network2-1 - گروه کامپیوتر
Download
Report
Transcript network2-1 - گروه کامپیوتر
به نام خدا
شبكه هاي كامپيوتري 2
زهره زرین قلمی
Email: [email protected]
منبع درس
-1كتاب شبكه هاي كامپيوتري
مؤلف :اندرو اس .تنن بام
مترجمین :دکتر حسین پدرام ،مهندس علیرضا زارع پور ،مهندس احسان ملکیان
-2كتاب شبكه هاي كامپيوتري (فصل هاي 5 ،4و )6
مؤلف :دكتر امير مسعود رحماني – انتشارات پوران پژوهش
2
تقسیم بندی نمره
-1امتحان میان ترم (3نمره)
-2امتحان پایان ترم (14نمره)
-3پروژه (3نمره) :پیاده سازی و انجام کار عملی در شبکه و ارائه در کالس (زمان ارائه از هفته آخر
فروردین تا هفته آخر اردیبهشت)
(پروژه مانند مجازی سازی ،ایجاد ،active directoryپیاده سازی یک سناریو شبکه (انواع شبکه
ها :محلی ،شهری ،بی سیم ،حسگرهاو)....در شبیه سازهای شبکه مانند packet ، opnet ،omnet
GNS ، tracerو ...
پروژه اجباری و به صورت گروه های 4نفره می باشد.
زمان ارائه داکیومنت پروژه هفته سوم اردیبهشت می باشد.
داکیومنت باید حداقل 80صفحه باشد.
3
فصل چهارم:
مدیریت
کانال پخش همگانی
مدیریت کانال پخش همگانی (کانال مشترک)
مدیریت کانال مشترک پیچیده تر از مدیریت کانال نقطه به نقطه است زیرا کانال نقطه فقط
مختص دو ایستگاه است اما کانال پخش همگانی بایستی بین چندین ایستگاه که می خواهند
اطالعات خود را ارسال نمایند به اشتراک گذاشته شود.
روش های اختصاص کانال مشترک ما بین چندین فرستنده:
-1روش ایستا()Static
-2روش پویا ()Dynamic
5
روش ایستا()Static
این روش از تکنیک تقسیم کانال ()Channel partitioningاستفاده می کند به طوری که
به هر فرستنده یک پهنای باند یا زمان ثابت برای استفاده از کانال داده می شود.
به طور مثال با استفاده از تکنیک FDMپهنای باند کانال بین تعدادی فرستنده به طور ایستا
تقسیم می شود و هرفرستنده حق استفاده از یک محدوده فرکانس خاصی را دارد و یا
درتکنیک TDMزمان در اختیار گرفتن کانال بین چندین فرستنده تقسیم می شود.
در روش های ایستا از ظرفیت کانال به صورت بهینه استفاده نمی شود.
زیرا اگر فرستنده اطالعاتی برای ارسال نداشته باشد در FDMپهنای باند کانال و در
TDMزمان استفاده از کانال تلف می شود.
6
روش پویا ()Dynamic
•در این روش زمان در اختیار گرفتن کانال برای فرستنده به صورت پویا و متغیر است.
•در روش های پویا فرستنده ممکن است:
-1برای در اختیار گرفتن کانال با یکدیگر مجادله با رقابت ( )Contentionنمایند .اگر
دو فرستنده همزمان فریم اطالعاتی خود را روی کانال ارسال نمایند .اطالعات با یکدیگر
تداخل نموده و از بین می رود و اصطالحا برخورد ( )Collisionرخ داده است و بایستی
توسط مکانیزمی یکبار دیگر همان فریم اطالعاتی را دوباره ارسال نمایند (نظیر پروتکل
های Alohaو ) CSMAو یا این که
-2زمان استفاده از کانال بدون برخورد اطالعات بین آن ها تقسیم شود (نظیر پروتکل
های مبتنی بر pollingو یا مبتنی بر توکن).
•در تمامی روش های فوق در یک زمان فقط یک فرستنده اجازه ارسال دارد ولی تعداد
گیرنده ها مهم نیست.
7
انواع روش های تصمیم گیری برای دسترسی به کانال مشترک
از طرف دیگر روش های تصمیم گیری برای دسترسی به کانال مشترک می تواند به
سه صورت:
-1متمرکز (روش های مبتنی بر ) polling
-2تصادفی ( پروتکل های Alohaو ) CSMAو
-3توزیع شده ( پروتکل های مبتنی بر توکن) باشد.
