Transcript network1-7
ادامه فصل دوم:
الیه فیزیکی
بخش 7
مالتی پلکسینگ (MUX) Multiplexing
مالتی پلکسینگ عمل انتقال سیگنال های اطالعاتی فرستنده های مختلف بر روی یک کانال
مشترک است .به عبارت صحیح تر پهنای باند یک کانال مشترک بین چندین خط
( فرستنده ) به اشتراک گذاشته می شود MUX .می تواند باعث کاهش هزینه شود.
نمایش عمل MUX
3
انواع مالتی پلکسینگ (MUX) Multiplexing
سیگنال های اطالعاتی با استفاده از پنج روش زیر روی یک کانال MUXمی شوند :
-1مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی (Time Division MUX) , TDM
-2مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی آماری )(Statistical TDM
-3مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس (Frequeney Division MUX) , FDM
-4مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج (Wavelenght Division MUX) , WDM
-5مالتی پلکسینگ تقسیم کد CDMیا )(Code Division MUX
یا )CDMA (Code Division Multiple Access
4
مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی (Time Division MUX) ,TDM
یا Synchronous TDM
TDM یک روش MUXدیجیتالی است که زمان استفاده از کانال مشترک را بین چندین خط فرستنده به
صورت مساوی تقسیم می کند.
TDM را می توان توسط یک سوئیچ ساده که در زمان های مساوی بین فرستنده ها و کانال مشترک سوئیچ
می کند ،پیاده سازی نمود.
پیاده سازی TDMبسیار ساده است اما عیب آن در این است که اگر فرستنده ای نیاز به ارسال اطالعات
نداشته باشد باز هم زمان به آن اختصاص می یابد و این زمان به عنوان زمان تلف شده محسوب می شود
بنابراین TDMاز ظرفیت کانال به درستی استفاده نمی کند.
از طرف دیگر در صورتی که نرخ ارسال داده در فرستنده ها متفاوت باشد چگونه می توان با استفاده
از TDMعمل مالتی پلکسینگ را انجام داد .سه استراتژی مختلف در این زمینه وجود دارد.
.1مالتی پلکسینگ چند سطحی)(multilevel MUX
.2اختصاص چندین اسالت )(Multiple slot allocation
.3اضافه کردن پالس)(Pulse stuffing
5
مالتی پلکسینگ تقسیم زمانی آماری )(Statistical TDM
یا Asynchronous TDM
• STDMنشات گرفته از TDMاست بنابراین روشی مبتنی بر MUX
دیجیتالی است.
• STDMزمان استفاده از کانال مشترک را بین فرستنده هایی که اطالعاتی
برای ارسال دارند تقسیم می کند.
•بنابراین از ظرفیت کانال به درستی استفاده می کند STDM .را با یک
سوئیچ هوشمند می توان پیاده سازی کرد .به طوری که این سوئیچ ،آماری از
وضعیت فرستنده های فعال گرفته و زمان را در اختیار آن ها قرار می دهد.
6
مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس (Frequeney Division MUX) , FDM
•این تکنیک قدیمی ترین روش مالتی پلکسینگ است.
• FDMروش MUXبه صورت آنالوگ است که پهنای باند یک کانال بر حسب هرتز به
چندین پهنای باند کوچک تر تقسیم شده و هر پهنای باند تقسیم شده ( محدود فرکانس خاص
) در اختیار یک فرستنده قرار می گیرد.
•بنابراین فرستنده های مختلف در یک زمان اما با فرکانس های مختلف به انتقال داده در کانال
مشترک می پردازند بدون این که هیچ گونه تداخلی رخ دهد.
•ایستگاه های فرستنده رادیو و تلویزیون و تلفن های همراه از تکنیک FDMبرای ارسال
اطالعات روی کانال مشترک هوا استفاده می کنند.
7
(Frequeney Division MUX) , FDM مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس
8
مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس (Frequeney Division MUX) , FDM
مثال :یک سیستم تلفن موبایل از دو باند فرکانسی استفاده می کند :باند اول از 8 24تا 8 49 MHzبرای
ارسال و باند دیگر از 8 6 9تا 8 94برای دریافت .هر کاربر تلفن در هر جهت ،از پهنای باند 30 KHzاستفاده
می کند .چندین کاربر می توانند از این سیستم تلفن استفاده کنند.
