Transcript network2-4
به نام خدا شبكه هاي كامپيوتري 2 زهره زرین قلمی [email protected] Email: فصل چهارم: مدیریت کانال پخش همگانی پروتکل های مدیریت کانال پخش همگانی به صورت توزیع شده عبارتند از: • توکن باس و • توکن رینگ 3 توکن باس IEEE 802.4 دسترسی به کانال در IEEE802.4یا توکن باس بر اساس تصمیم گیری توزیع شده است .در این استاندارد کامپیوتری اجازه ارسال دارد که توکن را در اختیار داشته باشد .توکن یک فریم کنترلی که ما بین کامپیوترها می چرخد .مشخصات این استاندارد عبارتند از : توپولوژی :باس محیط انتقال :کابل کواکس 75اهمی پروتکل :توکن باس ارسال اطالعات 10Mb/s :و 5Mb/s 4 پروتکل توکن باس به صورت زیر عمل می کند: -1در ابتدا کامپیوتر ها آدرس MACخود را بر روی کانال مشترک باس پخش همگانی می کنند تا تمامی کامپیوترها از آدرس یکدیگر با اطالع شوند. -2هر کامپیوتر کافی است آدرس MACکامپیوتر بعد و قبل از خود را بشناسد و ترتیب آن را بر اساس ترتیب نزولی آدرسهای MACاست .کامپیوتری با کوچکترین آدرس MACنیز بایستی آدرس کامپیوتری با بزرگترین آدرس MACرا بشناسد ،بنابراین یک حلقه به صورت مجازی بین کامپیوترها ایجاد می شود .برای ایجاد حلقه مجازی ترتیب قرار گرفتن فیزیکی ایستگاهها مهم نیست بلکه فقط آدرس فیزیکی MACمهم است. -3کامپیوتری با باالترین آدرس MACفریم توکن را ایجاد نموده و آن را تملک می کند. -4هر کامپیوتر با تملک توکن اگر اطالعاتی برای ارسال نداشته باشد توکن را برای همسایه بعدیش میفرستند (جهت حلقه و جهت حرکت توکن از آدرس بزرگتر به آدرس کوچک تر است) ولی اگر اطالعاتی جهت ارسال داشته باشد به اندازه یک حداکثر زمان خاص بنام زمان نگهداری توکن ) Token Hold Time(THTمی تواند فریم های داده را ارسال نماید .این زمان توسط تایمر مشخص می شود. -5بعد از اتمام ارسال داده کامپیوتر بایستی توکن را برای کامپیوتر همسایه اش ارسال نماید. -6مراحل 4تا 5دوباره تکرار می شوند. 5 مکانیزم اولویت گذاری توکن رینگ دارای 4اولویت مختلف برای داده های متفاوت نظیر (صورت ,متن و )... است. الویتها به صورت 0و2و4و 6شماره گذاری می شوند که داده با اولویت 6باالترین اولویت را دارد (مثال می تواند داده بالدرنگ باشد). در صورت دریافت و تملک توکن توسط یک کامپیوتر ،آن کامپیوتر می تواند اکثریت زمان THTرا برای داده با اولویت باال اختصاص دهد و به همین ترتیب کسر حداقلی از زمان THTرا برای ارسال داده با اولویت های پایین تر قرار دهد . بنابراین مکانیزم اولویت گذاری در توکن باس به صورت محلی است یعنی هر کامپیوتر اولویت را برای داده های ارسالی خود و بدون توجه به داده های دیگر کامپیوترها اعمال می کند. 6 توکن رینگ )(IEEE802.5 ابتدا IBMشبکه ای بر اساس پروتکل توکن رینگ ایجاد نمود و بعدا توسط موسسه استاندارد IEEEبه نام استاندارد 802.5تدوین شد. تصمیم گیری برای دسترسی به کانال در این استاندارد به صورت توزیع شده است و کامپیوتری اجازه ارسال دارد که توکن را در اختیار داشته باشد.مشخصات این استاندارد عبارتند از: توپولوژی:حلقه یا به عبارت دقیق ترسیم بندی ستاره توپولوژی حلقه ) ( STAR Wired topologyهر ایستگاه به صورت اتصال نقطه به نقطه به ایستگاه قبلی و بعدی خود متصل است هر ایستگاه در صورت دریافت فریم آن را برای ایستگاه بعدیش ارسال می کند ( تکرار می کند) و همه ایستگاه ها آن فریم را می بینند. برای افزایش قابلیت اطمینان در این استاندارد از دستگاه مرکزی به نام ) (Multi station access Unit MAUاستفاده می شود(.همانند استفاده از Hubدر استاندارد ) IEEE 802.3 علت استفاده از MAUدر این استاندارد ،توپولوژی آن را حلقه ولی سیم بندی آن را ستاره می نامند .