•تصمیم گیری برای استفاده از کانال مشترک در روش متمرکز بر عهده یک کامپیوتر
و به صورت متمرکز است.
• تصمیم گیری در روش تصادفی بر عهده هر کامپیوتر به صورت جداگانه و بدون
اطالع از وضعیت دیگر کامپیوترها است و
•تصمیم گیری در روش توزیع شده به صورت مشارکتی و توزیع شده بین چندین
کامپیوتر است.
در ادامه پروتکل های پیاده سازی شده به صورت پویا بررسی می شوند.
8
انواع روش های متمرکز
Roll Call polling -1
Hub polling -2
9
Roll Call polling -1
•در این روش دو کانال مشترک ،یکی برای انتقال داده و دیگری برای کنترل و به صورت حلقه
وجود دارد .یک کامپیوتر به عنوان ارباب ( )Masterانتخاب می شود و این کامپیوتر به دیگر
کامپیوترها به نام برده ( )slaveاجازه ارسال فریم های اطالعاتی را می دهد.
•ارباب یک پیغام کنترلی به نام مجوز سرکشی ( )pollingتولید می کند و pollingدر اختیار هر
کامپیوتری باشد حق استفاده از کانال و ارسال اطالعات را دارد.
•ارباب در ابتدا pollingرا برای اولین کامپیوتر و از طریق کانال کنترل ارسال می نماید( آدرس
مبدا فریم کنترلی برابر آدرس ارباب و آدرس مقصد برابر آدرس کامپیوتر اول است.
•تمامی کامپیوترها فریم pollingرا می بینید ولی فقط اولین کامپیوتر که آدرس آن با آدرس مقصد
فریم یکسان است pollingرا تملک می نماید) با دریافت pollingاگر کامپیوتر اول اطالعاتی
برای ارسال نداشته باشد سریعا pollingرا به ارباب باز می گرداند وگرنه بایستی در یک حداکثر
زمان تعریف شده ،فریم یا فریم های اطالعاتی خود را روی کانال داده و برای هرکامپیوتری که می
خواهد ارسال نماید و دوباره pollingرا به ارباب برگرداند.
10
Roll Call polling -1
•اگر کامپیوتر اطالعات زیادی با زمانی بیش تر از حداکثر زمان تعریف شده داشته باشد
بایستی باقیمانده اطالعات را در فریم های دیگر و در زمان های بعدی که pollingرا
دراختیار می گیرد ارسال نماید.
•ارباب پس از دریافت pollingاز کامپیوتر اول آن را برای کامپیوتر دوم ارسال می کند
و کامپیوتر دوم نیز پس از دریافت pollingهمان مراحل فوق را تکرار می کند و همین
روال ادامه می یابد تا pollingدر اختیار تمامی کامپیوترها قرار می گیرد و دوباره
ارباب pollingرا در اختیار کامپیوتر اول قرار می دهد و.....
•در این روش به علت این که فقط یک pollingدر شبکه وجود دارد برخورد رخ نمی
دهد.
11
Hub polling -2
•کانال ها و پروتکل در این روش شبیه Roll call pollingاست با تفاوت زیر:
•ارباب ابتدا pollingرا در اختیار کامپیوتر اول قرار می دهد و آن کامپیوتر در
صورتی که اطالعاتی برای ارسال نداشته باشد pollingرا در اختیار کامپیوتر دوم
قرار می دهد وگرنه فریم اطالعاتش را ارسال نموده و سپس pollingرا به کامپیوتر
دوم می دهد .
•کامپیوتر دوم نیز با طی مراحل فوق pollingرا به کامپیوتر سوم می دهد و به همین
طریق pollingاز حلقه کنترل گذر می نماید تا دوباره به ارباب برسد و ارباب نیز
یکبار دیگر آن را در اختیار کامپیوتر اول قرار می دهد تا از این چرخه ادامه یابد.
•در این روش نیز برخورد رخ نمی دهد.
معایب دو روش عبارتند از :
-1هزینه نسبتا زیاد به علت استفاده از دو کانال
-2وجود یک نقطه خرابی (ارباب) که در صورت خرابی آن کل شبکه از کار می افتد.