25MGHz
حل :هر باند فرکانس برابر 25 MKzاست ( )8 49 -8 24= 25بنابراین 833.33 = 30KHzو در واقع بایستی
تعداد کانال ها عدد صحیح باشد یا 8 32کانال که به همین تعداد کاربر می توانند مکالمه نمایند اگرچه در واقعیت
معموال تعدادی از کانال ها برای کنترل استفاده می شوند و تعداد کاربران کاهش می یابد.
در FDMبرای اینکه در پهنای باند تقسیم شده برای هر فرستنده ،تداخل فرکانسی صورت نگیرد محدوده فرکانس
هر فرستنده توسط یک نوار (طیف) استفاده نشده فرکانسی به نام باند محافظ ) (guard bandاز دیگر محدوده
های فرکانسی فرستنده های دیگر جدا می شود.
9
مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانس (Frequeney Division MUX) , FDM
مثال :در صورتی که هر کانال صوتی پهنای باند 4 KHzرا اشغال کند و در یک کانال نیاز باشد که سه کانال
صوتی منتقل شود .آنگاه حداقل پهنای باند چقدر باشد درصورتی که برای عدم رخداد تداخل از باند محافظ
1 KHZاستفاده شود؟
حل :سه کانال صوتی نیاز به دو باند محافظ برای جدا شدن دارند بنابراین 2 =1 = 2 KHzپهنای باند الزم برای باند
محافظ است و
باتوجه به اینکه هر کانال صوتی نیاز به 4 KHzپهنای باند دارد و
سه کانال صوتی موجود است 3 =4 = 12 KHZپهنای باند الزم برای کانال های صوتی است و
در نهایت پهنای باند الزم 1 2 + 2 = 14 KHzمی شود.
10
مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج (Wavelenght Division MUX) , WDM
•در این روش چندین جریان داده در یک زمان و توسط فرستنده های مختلف در یک
رشته فیبر نوری ( کانال مشترک ) ارسال می شود.
•هر کدام از طول موج های مختلف نور می توانند جریان داده های ( سیگنال های )
فرستنده خاصی را منتقل کند.
•این روش نیز همانند روش FDMاست فقط به جای تقسیم فرکانس از تقسیم طول موج
استفاده می شود زیرا برای نور معموال به جای استفاده از واژه فرکانس از واژه طول
موج استفاده می کنند.
•رابطه میان فرکانس و طول موج به صورت زیر است:
• DWDMیا Dense WDMهمانند WDMعمل می کند اما تعداد طول موج های
بیشتری ( از فرستنده های بیشتری ) را به صورت چگال تر مالتی پلکس می کند.
11
(Wavelenght Division MUX) , WDM مالتی پلکسینگ تقسیم طول موج
مالتی پلکسینگ تقسیم کد CDMیا )(Code Division
یا )CDMA (Code Division multiple Access
• CDMروش جدیدی است که اجازه ارسال اطالعات توسط فرستنده های مختلف را
در یک زمان و در یک فرکانس یکسان بر روی یک کانال مشترک فراهم می کند.
•در CDMبه هر فرستنده مثال یک کد 64بیتی برای ارسال یک باینری و مکمل کد
برای ارسال صفر باینری نسبت داده می شود و آن فرستنده بایستی جریان داده خود
را به صورت رشته ای از صفر ها و یک ها و مطابق آن کد ها ارسال کند.
•توسط روشهایی گیرنده می تواند اطالعات دریافت شده از فرستنده های مختلف را
از یکدیگر جدا کند.
•این روش مانند این است که در یک اتاق افراد مختلفی در یک زمان و با یک
فرکانس (فرکانس صدای انسان نزدیک به یکدیگر است) اما با کدهای مختلف (مثال
زبان انگلیسی ،فارسی ،عربی و ) ...در کانال مشترک صحبت کنند و همه شنونده
ها صحبت های فرستنده ها را به درستی متوجه شوند.