استفاده از MAUدر این است که با خرابی یک کانال کل شبکه از کار نمی افتد و فقط ارتباط ایستگاه متصل به آن از دست می رود مگر این که با خرابی MAUکل شبکه از کار بیفتد. محیط انتقال :زوج سیم بهم تابیده (.)UTP Cat4 پروتکل :توکن رینگ نرخ ارسال داده4-16 Mb/s: روش رمز گذاری :تفاضلی منچستر . 7 مراحل اجرای پروتکل توکن رینگ به صورت زیر است: الف :یک توکن در حال گردش در حلقه است. ب :دریافت توکن توسط هر ایستگاه مجوز برای ارسال فریم است. ج :اگر یک ایستگاه توکن را دریافت نمود. -1یا اطالعاتی برای ارسال ندارد و یا اطالعاتی با اولویت کمتر از اولویت توکن دارد که توکن را برای ایستگاه بعدی ارسال کند و -2یا اطالعاتی برای ارسال دارد ( با اولویت بیشتر از اولویت توکن) پس ابتدا توکن را تملک می نماید ( با تغییر یک بیت آن توکن تبدیل به ابتدای شروع یک فریم داده می شود) و در ادامه داده را به فریم داده ضمیمه نموده و برای ایستگاه بعدی ارسال می کند .زمانی که فریم داده در حال چرخش در حلقه است دیگر فریم توکن در شبکه وجود ندارد مگر اینکه فرستنده توکن را آزاد کند. 8 د :هر ایستگاه فریم داده را بدون تغییر برای ایستگاه بعدیش ارسال می کند تا در نهایت فریم داده را ایستگاه گیرنده دریافت نماید و دو بیت ( Aدسترسی )Access و ( cذخیره کردن و کپی برداری ) copyدر فیلد FSرا که در ابتدا فرستنده صفر نموده است را به طور مناسب تغییر دهد و دوباره فریم به حلقه باز می گرداند تا به فرستنده اولیه برسد( ACKبرای فرستنده). وقتی فریم به ایستگاه فرستنده اولیه رسید ابتدا فریم داده را از حلقه بر می دارد یعنی با تغییر یک بیت به توکن تبدیل می شود و سپس دو بیت C,Aرا بررسی می نماید: A=C=0یعنی گیرنده به فریم دسترسی نداشته است پس یا گیرنده خاموش بوده است یا آدرس ده اشتباه بوده است. C=0و A=1گیرنده روشن بوده است اما نتوانسته از فریم کپی برداری نماید .ممکن است بافر گیرنده پر بئده باشد. C=1و A=1گیرنده روشن بوده است و توانسته به درستی فریم را دریافت نماید. و -فرستنده بعد از تبدیل فریم داده به توکن آن را برای ایستگاه بعدی ارسال می کند. مراحل فوق برای دیگر ایستگاهها نیز تکرار می شود. ز -مراحل فوق برای دیگر دستگاهها نیز تکرار می شود. 9 توکن رینگ با نرخ ارسال 16Mb/sاز روش early token releaseاستفاده می کند یعنی بعد از ارسال فریم داده سریعا فریم توکن را نیز ارسال می کند بنابراین نرخ ارسال داده افزایش میابد. داده کنترل و فریم توکن به صورت شکل زیراست. 10 داده کنترل و فریم توکن در توکن رینگ : ETX,STXبایت های کنترلی برای مشخص نمودن ابتدا و انتهای فریم هستند برای تمایز این بایت های کنترلی با دیگر بایت های ارسالی از کد نا معتبر در روش تفاضلی منچستر استفاده می شود یعنی به جای ارسال دو نیم سیکل(نیم سیکل ولتاژ باال و نیم سیکل ولتاژ پایین و بالعکس) برای بیت های داده صفر و یک از یک سیکل کامل ولتاژ پایین و یا یک سیکل کامل ولتاژ باال استفاده می شود. : (ACCESS CONTROL)ACیک بایت ( 8بیت) شامل سه بیت اولویت فریم سه بیت رزرو اولویت ،بیت توکن و بیت مانیتور است .بیت توکن برای تمایز فریم توکن با فریمهای داده و کنترل است .بیت مانیتور برای این است که آیا یک فریم بیش از یک بار در حلقه چرخیده است یا نه؟ فیلد ) :FC (Frame Controlبرای تمایز فریم داده از فریم کنترلی و تعیین نوع فریم کنترلی الیه پیوند داده بکار می رود. فیلد آدرس مقصد و مبدا :همان آدرس های فیزیکی کارت شبکه است که همانند فیلد آدرس در IEEE802.3است. 11 داده کنترل و فریم توکن در توکن رینگ فیلد داده :اندازه داده به حداکثر زمانیکه یک ایستگاه می تواند توکن را در اختیار داشته باشد محدود می شود این زمان را زمان در اختیار گرفتن توکن می نامندTHT. فیلد CSیا : Check sequenceبرای کشف خطا بکار می رود. فیلد FSیا : Frame Statusبرای تشخیص وضعیت فریم بکار می رود به عبارت بهتر ACKو پاسخ گیرنده برای فرستنده فریم است و دو بیت آن توسط گیرنده تغییر می کند .بیت های AوC توجه :فریم توکن فیلد های آدرس مقصد و مبدا را ندارد زیرا همراه ارسال توکن برای ایستگاه بعدی حلقه ( متصل به صورت فیزیکی ) است. 12 مکانیزم اولویت گذاری در توکن رینگ سه بیت اولویت و سه بیت رزرو اولویت در فیلد ACبرای کنترل اولویت به کار می روند. با دریافت توکن در صورتی ایستگاه می تواند اطالعاتش را ارسال نماید که اطالعاتی با اولویت بیشتری یا مساوی با سه بیت اولویت توکن داشته باشد. با دریافت فریم داده اگر ایستگاهی داده ای با اولویت بیشتر از اولویت داده دریافتی داشته باشد می تواند توکن را برای گذر بعدی در حلقه رزرو نماید بطوریکه اولویت بیشتر خود را می تواند در سه بیت رزرو اولویت فریم داده قرار دهد بشرطیکه در آن سه بیت قبال اولویت داده بیشتری رزرو نشده باشد. بعد از دریافت فریم داده ارسالی توسط فرستنده اولیه و بررسی سه بیت رزرو اولویت فرستنده در صورت نیاز می تواند توکن با اولویت رزرو شده را برای ایستگاه بعدی ارسال نماید. 13 مکانیزم اولویت گذاری در توکن رینگ همانطور که مشخص است همواره اولویت توکن باال می رود بنابراین ایستگاهی که سطح اولویت توکن را باال می برد بایستی پس از اتمام ارسال داده با الویت باال، اولویت توکن را به اولویت قبلی که پایین تر است برگرداند. مکانیزم اولویت گذاری در توکن رینگ سراسری است زیرا اگر یک ایستگاه داده ای با اولویت باال داشته باشد و دیگر کامپیوترها داده با اولویت پایینتری داشته باشند ائلئیت ارسال به صورت سراسری اعالم شده و فقط ایستگاه اول اجازه ارسال دارد. 14 مقایسه سه استاندارد 802.3و 802.4و 802.5 -1در استاندارد 802.3مکانیزم اولویت گذاری وجود ندارد و در 802.4مکانیزم اولویت گذاری به صورت محلی وجود دارد یعنی هر ایستگاه سهم خود را از پهنای باند شبکه دریافت می کند اما در 802.5مکانیزم اولویت گذاری به صورت سراسری وجود دارد و ممکن است به بعضی از ایستگاه ها زمان برای ارسال نرسد. -2استاندارد 802.3برای کاربرد های بالدرنگ مناسب نیست زیرا دسترسی به کانال به صورت تصادفی و رقابتی است اما دو استاندارد دیگر برای کاربرد های بالدرنگ مناسب هستند. -3استاندارد 802.3به صورت قطعی نیست و بر اساس تعداد ایستگاه ها ( ترافیک زیاد یا کم) زمان ارسال و دریافت فریم ها تغییر می کند اما 802.5و تا حدودی 802.4 به صورت قطعی عمل می کنند .یعنی حداکثر زمانیکه طول می کشد که یک فرستنده بخواهد یک فریم را ارسال نماید با توجه به کامپیوتر ها و ترافیک مشخص و قابل پیش بینی است بنابراین برای کاربردهایی که تاخیر بایستی قابل پیش بینی باشد ،مناسب است. 15 مقایسه سه استاندارد 802.3و 802.4و 802.5 -4در ترافیک زیاد به علت برخورد زیاد فریم ها استاندارد 802.3جوابگو نیست اما در دو استاندارد دیگر باالخره هر کامپیوتر سهمی از کانال را در اختیار می گیرد .در ترافیک زیادکارایی کانال در 802.3به شدت کاهش میابد ولی در ترافیک زیاد در 802.5کارایی کانال تقریبا به یک ( 100در صد ( می شود. -5در ترافیک کم تاخیر ارسال فریمها در 802.3تقریبا صفر است زیرا هر کامپیوتر هر وقت نیاز به ارسال اطالعات داشت با بررسی کانال و خالی بودن آن همان لحظه شروع به ارسال می کند ولی در دو روش دیگر تاخیر در ارسال فریم حتی در ترافیک کم نیز وجود دارد زیرا ایستگاهای فرستنده باید زمانی را منتظر بمانند تا توکن را در اختیار بگیرند. -6گم شدن توکن و یا وجود چندین توکن و ارائه راه حل برای این مشکالت ،وظایف الیه پیوند داده در 802.4 , 802.5را پیچیده تر می نماید در حالیکه د 802.3 چنین مشکالتی وجود ندارد. 