-3تاخیر نسبتا ً زیاد.
امروزه از پروتکل های فوق در شبکه های کامپیوتری استفاده نمی شود.
انواع روش های تصادفی
)P- Aloha( Pure Aloha -1
)S-Aloha( Slotted Aloha -2
)Carrier Sense Multiple Access( CSMA-3
Carrier Sense Multiple Access/Collision ( CSMA/CD-4
)Detection
Carrier Sense Multiple Access/Collision A (CSMA/CA -5
)voidance
14
)P- Aloha( Pure Aloha -1
پروتکل Alohaدر سال 1976توسط شخصی به نام Abramsonایجاد شد و به دو صورت الوهای
محض ( )Pure Alohaو الوهای قطعه زمانی ( )Slotted Alohaپیاده سازی شده است.
مراحل ارسال فریم اطالعاتی توسط هر ایستگاه فرستنده در روش الوهای محض ( )Pure Alohaبه
صورت زیر است:
الف -هر ایستگاه هر وقت نیاز به ارسال اطالعات داشت همان لحظه و بدون بررسی کانال فریم داده را
ارسال می کند .در صورتی که بیش از یک ایستگاه ارسال نماید برخورد رخ می دهد و فریم ها از بین
می روند وگرنه فریم صحیح ارسال می شود.
ب -پس از اتمام ارسال فرستنده به کانال گوش می دهد ( یک کانال مجزای دیگر به غیر از کانال ارسال
داده به عنوان کانال باز خوردی ( )Feedbackکه برای کشف برخورد به کار می رود) و در صورت
کشف برخورد یک مدت زمان تصادفی برای ارسال مجدد آن فریم صبر می کند.
ج -ایستگاه فرستنده مراحل الف و ب را یکبار دیگر انجام می دهد تا فریم با موفقیت و بدون برخورد
ارسال شود .زمان تصادفی برای هر کامپیوتر به صورت جداگانه محاسبه می شود زیرا انتخاب زمان
قطعی و یکسان مطمئنا ٌ باعث برخورد دوباره همان فریم ها توسط همان فرستنده ها می شود.
15
)P- Aloha( Pure Aloha -1
در صورت برخورد اطالعات ،فریم های برخوردی از بین رفته و ظرفیت کانال نیز
تلف می شود به عبارت دیگر کارآیی کانال کاهش می یابد.
شکل 1-4روش P-Aloha
16
)S-Aloha( Slotted Aloha -2
در این روش زمان به بخش های مساوی به نام اسالت تقسیم می شود وشروع این
اسالت های زمانی به صورت سراسری برای تمامی ایستگاه ها ارسال می شود.
زمان حداکثر برای ارسال یک فریم یک اسالت است.
مراحل ارسال فریم اطالعاتی توسط هر ایستگاه فرستنده به صورت زیر است:
الف -هر ایستگاه هر وقت نیاز به ارسال اطالعات داشت صبر می کند و در ابتدای
شروع اسالت و بدون بررسی کانال فریم داده را ارسال می کند.
ب -پس از اتمام ارسال فرستنده به کانال باز خوردی گوش می دهد و در صورت
کشف برخورد یک مدت زمان تصادفی صبر می نماید.
ج -برای ارسال همان فریم مراحل الف و ب را انجام می دهد تا فریم بدون برخورد
ارسال شود.
17
)S-Aloha( Slotted Aloha -2
SIotted Aloha روش
18
مقایسه دو روش S- Aloha ، P-Alohaبه صورت زیر است:
• S-Alohaنیاز به همزمان سازی سراسری برای تمام ایستگاه ها دارد .در حالی
که P-Alohaنیازی به اسالت سراسری ندارد.
•از طرف دیگر احتمال برخورد در P-Alohaنسبت به S-Alohaبیش تر است
زیرا در S-Alohaاحتمال برخورد فقط در ابتدای ارسال فریم وجود دارد ولی در
P-Alohaدر هر زمانی از ارسال فریم امکان برخورد وجود دارد.
•پس کارآیی و بهره وری از کانال در S-Alohaبیش تر است ( حدود دو برابر).
•در ادامه پروتکل هایی با روش تصمیم گیری تصادفی و با قابلیت کشف وضعیت
کانال ( خالی یا پر بودن کانال) معرفی می شوند.