انواع تکنولوژی کانال با توجه به جهت انتقال داده
-1کانال یک طرفه یا کامال یک طرفه )(Simplex
-2کانال نیمه دو طرفه ) (Half duplexیا )(Hdx
-3کانال کامال دو طرفه ) (Full duplexیا )(Fdx
14
کانال یک طرفه یا کامال یک طرفه )(Simplex
در این حالت ارتباط و انتقال داده فقط در یک جهت است و یک دستگاه فقط
فرستنده و دستگاه دیگر فقط گیرنده است.
مثالی از کانال simplexپخش امواج تلویزیونی توسط فرستنده تلویزیونی
و دریافت آن توسط گیرنده های تلویزیون.
نمایش یک کانال simplex
15
کانال نیمه دو طرفه ) (Half duplexیا )(Hdx
در این حالت هر دستگاه هم توانایی ارسال و هم توانایی دریافت داده را
دارد اما نه در یک زمان یکسان.
به عبارت دیگر زمانی که یک دستگاه در حال ارسال اطالعات است
دستگاه دیگر فقط دریافت کننده هستند و بالعکس.
مثال این کانال ارتباط و انتقال داده توسط دو دستگاه بی سیم است.
نمایش یک کانال نیمه دو طرفه
16
کانال کامال دو طرفه ) (Full duplexیا )(Fdx
در این حالت هر دستگاه در یک زمان هم توانایی ارسال و هم توانایی دریافت داده را دارد
و مثال این کانال انتقال صوت یا داده توسط دو دستگاه تلفن است.
نمایش یک کانال کامال دو طرفه
17
ارسال سریال /موازی
انتقال داده دیجیتال باینری در یک رسانه انتقال می تواند به دو صورت سلایر یا
موازی انجام شود.
در ارسال موازی در هر پالس ساعت چندین بیت به طور
همزمان ارسال می شود.
در حالی که در روش سلایر ،در هر پالس ساعت فقط
یک بیت ارسال می شود.
18
ارسال موازی
برای ارسال موازی بایستی از nکانال مختلف برای انتقال nبیت به صورت همزمان
استفاده کرد .به طوری که هر بیت روی کانال مخصوص خودش ارسال می شود.
بنابراین دو دستگاه که می خواهند به صورت موازی با یکدیگر مبادله داده نمایند بایستی
توسط nکانال به یکدیگر متصل شوند.
همه 8بیت باهم ارسال می شوند
گیرنده
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
فرستنده
1
0
هشت خط مورد نیاز است
نمایش ارسال داده به صورت موازی و هشت بیتی
19
ارسال سریال
در ارسال سریال ،به علت این که بیت های اطالعات به صورت پی در پی ارسال می شوند بنابراین یک کانال برای
ارتباط دستگاه های فرستنده و گیرنده کافی است .
البته با توجه به این نکته که ذخیره اطالعات درون کامپیوتر ها ( چه فرستنده و چه گیرنده ) به صورت موازی و
nبیتی انجام می شود بنابراین در سمت فرستنده بایستی واسطه ای برای تبدیل داده موازی به سریال و در سمت
گیرنده نیز واسطه ای برای تبدیل داده سریال به موازی نیاز است.
تبدیل کننده سلایر
به موازی
گیرنده
0
1
1
0
0
0
1
0
تبدیل کننده موازی
به سلایر
8بیت داده یکی یکی
ارسال می شوند
0
1
0
0
0
1
1
فقط یک خط
مورد نیاز
است
نمایش ارسال اطالعات به صورت سریال
0
0
1
1
0
0
0
1
0
فرستنده
20
مزیت ارسال سریال نسبت به ارسال موازی هزینه کمتر ( تعداد کانال کمتر )
است
در حالی که عیب ارسال سریال نسبت به ارسال موازی سرعت و نرخ انتقال داده
پایین تر است.
ارتباط چاپگر با کامپیوتر از طریق ارسال موازی و ارتباط موس با کامپیوتر و یا
کی بورد با کامپیوتر از طریق ارسال سریال است.