16 )FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE(FDDIواسط داده توزیع شده فیبر نوری کاربرد های جدید و نرم افزار های جدید نیاز به سرعت بیشتری دارند بنابراین نیاز به شبکه های سریع احساس می شود. کمیته استاندارد ANSIمحصولی را به نام FDDIبا توجه به پروتکل توکن رینگ تولید مورد و سپس ISOآن را به عنوان استاندارد بین اللمللی پذیرفت. مشخصات FDDIعبارتند از: توپولوژی :حلقه ( از دو حلقه استفاده می شود) استفاده از دو حلقه باعث افزایش قابلیت اطمینان (با خرابی حلقه می توان دیگری را جایگزین نمود) و نیز افزایش نرخ انتقال می شود (انتقال داده به صورت همزمان در هر دو حلقه) رسانه انتقال :فیبر نوری نرخ انتقال 100Mb/s :در حداکثر فاصله 200Km 17 )FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE(FDDIواسط داده توزیع شده فیبر نوری رمز گذاری 4B/5B :به جای استفاده از روش رمز گذاری تفاضلی منچستر از این روش استفاده می شود بطوریکه بجای ارسال هر 4بیت 5بیت ارسال می شود ( به جای ارسال هر 8بیت داده ده بیت ارسال می شود ).فرکانس کاری این روش نصف روش منچستر و تفاضلی منچستر است اما خاصیت همزمان سازی گیرنده با فرستنده را ندارد .جدول 3-4نمایش روش رمز گذاری 4B/5Bاست 18 )FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE(FDDIواسط داده توزیع شده فیبر نوری پروتکل :شبیه توکن رینگ است که در هر حلقه به صورت جداگانه این پروتکل اعمال می شود تفاوت های پروتکل FDDIبا توکن رینگ عبارتند از: -1بعد از اتمام ارسال هر فریم داده ،فرستنده سریعا توکن را نیز آزاد می کند ( )EARLY TOKEN REIEASAزیرا فاصله قطعه ممکن است بسیار زیاد باشد مثال 200Kmو در زمان صرفه جویی می شود بنابراین ممکن است چندین فریم داده به صورت همزمان در حلقه وجود داشته باشد. -2فریم داده هر دو یکسان است جز اینکه در ابتدای فریم ارسالی FDDIبایت های مقدمه وجود دارد و چندین بایت کنترلی برای همزمان گیرنده با فرستنده ارسال می شود. -3مکانیزم اولویت گذاری FDDIشیبه توکن باس ( )802.4و به صورت محلی است. ایستگاه ها به دو کالس B,Aتقسیم می شوند .ایستگاه های کالس Aبه هر دو حلقه اتصال دارند و ایستگاه های کالس Bفقط به یک حلقه متصل هستند. 19 )FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE(FDDIواسط داده توزیع شده فیبر نوری توجه :از FDDIاغلب به عنوان ستون فقرات ( )Back boneمطابق شکل زیر استفاده می شود back bone .شبکه ای سریع است که برای اتصال شبکه های LANو کامپیوترها با یکدیگر بکار می رود. 20 ( شبکه محلی بیسیمWLAN) IEEE 802.11 (یاWireless) به عنوان استانداردی برای شبکه های بیسیم1997 در سال802.11 استاندارد شبکه های بیسیم امروزه استفاده زیادی دارند جدول زیر مشخصات این،معرفی شد :شبکه ها را بیان می کند Wireless Area Network Wireless Personal Area Network (WPADN) Wireless Local Area Network (WLAN) Wireless Wide Area Network (WWLN) Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) Wireless Global Areal Network (WGAN) 21 Range 10 m 100m (to an access point) 2-3Km To a base station 30Km 500-1500 Km (to a Satellite) Power Drain Low Medium Transmit Speed 800 Kbps 11Mbps Example Primary Application/ Usage Scenario Bluetooth Cable replacement between nearby devices Wi-Fi (IEEE 802.11b) Accessing an existing Ethernet network run on cables GSM,CDMA, GPRS,CDPD, TDMA Voice and data communication High 14.4-56 Kbps Very High 105Mbps Sprint fixed wireless Replace ASDN DSL. Cable modem High 64 Kbps Iridium Global Star satellite phones Military )(Wirelessیا (WLAN) IEEE 802.11شبکه محلی بیسیم مشخصات این استاندارد عبارت است از : رسانه و محیط انتقال :هوا و فضای آزاد توپولوژی :زمانیکه ایستگاهها از طریق هوا (بی سیم ) با یکدیگر ارتباط دارند شاید صحبت از توپولوژی یا چگونگی اتصال کامپیوتر ها به یکدیگر بدون معنی باشد. نرخ انتقالMb / s2-1 : پروتکل(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) :یا . CSMA/CAدر 802.11کامپیوتر ها برای استفاده از کانال مشترک بی سیم بر اساس پروتکل CSMAبا یکدیگر مجادله (رقابت) می نمایند .برای کاهش احتمال برخورد در 802.11از مکانیزم اجتناب از برخورد استفاده می شود. روش رمز گذاری :معموالً از دو روش رمزگذاری یعنی انتقال داده روی کانال فیزیکی یا رسانه انتقال استفاده می شود: -1مادون قرمز ( )Infra Redیا IR Spread Spectrum -2 22 )(Wirelessیا (WLAN) IEEE 802.11شبکه محلی بیسیم -1مادون قرمز ( )Infra Redیا :IRسیگنالهای مادون قرمز در کنترل های تلویزیون و ویدئو نیز بکار می روند مزیت آن پهنای باند باالی انتقال داده است و عیب آن نیز عدم عبور از اجسام سخت است. :Spread Spectrum -2یعنی سیگنال داده به بخشهای کوچکتر تقسیم شده و هر یک با استفاده از محدوده فرکانس خاصی ارسال می شوند .فرکانس کاری این روش در طیف فرکانسی است که برای نیاز به کسب مجوز از مخابرات نیست. محدوده فرکانسی 902-928 MHZو 2.4-2.48GHZنیازی به کسب مجوز ندارد. 23 )(Wirelessیا (WLAN) IEEE 802.11شبکه محلی بیسیم دو روش Spread Spectrumعبارتند از: الف (Frequency Hopping Spread Spectrum) FHSS -با استفاده از FSKو طیف فرکانس 2.4GHZو در یک زمان پیوسته وکوتاه فرستنده داده را ارسال نموده و با شیفت فرکانس (عمل ) hopادامه داده را ارسال می کند .گیرنده نیز با همزمان کردن خود با فرستنده و hopدر فرکانس های مختلف داده را دریافت می کند تکنولوژی استفاده شده در این روش FDMاست. ب :(Direct Sequence Spread Spectrum)DSSS -این روش شبیه CDMعمل می کند. 24 مشکل ایستگاه پنهان مطابق شکل 15-4و به علت فاصله زیاد ،دوایستگاه Aو Bفریمهای همدیگر را نمی توانند دریافت نمایند (بشنوند) بنابراین اگر هر دو فریمی را برای Cارسال نمایند فریمها دچار تداخل شده و از بین میروند این مشکل را بنام ایستگاه پنهان می نامند و پروتکلی CSMA/CAاین مشکل را برطرف می کند. 25 پیاده سازی شبکه محلی بی سیم شبکه محلی بی سیم به دو صورت زیر پیاده سازی می شود: -1روش ( Ad hocنظیر به نظیر) :هر کامپیوتر به طور مستقیم با کامپیوتر دیگر ارتباط دارد .این روش وقتی تعداد کامپیوترها کم باشد ،فاصله بین آنها نیز کوتاه باشد و نیاز به گسترش شبکه نیست استفاده دارد. -2روش :Infrastructureدر این روش یک دستگاه مرکزی بنام (Access point) APوجود دارد و گروهی از کامپیوترها با فرکانسهای یکسان و با استفاده از APبا یکدیگر ارتباط دارند .تمامی ارتباطات از APعبور می کند و َ APشبیه یک تکرارگر با قابلیت تولید دوباره سیگنال دریافتی و ارسال آن با قدرت بیشتر و فاصله طوالنی تر عمل می کند. 26 پیاده سازی شبکه محلی بی سیم 27 انواع شبکه های WLAN شبکه WLANبا نرخ انتقال بیشتر در جدول زیر آورده شده اند: جدول انواع شبکه های WLAN 28