19
)Carrier Sense Multiple Access( CSMA-3
مراحل ارسال فریم اطالعاتی توسط هر ایستگاه فرستنده به صورت زیر است:
الف -هر ایستگاه قبل از ارسال فریم ایتدا کانال را بررسی می کند و در صورت خالی بودن
کانال فریم را ارسال می کند.
ب -پس از اتمام ارسال فرستنده به کانال بازخوردی گوش می دهد و در صورت کشف
برخورد یک مدت زمان تصادفی صبر می کند.
ج -برای ارسال همان فریم مراحل الف و ب تکرار می شود.
توجه :در پروتکل CSMAهم ممکن است برخورد رخ دهد .زیرا در یک زمان (بعدا ٌ گفته
می شود در یک فاصله زمانی تأخیر برگشتی) ممکن است دو ایستگاه کانال را بررسی
نموده و با توجه به خالی بودن آن هر دو به ارسال فریم داده بپردازند و برخورد رخ دهد.
20
)Carrier Sense Multiple Access( CSMA-3
در صورت مشغول بودن کانال ( فرستنده ای دیگر در حال ارسال فریم است)
CSMAبه صورت های زیر قابل پیاده سازی است:
CSMAمصر(:)I –persistentدر این روش فرستنده یا فرستنده ها مصرا و
پیوسته گانال را بررسی می کنند تا کانال خالی شود وفریم را ارسال نمایند و مرحله
ب را انجام دهد .در این روش برخورد بسیار زیاد می شود زیرا چندین فرستنده کانال
را مشغول می بینند و پس از خالی شدن کانال همزمان ارسال می نمایند و برخورد
رخ می دهد.
CSMAغیرمصر( :)Non – persistentدر صورت مشغول بودن کانال فرستنده
یک مدت زمان تصادفی صبرمی کند و دوباره مراحل الف و ب را تکرار می نماید.
CSMAبا اصرار( p : )P-persistentیک احتمال عددی بین صفر و یک
است .در این روش فرستنده با بررسی کانال و در صورت خالی بودن آن با احتمال p
فریم داده را ارسال می کند و با احتمال 1-pیک مدت زمان تصادفی صبر می نماید و
21
دوباره همان مراحل را طی می نماید.
)Carrier Sense Multiple Access( CSMA-3
22
. استCSMA وAloha مقایسه ای ما بین بهره وری از کانال در پروتکل
)Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection( CSMA/CD-4
مراحل ارسال فریم اطالعاتی توسط هرفرستنده به صورت زیر است (فرستنده ها فقط از یک کانال مشترک
بدون کانال بازخوردی استفاده می کنند):
الف -هر ایستگاه قبل از ارسال فریم ابتدا کانال را بررسی نموده و در صورت خالی بودن کانال فریم را
ارسال می کند.
ب -در هنگام ارسال با بررسی کانال و در صورت کشف برخورد ( )Collision Detectionفرستنده
ارسال را قطع و یک مدت زمان تصادفی صبر می کند.
ج -برای ارسال همان فریم مجددا مراحل الف و ب تکرار می شود.
در صورت مشغول بودن کانال CSMA/CDبه صورت مصر عمل می نماید.
کارآیی کانال در پروتکل CSMA/CDهمواره از پروتکل های CSMAو Alohaبیشتر است.
23
)Carrier Sense Multiple Access/Collision A voidance(CSMA/CA -5
در 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 به صورت زیر
استفاده می شود:
الف-هر ایستگاهی که نیاز به ارسال اطالعات دارد ،ابتدا کانال مشترک (هوا) را بررسی می کند و اگرکانال
مشغول باشد یک مدت زمان تصادفی صبر می کند.
ب-در صورتیکه کانال خالی باشد یک فریم کنترلی (Ready To Send) RTSبه معنای آمادگی ارسال
(شامل آدرسهای مقصد ،مبداء و طول زمان ارسال داده و دریافت ACKاز گیرنده و همچنین مکانیزم کشف
خطا )CRCارسال می کند.
ج -ایستگاه گیرنده (مقصد) در صورتیکه کانال خالی باشد یا برخوردی صورت نگرفته باشد ( فریم RTSرا
بدون خطا دریافت کرده باشد ) توسط ارسال فریم کنترل ) Clear To Send ( CTSآمادگی دریافت خود
را به فرستنده اعالم می کند .فریم CTSنیز شامل آدرس مقصد و طول زمان ارسال و دریافت ACKو
CRCاست.
