Transcript network2-2
به نام خدا شبكه هاي كامپيوتري 2 زهره زرین قلمی [email protected] Email: فصل چهارم: مدیریت کانال پخش همگانی مؤس سه ) Institue of Electrical & Electronic Engineering(IEEE مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک IEEEدر زمینه برق ،الکترونیک و کامپیوتر استانداردهای مختلفی را تهیه و تدوین نموده است. در زمینه شبکه های محلی ،استانداردها را در مجموعه ای با عنوان IEEE 802.X (Xیک عدد است) قرار داده است. که هر یک به عنوان یک استاندارد جداگانه و در یک کتاب منتشر شده اند. این استاندارد ها بعدا توسط سازمان استانداردهای جهانی ISOو به نام ISO 8802 پذیرفته شده اند. 3 802.X جدول نمایش استانداردهای 802 Status Number Status 802.1 Overview and architecture of LANs 802.2 Logical link control 802.3 * Ethernet 802.4 Token bus (briefly used in manufacturing plants) 802.5 Token ring (IBM’s version of a LAN.Good but too expensive) 802.6 Dual Queue Distributed Bus (early MAN.used in Europe) 802.7 Technical advisory group for broadband 802.8 x Virtual LANs and security 802.10 802.11 Technical advisory group for fiber optics Isochronous LANs (real- time LANs) 802.9 * Wireless LANs 802.12 Demand priority (HP’s Any LAN) 802.13 Unlucky number 802.14 Cable modems (industry developed it first) 802.15 * Personal area networks(Biuetooth) 802.16 * Broadband wireless 802.17 Legend:*=important 4 Topic Resilient packet ring =hibernating andX=dead Want more 802 information. Then go to http://standards.ieee.org/getieee802/ IEEE802.3 در سال 1973در شرکت Xeroxشبکه ای به نام اترنت ( )Ethernetو توسط Robert Metcalfeایجاد شد و سپس شرکت های Intelو DECنیز از اترنت استفاده نمودند و در سال 1985توسط IEEEبه عنوان استاندارد 802.3تعیین شد .مشخصات این استانداردها عبارتند از: توپولوژی :باس (خطی) محیط انتقال :کابل کواکس نازک و ضخیم 50اهمی پروتکلCSMA/CD : علت نامگذاری: CS -1فرستنده کانال را بررسی می کند که آیا خالی است. MA -2چندین ایستگاه همزمان به کانال مشترک دسترسی دارند. CD -3فرستنده متوجه برخورد فریم ارسالی با فریم های دیگران می شود. نوع پروتکل :رقابتی (تصادفی) نرخ ارسال اطالعات10Mb/s : نوع کانالHalf duplex : روش رمز گذاری (تبدیل داده دیجیتال باینری به سیگنال قابل ارسال در محیط فیزیکی) :منچستر 5 روش رمز گذاری منچ ستر در روش رمز گذاری منچستر از سه سطح مختلف ولتاژ استفاده می شود. داده دیجیتال باینری (صفر/یک) به صورت دو سیگنال مختلف ارسال می شود به طوری که سیگنال به دو نیمه تقسیم می شود و همیشه سطح ولتاژ نیمه دوم عکس سطح ولتاژ نیمه اول است. داده صفر با گذر از پایین به باال و داده یک با گذر از باال به پایین رمز گذاری می شود .سطوح ولتاژ ± 0 /85ولت است. در صورتی که فرستنده اطالعاتی ارسال نکند ولتاژ روی کانال ثابت و صفر ولت باقی می ماند. نمایش ارسال داده باینری به صورت منچستر روی کانال فیزیکی 6 مزیت رمز گذاری منچ ستر -1عدم ارسال اطالعات یا خالی بودن کانال در پروتکل CSMA/CDبه راحتی قابل تشخیص است .زیرا اگر فرستنده کانال را بررسی کند در صورت وجود ولتاژ صفر در کانال متوجه خالی بودن کانال می شود. -2گیرنده با فرستنده همزمان می شود .