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
‫‪ MT‬‬
‫‪R‬‬
‫‪2 G‬‬
‫‪ 0 . 184  18 . 4 %‬‬
‫‪Max‬‬
‫‪ALOHA‬‬
‫‪L‬‬
‫‪R‬‬
‫‪10‬‬
‫‪ML‬‬
‫‪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
ML
 MT
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
‫‪ML‬‬
‫‪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