24
)Carrier Sense Multiple Access/Collision A voidance(CSMA/CA -5
د -باقیمانده ایستگاهها با دریافت RTSو CTSمقدارنشانگر احساس موج حامل مجازی
(virtual) sense carrierخود را به نام )NAV (Network Allocation Table
برای مدت زمان داده شده (طول زمان ) مقداردهی نموده و در آن مدت منتظر می مانند و
می دانند که کانال مشغول است که و نمی توانند ارسال نمایند.
ه -ایستگاه فرستنده در صورت عدم دریافت CTSیا دریافت CTSبه صورت تداخلی در
یک مدت زمان تصادفی صبر می کند.
و-ایستگاه گیرنده با دریافت فریم داده به صورت صحیح یا خطادار ACKیا NACK
ارسال می کند.
25
نمایش عملکرد پروتکل CSMA/CA
26
شکل فریمهای کنترلی RTSو CTSو ASKدر شبکه بی سیم
27
نکات زیر در مورد پروتکل CSM/CAقابل ذکر است :
-1همانطور که مشخص است در این پروتکل احتمال برخورد وجود دارد زیرا دو ایستگاه همزمان به کانال
گوش می دهند و اگر کانال را خالی ببینند ،فریم RTSرا هر دو ارسال می کنند و برخورد رخ می دهد البته
گیرنده فریمها با توجه به دریافت خطادار فریمهای ( RTSکشف خطای )CRCدیگر CTSرا ارسال نمی
کند و فرستنده با توجه به عدم دریافت CTSمتوجه برخورد می شود یک مدت زمان تصادفی صبر می کند.
-2الگوریتم بدست آوردن زمان تصادفی 802.3می باشد.
-3در این روش از برخورد اجتناب می شود .البته اجتناب از برخورد در هنگام انتقال فریم داده است زیرا هم
در فریم کنترلی RTSو هم در CTSمدت زمان ارسال داده و دریافت ASKمشخص است و دیگر
کامپیوترها با دریافت این فریمها ( کانال مشترک و پخش همگانی است) منتظر مانده و دیگر فریمی ارسال
نمی کنند.
در هنگام ارسال RTSو CTSممکن است برخورد رخ دهد بنابراین برخورد برای فریمهای کنترلی وجود
دارد.
28
نکات زیر در مورد پروتکل CSM/CAقابل ذکر است :
CSMA/CA -4دارای قابلیت کشف برخورد همانند پروتکل CSM/CDنیست زیرا پیاده سازی مکانیزیم
کشف برخورد در شبکه های برخورد در شبکه های بی سیم نیاز به استفاده از کانال دو طرفه همزمان Full
duplexدارد تا ارسال و دریافت همزمان را امکان پذیر سازد که البته این امر باعث افزایش هزینه می
شود.
-5پروتکل CSMA/CAرا MACAW (Multiple Access Collision Avoidance for
) Wirelessنیز می نامند .نوع ساده تر آن که قبالَ طراحی و اجرا شده بود بنام MACAنامیده می شود که
در آن دیگر از طرف گیرنده برای فرستنده ASKارسال نمی شد.
29
وظایف اضافه تر زیر الیه MACالیه پیوند داده در پروتکل CSMA/CA
-1تکه تکه نمودن فریم داده در سمت فرستنده و سمبلی نمودن آن در سمت گیرنده (این
وظیفه را الیه انتقال مدل OSIبر عهده دارد) .به علت وجود نویز زیاد در محیطهای بی
سیم بهتر است فریمهای اطالعاتی اندازه و طول کوچکتری داشته باشند تا در صورت رخداد
خطا و ارسال درباره آن اندازه داده کمتری ارسال شود.
-2ارسال ASKاز طرف گیرنده به منظور تحویل داده به صورت مطمئن .علت این امر
نیز وجود نویز زیاد در محیطهای بی سیم و وقوع خطا در فریمهای داده است.
-3برای برقراری امنیت بیشتر ،از رمزگذاری و رمزگشایی در زیر الیه MACو در
هنگام ارسال فریم داده استفاده می شود (این وظیفه را الیه ارائه مدل OSIبر عهده دارد).
30