به عبارت دیگر به همراه ارسال داده ،پالس ساعت نیز ارسال می شود زیرا در هنگام ارسال هر بیت حتما گذر (پالس ساعت) نیز وجود دارد. -3مکانیزم کشف برخورد در پروتکل CSMA/CDبه صورت آنالوگ پیاده سازی شده است. هر ایستگاه فرستنده در هنگام ارسال اطالعات به کانال نیز گوش می دهد اگر دو ایستگاه همزمان ارسال اطالعات را انجام دهند ولتاژهای ارسالی با یکدیگر جمع می شوند و تشکیل یک ولتاژ دیگری می دهند که قابل قبول نیست و نشان دهنده وقوع برخورد است. به طور مثال ارسال همزمان یک باینری از دو فرستنده تشکیل ولتاژ 7/1=85/0+85/0را می دهد. 7 عیب رمز گذاری منچ ستر فرکانس ارسال فرستنده بایستی دو برابر فرکانس در هنگام ارسال به صورت باینری باشد. 8 الگوریتم به دست آوردن زمان تصادفی Binary exponential off algorithm در صورتی که دو فرستنده فریم هایشان را همزمان ارسال نمایند برخورد رخ می دهد و پس از هر برخورد فرستنده ها بایستی یک مدت زمان تصادفی صبر نمایند تا دوباره فریم برخوردی را مجددا ارسال نمایند. الگوریتم به دست آوردن زمان تصادفی به صورت زیر است: الف -برخورد اول :یک عدد تصادفی ما بین اعداد صفر و یک ضربدر اندازه اسالت زمانی ( هر اسالت زمانی معادل 51.2میکرو ثانیه است). ب -برخورد دوم :یک عدد تصادفی ما بین اعداد صفر تا سه ضربدر اسالت زمانی ج -برخورد iام ( : )i≥10یک عدد تصادفی ما بین اعدا صفر تا 2i-1ضربدر اسالت زمانی د-برخورد یازدهم تا پانزدهم :یک عدد تصادفی ما بین اعداد صفر تا 2i-1=1023ضربدر اسالت زمانی ه -در صورت وقوع برخورد شانزدهم برای یک فریم ،فرستنده از ارسال فریم صرف نظر نموده و یک پیغام خطا برای الیه باالتر صادر می کند. 9 زمان تأخیر برگ شتی () Round Trip delay در یک شبکه مبتنی بر پروتکل CSMA/CDحداکثر مدت زمان برای کشف برخورد برابر 2Tثانیه است که به آن زمان تأخیر برگشتی می گویند T .زمان تأخیر انتشار سیگنال از ابتدا تا انتها کانال است .شکل 5-4 برای توضیح این مسأله مناسب است. کامپیوتر Aواقع در ابتدای کانال ،با بررسی کانال و خالی بودن آن شروع به ارسال فریم می نماید. مطابق قانون فیزیکی (T=X/Vبه طوری که Xطول کانال V ،سرعت انتشار سیگنال در کانال و Tتأخیر انتشارسیگنال است) به مدت Tثانیه طول می کشد تا فریم ارسالی به کامپیوتر Bدر انتهای کانال برسد. اگر در همان لحظه کامپیوتر Bکانال را بررسی نماید کانال را خالی می یابد و شروع به ارسال فریم نموده و همان لحظه برخورد رخ می دهد .سریعا کامپیوتر Bارسال را متوقف می نماید. اما کشف برخورد و انتشار سیگنال برخورد برای کامپیوتر Aبه مدت Tثانیه طول می کشد .تا ارسال فریم را قطع کند. بنابراین کامپیوتر فرستنده در مدت 2Tثانیه قسمتی از فریم را ارسال نموده است .این زمان را زمان تأخیر برگشتی می گویند و 10 دامنه برخورد اطالعات ( ) Collision domainکل کانال مشترک است. مثال : اگر حداکثر طول کانال 2500متر و سرعت انتشار سیگنال ها در کانال ( )2/3سرعت نور باشد و نرخ ارسال داده توسط کامپیوترها 10Mb/sباشد .آنگاه الف -حداکثر زمان کشف برخورد را به دست آورید. ب -یک بیت چه طولی از کانال را اشغال می کند؟ ج -حداکثر طول فریم برخوردی را به دست آورید(تا زمانی که فرستنده برخورد را کشف نکرده است به ارسال فریم ادامه می دهد) 11 12 نوع پروتکل CSMA/CDمبتنی بر رقابت ( )contention-Basedاست و هر کامپیوتر سه وضعیت دارد: -1مجادله (رقابت) برای در اختیار گرفتن کانال -2ارسال فریم -3بیکار در این پروتکل مکانیزمی برای دریافت ACKاز گیرنده فریم وجود ندارد و CSMA/CDیک پروتکل بدون اتصال است و دریافت ACKرا به الیه های باالتر می سپارد. فریم داده فریم داده آن دارای هشت فیلد مطابق شکل زیر است. -1مقدمه( :)Preambleهفت بایت شامل یک و صفرهای متوالی (همانند بایت کنترلی .) SYNCHگیرنده با دریافت مقدمه متوجه می شود که قرار است فریمی ارسال شود. در واقع مقدمه پالس ساعت فرستنده است که در ابتدای فریم ارسال می شود. : STX -2بایت شروع متن که نشانگر آغاز فریم است ( )10101011در یک متوالی در انتهای بایت به گیرنده می گوید که فیلد بعدی آدرس مقصد است. 3و -4آدرس مقصد ومبدأ :شامل شش بایت آدرس فیزیکی یا آدرس MACکه در هر کارت شبکه (کامپیوتر) قرار دارد .آدرس مبدأ همیشه منفرد ( )unicastاست زیرا فرستنده یک فریم فقط یک کامپیوتر است .آدرس مقصد می تواند منفرد ،گروهی ( ) multicastو همگانی ( )broadcastباشد. اگر پر ارزش ترین بیت آدرس مقصد صفر باشد آدرس منفرد و اگر یک باشد آدرس گروهی است . اگر تمامی بیت های آدرس مقصد یک باشند آدرس همگانی است .در فریم داده CSMA/CDبه جای این که آدرس های مبدأ و مقصد شش بایتی باشند از آدرس های دو بایتی استفاده می شود تا سرباری کم تر شود. -5طول :فرستنده تعداد بایت داده ای را که بعدا می آید در این فیلد قرار می دهد ،نوع فریم :اگر عدد درون این فیلد بیش تر از 1500باشد برای ارسال فریم های کنترلی به کار می رود. -6داده :داده ای که از الیه باالتر به الیه پیوند داده برای ارسال رسیده است. 15 :PAD -7مطابق قانون ،حداقل طول فریم در اترنت بایستی 64بایت باشد زیرا در صورت خالی بودن کانال و ارسال همزمان توسط دو فرستنده برخورد رخ می دهد و فرستنده ها با کشف برخورد ارسال داده را متوقف می کنند ولی تا آن زمان قسمتی از فریم ها ارسال شده است که کم تر از 64بایت است بنابراین تمامی فریم های کوچک تر از 64بایت فریم های برخوردی هستند و بایستی گیرنده به آن ها توجهی نکند. بنابراین اگر فرستنده بخواهد داده ای ارسال نماید که فریم آن کوچک تر از 64بایت باشد بایستی طول آن را حداقل به 64بایت برساند تا با فریم های برخوردی (تداخلی) اشتباه نشود بنابراین فرستنده در ناحیه PADبه اندازه کافی صفر اضافه می کند. طول سرفصل و دنباله در هر فریم اترنت 18بایت است( هفت بایت مقدمه ،یک بایت ،STXدو بایت آدرس مقصد ،دو بایت آدرس مبدأ ،دو بایت طول داده ،چهار بایت )CSبرای اینکه طول فریم حداقل 64بایت شود بایستی مجموع طول داده +طول +PADطول سرفصل و دنباله 64بایت شود بنابراین طول داده+ طول PADبایستی 46بایت شود. بنابراین داده 5بایتی نیاز به PADبا مقدار 41بایت دارد. در صورتی که طول داده بیش تر از 46باشد نیازی به فیلد PADنیست. حداقل طول یک فریم 64و حداکثر طول آن 1518بایت است( حداکثر اندازه داده 1500بایت و طول سر فصل و دنباله 18بایت). : Checksum/CS -8به منظور کشف خطا در گیرنده در صورت وقوع خطا در فریم ارسالی به کار می رود. 16 کارآیی کانال در اترنت کارآیی کانال یعنی درصد زمانی که در یک کانال اطالعات مفید و فریم های داده انتقال می یابد .