریم ارسال شود ،آن ها با هم تداخل می کنند ( تصادم ) و از دست می
روند.
اگر ACKها در زمان timeoutدریافت نشوند ،یک ایستگاه یک زمان backoff
تصادفی انتخاب می کند ( برای جلوگیری از تصادم های پی در پی)
ایستگاه پس از زمان بازگشت به عقب ( )backoffارسال مجدد انجام می دهد.
ارسال مجدد
اولین ارسال
مدت زمان بازگشت به عقب B
t
t0+X+2tprop + B
t0+X+2tprop
Time-out
7
t0+X
t0
بازه آسیب پذیری
t0-X
مدل ALOHA
تعاریف و فرضیات
زمان ارسال فریم Xاست ( فرض می شود ثابت است).
کارایی ( Uمتوسط تعداد فریم های ارسال شدۀ موفق در زمان )X
بار ( Gمتوسط تعداد تالش های ارسال در زمان ) X
احتمال ارسال موفق یک فریم Psuccess :
U GP success
اگر احتمال ارسال موفق 0.4باشد و ما 20بار برای ارسال بسته تالش کرده باشیم.
ً
نهایتا 8بسته با موفقیت ارسال شده است.
هر ارسالی که در بازۀ خطر ارسال شود
منجربه تصادم می شود.
موفقیت در صورتی که هیچ بسته ای
در مدت 2Xبرای ارسال نرسد.
8
X
frame
transmission
X
Prior interval
مدل ALOHA
تحلیل آماری نشان می دهد که احتمال ارسال kفریم در بازه زمانی ( tزمان ارسال فریم جاری)
از توز
:
کند
می
پیروی
پواسان
یع
k G
G e
!K
Gمتوسططط تولیططد فططریم جدیططد در واحططد زمططان(همططان بططازه زمططانی tاسططت) در Gهططم فططریم هططای اصططلی و هططم
فططریم هططای ارسططال مجططدد در اثططر تصططادم در نشططر گرفتططه مططی شططوند .بططازه کانططال برابططر بططا حاصططل ضططرب می طنان
بططار) (Gدر احتمططال موفقیططت در ارسططال (عططدم تصططادم) مططی باشططد کططه ایططن احتمططال از رابطططه زیططر بططه دسططت
می آید:
P r [k ]
G
بنابراین راندمان کانال در روش ALOHAاز رابطه زیر به دست می آید:
2 G
9
P r [0 ] e
Ge
ALOHA
U
کارایی مدل ALOHA
o
o
o
o
o
روابط مهم حل مسایل در پروتکل های ALOHAبه صورت زیر است ρ( .طول دوره آسیب پذیری
است).
:Mتعداد ایستگاه ها
:λنرخ تولید فریم
:Lطول فریم
:Tنرخ ارسال فریم
:Rنرخ ارسال بیتی
F
MT
R
2 G
0 . 184 18 . 4 %
Max
ALOHA
L
R
10
ML
G
U
Ge
1
2
ALOHA
Max
ALOHA
U
G
ALOHA 2 T F 2
Slotted ALOHA
زمان به بازه های Xثانیه ای تقسیم می شود.
ایستگاه ها با زمان فریم ها سنکرون می شوند.
ایستگاه ها فریم ها را در اولین بازه پس از رسیدن فریم ارسال می کنند.
اندازۀ backoffضریبی از بازه های زمانی است.
B
t
t0 +X+2tprop+ B
Backoff period
t0 +X+2tprop
Time-out
تنها فریم هایی که در xثانیۀ اولی می رسند تصادم می کنند.
زمان تصادم به مدت زمان طول بسته کاهش می یابد.
11
(k+1)X
kX
بازه آسیب پذیری
Slotted ALOHA کارایی
U GP success GP [ no arrivals in X seconds]
ثانیه اول نرسدX احتمال هیچ ورودی در
GP [ no arrivals in n intervals]
G (1 p )
n
G (1
G
)
n
Ge
مرحله نرسدn احتمال هیچ ورودی در
G
n
0.368
0.4
0.35
0.3
Ge-G
0.25
0.184
0.2
0.15
0.1
G
4
2
1
0.5
0.25
0.125
0.0625
0.03125
0
8
Ge-2G
0.05
0.015…
S
12
SLOTTED ALOHA مدل
طول دوره آسیب پذیریρ( . به صورت زیر استALOHA روابط مهم حل مسایل در پروتکل های
).است
G
ML
MT
R
U
G
SLOTTED
ALOHA
Max
SLOTTED
SLOTTED
ALOHA
ALOHA
F
o
o
o
o
o
G
Ge
1
U
TF
تعداد ایستگاه ها:M
نرخ تولید فریم:λ
طول فریم:L
نرخ ارسال فریم:T
نرخ ارسال بیتی:R
Max
SLOTTED
ALOHA
0 . 368 36 . 8 %
L
R
13
مثال
یک شبکه ALOHAفریم های 200بیتی را روی کانالی با نرخ 200kbpsانتقال
می دهد.گذردهی چقدر خواهد بود اگر همه ایستگاهها با یکدیگر 1000فریم بر
ثانیه تولید کنند؟
1000 200
1
5
2 10
2
e
2G
R
U ALOHA Ge
U R e 2 2 10 5 27 . 5 Kbps
14
ML
G
Throuput
)Carrier Sensing Multiple Access (CSMA
یک ایستگاه پیش از آغاز ارسال کانال را بررس ی می کند.
