دانلود - دانشگاه شاهد
Download
Report
Transcript دانلود - دانشگاه شاهد
شبکه های کامپیوتری
بخش دوم:
پروتکل و استاندارد در شبکه های کامپیوتری
وحید حقیقت دوست
دانشکده فنی و مهندس ی دانشگاه شاهد
1
لزوم وجود پروتکل و استاندار
2
پروتکلها و استانداردها باعث بکار افتادن و عمل کردن اجزای شبکه در
کنار هم می شوند.
استاندارد شدن یک پروتکل ،باعث میشود تا اجزای مختلف شبکه که
توسط سازندگان مختلف تولید شده اند ،بتوانند در کنار هم کار کنند.
3
• چنانچه سازندگان روی یک پروتکل توافق کنند و یا یک سازمان معتبر یک پروتکل
را تایید نماید .به آن استاندارد میگویند
استاندارد
• انتخاب یک الگوریتم و لحاظ نمودن شرایط عملیاتی منجر به تولید پروتکل میشود.
• ممکن است سازنه های مختلف از پروتکلهای مختلفی استفاده نمایند
• ممکن است دو سازنده روی یک پروتکل توافق کنند
پروتکل
• برای حل یک مساله ممکن است الگوریتمهای مختلفی ارائه شوند .الگوریتم به مساله
بصورت ساده نگاه میکند
الگوریتم
پروتكل :
4
براي برقراري ارتباط بين رايانه ها ي سرويس گيرنده و سرويس دهنده قوانين
كامپيوتري براي انتقال ودريافت داده مشخص شده اند كه به قرارداد يا پروتكل
موسومند.
اين قرارداد ها و قوانين بصورت نرم افزاري در سيستم براي ايجاد ارتباط ايفاي
نقش مي كنند.
پروتكل یا قرارداد ،در واقع زبان مشترك كامپيوتري است كه براي درك و فهم
رايانه به هنگام درخواست و جواب متقابل استفاده مي شود.
یکی از شناخته شده ترین پروتکلها TCP/IPاست
مدل OSI
)(Open System Interconnection
5
اين مدل مبتني بر قراردادي است كه سازمان استانداردهاي جهاني ايزو
بعنوان مرحله اي از استاندارد سازي قراردادهاي اليه هاي مختلف
توسعه دارد.
نام اين مدل مرجع به اين دليل OSIاست چراكه با اتصال سيستم
هاي باز سروكار دارد و سيستم هاي باز سيستم هايي هستند كه براي
ارتباط با سيستم هاي ديگر باز هستند
اصول طراحی الیه ای
6
طراحی الیهای شبکه به منظور تفکیک مسائلی است که باید توسط
طراح حل شود.
طراحی الیه ای شبکه را میتوان با برنامه نویس ی ماجوالر مقایسه کرد ،
بدین نحو که روالهای حل یک مسئله به اجزای کوچکتری شکسته
میشود و برای آن زیربرنامه نوشته میشود.
در توابع صدازنندۀ این زیربرنامه ها ،جزئیات درونی آنها اهمیت ندارد
بلکه فقط نحوۀ صدازدن آنها و پارامترهای مورد نیاز ورودی به زیربرنامه
و چگونگی برگشت نتیجه به صدازننده ،مهم است.
چرا از مدل الیه ای استفاده میشود؟
وقتي نياز به سطوح مختلف از انتزاع است ،اليه اي بايد ايجاد شود.
(ساده سازی)
هر اليه بايد وظيفه مشخص ي داشته باشد( .شکستن روالهای سنگين به
روالهای ساده)
7
وظيفه هر اليه بايد با در نظر گرفتن قراردادهاي استاندارد جهاني انتخاب
گردد.
مرزهاي اليه بايد براي كمينه كردن جريان اطالعات از طريق رابط ها
انتخاب شوند( .مدیریت فرایندها و جریانها)
مدل هفت اليهاي OSI
برای آنکه طراحی شبکه ها سلیقه ای و پیچیده نشود سازمان جهانی استاندارد
،ISOمدل هفت الیه ای برای شبکه ارائه کرد ،به گونهای که وظائف و خدمات
شبکه در هفت الیۀ مجزا تعریف و ارائه میشود.
8
اليه فيزيكي Physical layer
اليه پيوند دادهها Data link layer
اليه شبكه Network layer
اليه انتقال Transport layer
اليه جلسه Session layer
اليه ارائه ( نمايش ) Presentation layer
اليه كاربرد Application layer
9
ارائه مدل OSIتا عمل
10
این مدل به منظور تعریف یک استاندارد جهانی و فراگير ارائه شد و گمان ميرفت
که تمام شبکه ها بر اساس این مدل در هفت الیه طراحی شوند ،به گونهای که در
دهۀ هشتاد سازمان ملی علوم در آمریکا عنوان کرد که در آینده فقط از این
استاندارد حمایت خواهد کرد.
ً
ولی در عمل ،طراحان شبکه به این مدل وفادار نماندند .مثال شرکت ناول مدل
پنج الیه ای IPX/SPXخودش را بکار گرفت و در اینترنت مدل TCP/IPفراگير
شد.