فریم های برخوردی ،اطالعات غیرمفیدی هستند که ظرفیت و زمان کانال را هدر داده و کارآیی یک کانال را کاهش می دهند. 17 انوا ع پیاده سازی اترنت اترنت به صورت های مختلف ,با سرعت های متفاوت ,سخت افزار مختلف و با رسانه های انتقال متفاوت پیاده سازی شده است. برای نامگذاری انواع اترنت از استاندارد زیر به صورت نمادین استفاده می شود : ]عدد/حرف []{[Base / broadعدد} به طوری که عدد نشان دهنده سرعت اترنت بر حسب Mb/sاست. روش ارسال اطالعات توسط Baseیعنی انتقال به صورت دیجیتال و Broad انتقال آنالوگ مشخص می شود . ]عدد/حرف[ نشان دهنده نوع رسانه انتقال است. مثالهایی از انواع اترنت: :(Thin Ethernet ) 10Base2سرعت 10Mb/sروش ارسال اطالعات دیجیتال (منچستر ) و رسانه انتقال کابل کواکس نازک است .حداکثر طول کابل یا طول قطعه در این نوع اترنت می تواند 185متر (بعضی مواقع )200mباشد . 18 :(Thick Ethernet ) 10Base5با استفاده از کابل کواکس ضخیم و توپولوژی باس ,کامپیوترها به یکدیگر وصل شده اند. دستگاهی به نام Transceiverکه خارج از کامپیوتر قرار می گیرد اتصال کارت شبکه درون کامپیوتر را به کابل کواکس ضخیم بر قرار می کند. حداکثر طول کابل (طول قطعه) در این شبکه می تواند 500مترباشد. حداکثر پنج قطعه کابل کواکس ضخیم را توسط چهار دستگاه تکرارگر می توان به یکدیگر متصل نمود و به یک طول سگمنت 2500متری است .شکل 8-4نمایش این نوع اترنت است. 19 :10BaseT رسانه انتقال در آن زوج سیم یا UTPاست. تمامی کامپیوترها( کارت شبکه آنها ) از طریق UTPبه ایستگاه مرکزی به نام Hubمتصل می شوند و ارتباط آن ها از طریق Hubامکان پذیر است .اکثر فاصله ,کامپیوتر تا Hubمی تواند 100متر باشد .بنابراین حداکثر فاصله دو کامپیوتر می تواند 200باشد . کامپیوترها به صورت نقطه به نقطه به پورت های Hubمتصل می شوند Hub.با دریافت یک فریم اطالعاتی از هر پورتش آن را برای دیگر پورت هایش ارسال می کند ( تکرار می کند ) بنابراین انتقال داده بین کامپیوتر ها از طریق یک کانال پخش همگانی همانند توپولوژی باس است چنین شبکه ای دارای سیم بندی ستاره و توپولوژی باس است . مزیت استفاده از Hubافزایش اطمینان در مقایسه با توپولوژی باس و کابل کواکس است زیرا با قطع یک کانال کل شبکه از کار نمی افتد .در حالی که با قطع هر قسمتی از باس کل شبکه از کار می افتد. :10BaseFتمامی کامپیوتر ها از طریق رسانه فیبر نوری به یک Hubمتصل هستند حداکثر فاصله کامپیوتر تا Hubمی تواند 2000متر باشد. 20 :(fast Ethernet)100 baseT نیاز به سرعت بیشتر منجر به پیدایش اترنت سریع شد .موسسه IEEEآن را به عنوان استاندارد IEEE802.3معرفی نموده است. فریم داده و پروتکل آن شبیه اترنت معمولی است. اما این شبکه از سخت افزار جدیدی به نام Switch Hubیا به اختصار Switchو همچنین کارت های شبکه سریعتری استفاده می کند. حداکثر طول کابل در این شبکه 100متر می تواند باشد. Switch Hubدستگاهی است که ظاهرا شبیه hubاست اما ساختار داخل آن فرق دارد بطوریکه Hubشبیه تکرارگر است که فریم اطالعاتی دریافتی از یک پورت را برای دیگر پورت هایش تکرار می کند .ولی ساختار داخل Switch Hubبه صورت سوئیچهای متقاطع است(cross . ) bar switchبطوریکه از هر پورت به مابقی پورت های دیگر سوئیچ وجود دارد که در حالت عادی این سویچها قطع هستند و در صورت نیاز می توانند وصل شوند . 