اگر مشغول باشد صبر می کند یا backoffرا زمان بندی می کند ( گزینه های مختلف)
اگر آزاد باشد ،ارسال را آغاز می کند.
دورۀ خطر به tpropکاهش می یابد(.به دلیل تأثیر بررس ی کانال)
زمانی که تصادم رخ می دهد کل زمان ارسال فریم را درگیر می کند.
اگر ) ،tprop >X (or if a>1هیچ بهبودی نسبت به ALOHAیا slotted-ALOHAندارد.
t prop
a
t frame
A
15
A
Station A begins
transmission at
t=0
Station A captures
channel at t = tprop
انتخاب ها در CSMA
رفتار ارسال کننده زمانی که کانال مشغول حس می شود:
16
(1-persistent CSMAحریصانه ترین)
ً
با آزاد شدن کانال ارسال سریعا آغاز می شود.
تأخیر کم و کارایی کم
( Non-persistent CSMAکمترین حریصانگی)
به اندازۀ یک بازۀ backoffصبر می کند و دوباره کانال را بررس ی می کند.
تأخیر زیاد و کارایی زیاد
( p-persistent CSMAحریصانگی تنشیم شده)
تا زمانی که کانال آزاد شود صبر می کند و با احتمال pارسال می کند و یا به اندازۀ یک بازۀ
زمانی کوچک یا mini-slotصبر می کند و کانال را با احتمال 1-pدوباره بررس ی می کند.
کارایی و تأخیر می توانند متوازن شوند.
Sensing
CSMAبا تشخیص تصادم )(CSMA/CD
IEEE 802.3
17
برای تشخیص تصادم نشارت می کند و ارسال را قطع می کند.
ایستگاه هایی که فریم برای ارسال دارند ابتدا کانال را بررس ی می کنند.
پس از آغاز ارسال ،ایستگاه همچنان به کانال گوش می کند تا تصادم احتمالی را تشخیص
دهد.
اگر تصادمی کشف شود ،تمام ایستگاه هایی که در حال ارسال بوده اند ،ارسال را متوقف
می کنند و یک زمان backoffتصادفی را برنامه ریزی می کنند و در زمان برنامه ریزی شده
دوباره تالش می کنند.
در CSMAتصادم باعث هدر رفتن Xثانیه برای ارسال ادامۀ فریم می شد.
روش CSMA-CDاین هدر رفتن را با تشخیص تصادم و قطع ارسال کاهش می دهد.
CSMA/CD زمان عکس العمل در
A begins to
transmit at A
t=0
B
A
B
B begins to
transmit at
t = tprop-
B
B detects
collision at
t = tprop
A detects
collision at A
t= 2 tprop-
;
It takes 2 tprop to find out if channel has been captured
18
مدل CSMA/CD
فرضیات:
تصادم ها می توانند در 2tpropکشف و رفع شوند.
زمان در دورۀ تصادم به 2tpropبازه تقسیم می شود.
فرض کنید nایستگاه مشغول داریم که هر کدام ممکن است با احتمال pدر بازۀ رقابت
ارسال کنند.
زمانی که بازۀ رقابت سپری شد ( ،یک ایستگاه موفق به تسخیر کانال شد) ،به اندازۀ X
ثانیه طول می کشد بسته ارسال شود.
به اندازۀ tpropطول می کشد که بازۀ رقابتی بعدی آغاز شود.
Busy
19
Time
Contention
Idle
Busy
Contention
Busy
)(a
تصمیم گیری در رقابت
چقدر طول می کشد رقابت انجام شود؟
یک رقابت موفق است اگر تنها یک ایستگاه در آن ارسال نماید.
n 1
با استفاده از احتمال موفقیت Psuccessمی توان حداکثر تعداد رخداد را پیدا نمودp=1/n :
1
e
) Psuccess np (1 p
n 1
)
1
(1
n
n 1
)
1
n
(1
1
n
n
max
success
بطور متوسط e = 2.718اسالت زمانی باید تالش شود تا رقابت به نتیجه برسد
متوسط زمان رقابت برابر است با
ثانیه
20
2 t prop e
P
گذردهی CSMA/CD
رقابت
رقابت
اشغال
اشغال
اشغال
رقابت
Time
در حداکثر گذردهی سیستم ها بین دورۀ رقابت و زمان ارسال فریم ها به نوبت عمل می
کنند.
1
1 a 1 2 e
1
1 a 2 ea
1
1 6 . 44 a
21
t frame
t frame t prop 2 et prop
2 e 1 6 .44
max
,
max
t prop
t frame
a
Backoffدودویی نمایی در ( CSMA-CDاترنت)
22
پس از nامین تصادم backoffرا از بین
} {0, 1,…, 2k – 1که ) k=min(n, 10انتخاب می کند.
گذردهی های کنترل های دسترس ی تصادفی
CSMA/CD
1
max
1-P CSMA
Non-P CSMA
0.8
0.6
Slotted ALOHA
0.4
ALOHA
0.2
a
0
0.01
0.1
1
a
For small a: CSMA-CD has best throughput
For larger a: Aloha & slotted Aloha better
throughput
t prop
t frame
23