21
فصل سوم:
الیه پیوند داده
الیه پیوند داده
o
o
o
o
o
o
o
وظیفه الیه فیزیکی سمت فرستنده تحویل رشته ای از بیت ها از الیه پیوند داده فرستنده و ارسال آن
بر روی رسانه انتقال است
و همچنین الیه فیزیکی سمت گیرنده رشته ای از بیت ها را دریافت می کند و آن را تحویل الیه پیوند
داده گیرنده می دهد.
اما تعیین این که اکنون نوبت ارسال با کدام کامپیوتر است یا کدام کامپیوتر برای کدام کامپیوتر داده را
ارسال کرده است
یا این که مرز ابتدا یا انتهای یک بایت یا یک فریم اطالعاتی چیست و
آیا رشته بیتی دریافت شده بدون خطاست
یا تعداد بیت های دریافت شده کم تر ،مساوی یا بیش تر از تعداد بیت های ارسال شده باشد بر عهده
الیه فیزیکی نیست بلکه بر عهده الیه پیوند داده است.
به عبارت ساده تر الیه فیزیکی فقط وظیفه حمل و انتقال داده را بر عهده دارد و کنترل آن بر عهده
الیه باالتر یا الیه پیوند داده است.
23
زیر الیه های الیه پیوند داده
الیه پیوند داده وظایف بسیاری را بر عهده دارد بنابراین سازمان ISOآن را به دو زیر الیه
)Media Access Control)MAC .1
(Logical Link Control) LLC .2
تقسیم کرد.
زیر الیه MACبا الیه فیزیکی و زیر الیه LLCبا الیه شبکه ارتباط دارد.
به طور خالصه وظیفه زیر الیه LLCمدیریت ارتباط میان دو کامپیوتر در یک کانال و همچنین پنهان نگه
داشتن توپولوژی و سخت افزار فیزیکی از دید الیه باالتر یعنی شبکه است.
وظیفه MACنیز تعیین نحوه و چگونگی دسترسی به کانال ،چگونگی انتقال صحیح داده و به عبارت کلی
تر مدیریت کانال است.
24
وظایف الیه پیوند داده
الیه پیوند داده دارای شش وظیفه اصلی است:
.1
.2
.3
.4
.5
.6
ارائه سرویس به الیه باالتر (الیه شبکه)
قرار دادن آدرس فیزیکی در فریم اطالعاتی در شبکه LAN
فریم بندی ()Framing
کنترل خطا()Error Control
کنترل جریان ()Flow Control
مدیریت کانال
که به تفکیک وظایف آن بررسی می شود.
25
ارائه سرویس به الیه باالتر (الیه شبکه)
الیه باالی پیوند داده الیه شبکه است بنابراین زیر الیه LLCوظیفه ارائه سرویس به الیه شبکه را
برعهده دارد.
ارائه سرویس به سه طریق زیر امکان پذیر است:
-1سرویس بدون اتصال بدون دریافت پیغام پاسخ از گیرنده
()Connection Less Without ACK
-2سرویس بدون اتصال همراه با دریافت پیغام پاسخ از گیرنده
()Connection Less With ACK
-3سرویس اتصال گرا ()Connection Oriented
26
سرویس بدون اتصال بدون دریافت پیغام پاسخ از گیرنده()Connection Less Without ACK
•در این نوع سرویس در ابتدا هیچ اتصالی بین فرستنده و گیرنده برقرار نمی شود و فرستنده اطالعات را به
صورت فریم های مستقل و متوالی برای گیرنده ارسال می کند و فرستنده هیچ گاه منتظر پیغام دریافت
فریم ( )ACKاز سمت گیرنده نمی ماند.
•فرستنده هیچ گاه خاموش بودن گیرنده یا آمادگی دریافت اطالعات توسط گیرنده را بررسی نمی کند.
•بنابراین تضمینی برای دریافت فریم توسط گیرنده یا دریافت صحیح آن و یا حفظ ترتیب فریم ها وجود
ندارد.
• قابلیت اطمینان این روش در مقابل رخداد خطا پایین است بنابراین بایستی در کانال مطمئن مانند فیبر
نوری از این سرویس استفاده شود.