21 هنگامی که Switch hubیک فریم را از یکی از پورتهایش دریافت می کند با توجه به آدرس مقصد ،فریم را فقط برای پورت متصل به کامپیوتر مقصد ارسال می کند نه برای تمامی پورت هایش. یک Switch Hubدارای یک جدول به صورت شکل زیر است: 22 به طور کلی تفاوتهای Switch Hub,Hubرا می توان به صورت زیر عنوان کرد: -1در Hubفقط یک فرستنده بایستی باشد ولی در Switch Hubوجود چندین فرستنده به صورت همزمان امکان پذیر است. -2کانال در Hubبه صورت Half duplexاست و ایستگاهها ارسال و دریافت اطالعات را به صورت غیر همزمان و از طریق یک رشته زوج سیم انجام می دهند اما ارتباط با استفاده از Switch Hubبه صورت full duplexاست و ارسال و دریافت اطالعات به صورت همزمان از طریق زوج سیم برای ایستگاهها امکان پذیر است (یک زوج سیم برای ارسال و زوج سیم دیگر برای دریافت) بنابراین بر خورد در فریم ها رخ نمی دهد. -3دالیل فوق باعث افزایش سرعت( نرخ انتقال داده) در Switch Hubمی شود بطوریکه پهنای باند شبکه به Hubبستگی دارد مثال حداکثر پهنای باند در 10BaseTبرابر 10Mb/sاست اما پهنای باند شبکه به سرعت و تعداد پورتهای یک Switch Hubبستگی دارد به طوری که یک شبکه 100baseTدارای 8پورت وحداکثر پهنای باند 800Mb/s دارد. 23 -4برای گسترش شبکه و افزایش تعداد کامپیوترهای درون شبکه بایستی تعدادی Hubرا به یکدیگر وصل نمود که تعداد و طول آنها محدودیت دارد( با توجه به دامنه برخورد یا زمان تاخیر برگشتی ) اما این محدودیت در هنگام استفاده از Switch Hubوجود ندارد. زوج سیم بهم تابیده استفاده شده در 100BaseTاز نوع خاصی بنام UTP cat5است که دارای پهنای باند MHZ100استUTP .دارای رده های گوناگونی است که تفاوت آنها در مقدار پیچش آنها است هر چه عدد رده یک UTPافزایش یابد تعداد پیچش آن نیز در واحد طول افزایش می یابد بنابراین در مقابل نویز ایمن تر شده ،پهنای باند آن افزایش یافته و تضعیف سیگنال در آن کاهش می یابد. :100BaseFX دارای سرعت انتقال 100Mb/sاست و کامپیوتر ها از طریق رسانه انتقال فیبرنوری چند حالته به Switch Hubمتصل هستند حداکثر فاصله کامپیوتر با Switch Hubتا 2000متر می تواند باشد. این شبکه از کارت شبکه های خاصی بنام گیگابیت اترنت استفاده می کند. 24 :(gigabit Ethernet)1000 Base T این شبکه نیز از کارت شبکه های خاصی بنام گیگابیت اترنت استفاده می کند. سرعت در این شبکه 1000Mb/sیا 1Gb/sمی رسد. محیط انتقال آن زوج سیم بهم cat6و حداکثر فاصله کامپیوتر تا Switch Hubبرابر 100متر است. در این شبکه از روش رمزگذاری غیر از منچستر استفاده می شود که به جای سه سطح ولتاژ از 5سطح ولتاژ برای ارسال دو بیت بصورت همزمان استفاده می کند . کانال نیز به صورت Full duplexاست . موسسه استاندارد IEEEآن نام IEEE802.3zنامگذاری نموده است. دو شبکه گیگابیت دیگر به صورت 1000Base LXبا رسانه انتقال فیبر نوری تک حالته با حداکثر قطعه 5000متر و همچنین 1000Base SXبا رسانه انتقال فیبر نوری چندحالته با حداکثر قطعه 550متر نیز پیاده سازی شده اند. 25 :(gigabit Ethernet)10 G Base SR سرعت در این شبکه ها به 10Gb/sمی رسد . رسانه انتقال فیبر چند حالته با حداکثر طول قطعه 300متر است. شبکه 10G Base LRبا رسانه انتقال فیبر نوری تک حالته با حداکثر طول قطعه 10کیلومتر است و همچنین 10G baseEWنیز دارای رسانه انتقال فیبر نوری حالته با حداکثر طول قطعه 40کیلومتر است . موسسه ی IEEEاین شبکه ها را تحت عنوان IEEE802.3ae معرفی نموده است. 26 نمایش انواع اترنت 27