•نرخ انتقال داده در این سرویس باال است و برای کاربردهای بالدرنگ ( )Real Timeو یا سرویس هایی
که در آن ها تأخیر مهم است به کار می رود.
•مثال کاربردی از آن گوش دادن رادیو به صورت Onlineدر اینترنت است.
27
سرویس بدون اتصال بدون دریافت پیغام پاسخ از گیرنده()Connection Less Without ACK
در این دیاگرام زمانی ،جهت انتقال داده با فلش مورب (وجود پدیده تأخیر) نشان داده شده است .محور
زمان به صورت عمودی و گذر آن در جهت پایین است و پیغام ارسالی از طرف گیرنده با ACKنشان داده
می شود که در این سرویس ACKارسال نمی شود.
نمایش دیاگرام زمانی سرویس بدون اتصال بدون دریافت پیغام پاسخ است.
28
سرویس بدون اتصال همراه با دریافت پیغام پاسخ از گیرنده ()Connection Less With ACK
•در این سرویس ،هیچ اتصال اولیه ای بین فرستنده و گیرنده برقرار نمی شود اما بعد از ارسال هر فریم
فرستنده منتظر دریافت پاسخ (دریافت سالم یا دریافت خطادار فریم) از سمت گیرنده می ماند.
•فرستنده اگر در فاصله معینی پاسخی دریافت نکند فریم را دوباره ارسال می کند.
أ نویزپذیر هستند،
• با توجه به قابلیت اطمینان باال در این روش می توان آن را در کانال های بی سیم که ذاتا
به کار برد.
•نرخ انتقال داده نسبت به روش اول پایین تر است.
شکل دیاگرام زمانی سرویس بدون اتصال همراه با دریافت پیغام پاسخ از گیرنده
29
سرویس اتصال گرا ()Connection Oriented
در این سرویس
-1عالوه بر اتصال اولیه بین فرستنده و گیرنده و
-2انتقال فریم داده همراه با دریافت پاسخ از گیرنده
-3در انتها نیز اتصال اولیه قطع می شود.
•بنابراین در این روش ،قبل از ارسال هر فریم اطالعاتی
روشن بودن گیرنده و آمادگی آن برای دریافت اطالعات
بررسی می شود.
•قابلیت اطمینان این سرویس بسیار باال است و معموال
أ
برای کاربردهایی نظیر انتقال فایل که انتقال صحیح
تمامی بیت های آن مهم است به کار می رود.
•البته نرخ انتقال داده در این روش نسبت به دو روش
دیگر پایین تر است.
•شکل روبرو نمایش دیاگرام زمانی سرویس اتصال گرا
است.
30
قرار دادن آدرس فیزیکی در فریم اطالعاتی در شبکه LAN
در یک شبکه LANبرای مشخص کردن کامپیوترها و ارتباط و انتقال داده بین آن ها هر کارت شبکه
(در نتیجه کامپیوتر متصل به آن) دارای یک آدرس منحصر به فرد 48بیتی است.
بنابراین هر کامپیوتر به هنگام ارسال اطالعات بایستی آدرس خود را به عنوان آدرس مبدأ فریم قرار
دهد و با قرار دادن آدرس 48بیتی کامپیوتر مقصد در آدرس مقصد فریم می توانند اطالعات خود را
برای آن کامپیوتر ارسال کنند.
آدرس 48بیتی منحصر به فرد کارت شبکه را آدرس فیزیکی یا آدرس MACنیز می نامند.
این آدرس در ROMموجود در هر کارت شبکه قرار دارد.
این آدرس 48بیتی را برای ساده سازی به صورت 12رقم Hexنشان می دهند (هر رقم Hex
نمایش باینری ارقام از صفر تا 15و معادل چهار بیت است)
شش رقم اول Hexتوسط مأسسه IEEEبه یک کمپانی سازنده کارت شبکه اختصاص می یابد و
شش رقم دیگر به عنوان شماره سریال یا هر مقدار دیگر توسط کمپانی برای هر کارت شبکه تولیدی
اختصاص می یابد.
31
قرار دادن آدرس فیزیکی در فریم اطالعاتی در شبکه LAN
32