-1اليه فيزيکي Physical Layer
به انتقال بيتهاي خام برروي كانال ارتباطي مربوط مي شود .در اينجا مدل طراحي با
رابط هاي مكانيكي ،الكتريكي و رسانه انتقال فيزيكي كه زير اليه فيزيكي قراردارند
سروكار دارد.
واحد اطالعات :
پارامترهاي قابل توجه :
11
بيت
ظرفيت كانال فيزيكي و نرخ ارسال
نوع مدوالسيون
مسائل مكانيكي و الكتريكي مانند نوع كابل ،باند فركانس ي ،نوع رابط (كانكتور) كابل
-2اليه پيوند دادهData Link Layer -
وظايف اين اليه شامل موارد زير است :
ارائه خدمات به الیه شبکه
مدیریت فریم ها (قاب ها)
خطايابي وارسال مجدد فريم ها
کنترل جریان
12
ایجاد فريم ها (از روی بسته های دریافتی الیه باال) ،بازسازی فریم (از روی دنباله بیتی دریافت شده) ،ايجاد تمايز
بين فريم ها داده و كنترلی
مدیریت دسترس ی به رسانه
کنترل خطا
دریافت بسته ها در مبدا و تحویل آن در مقصد و یا گزارش خطای انتقال
ايجاد هماهنگي بين كامپيوتر ارسال كننده ودريافت كننده داده ها
-3الیه شبکه Network -
13
در این الیه اطالعات به صورت بسته هایی سازماندهی میشود و برای انتقال
مطمئن تحویل الیۀ دوم میشود.
با توجه به آنکه ممکن است بين دو ماشين در شبکه مسيرهای گوناگونی وجود
داشته باشد ،لذا این الیه وظیفه دارد هر بستۀ اطالعاتی را پس از دریافت به
مسيری هدایت کند تا آن بسته بتواند به مقصد برسد.
در این الیه باید تدابيری اندیشیده شود تا از ازدحام (یعنی ترافیک بیش از اندازۀ
بسته ها در یک مسيریاب یا مرکز سوئیچ) جلوگيری شده و از ایجاد بن بست
ممانعت بعمل بیاورد
وظایف الیه شبکه
14
سازماندهي اطالعات بصورت بسته و ارسال جهت انتقال مطمئن به
اليه پيوند دادهها
تعيين مسير هر بسته ارسالي براي رسيدن به مقصد
جلوگيري از ازدحام و ترافيك در بين مسيريابها و سوئيچها
اختصاص آدرسهاي مشخص و استاندارد براي هر بستة آماده ارسال
عملکرد اين اليه بدون اتصال ( )connection lessاست.
الیه انتقال Transport layer
15
وظيفه ارسال مطمئن يك بسته به مقصد را برعهده دارد.
اليه انتقال پس از ارسال يك بسته به مقصد ،منتظر مي ماند تا
سيگنالي از مقصد مبني بر دريافت آن بسته دريافت كند.
در صورتيكه این اليه در منبع سيگنال مذكور را از مقصد دريافت نكند.
مجددا اقدام به ارسال همان بسته به مقصد خواهد كرد.
این الیه تالش دارد تا یک ارتباط اتصال گرا را روی بستری که بدون
اتصال است پیاده سازی نماید.
وظایف الیه انتقال
16
ارسال يك بسته ويژه قبل از ارسال بسته ها براي اطمينان از آمادگي گيرنده براي دريافت
اطالعات
شماره گذاري بسته هاي ارسالي براي جلوگيري از گم شدن يا ارسال دوباره بسته ها
حفظ ترتيب جريان بسته هاي ارسالي
آدرس دهي پروسه هاي مختلفي كه روي يك ماشين واحد اجرا مي شوند.
تقسيم پيامهاي بزرگ به بسته هاي اطالعاتي كوچكتر
بازسازي بسته هاي اطالعاتي و تشكيل يك پيام كامل
شماره گذاري بسته هاي كوچكتر جهت بازسازي
تعيين و تبيين مكانيزم نامگذاري ايستگاههاي موجود در شبكه
اليه جلسه Session Layer -
17
وظيفه برقراري يك ارتباط منطقي بين نرم افزار هاي دو كامپيوتر ي كه
به يكديگر متصل هستند به عهده اين اليه است.
وقتي كه يك ايستگاه بخواهد به يك سرويس دهنده متصل شود ،
سرويس دهنده فرايند برقراري ارتباط را بررس ي مي كند ،سپس از
ايستگاه ،درخواست نام كاربر ،ورمز عبور را خواهد كرد .اين فرايند
نمونه اي از يك اجالس مي باشد.
وظایف اليه جلسه
18
برقراري و مديريت يك جلسه
شناسائي طرفين
مشخص نمودن اعتبار پيامها
اتمام جلسهها
حسابداري مشتریها
اليه ارائه ( نمايش )
Presentation layer
اين اليه اطالعات را از اليه كاربرد دريافت نموده ،آنها را به شكل قابل فهم براي
كامپيوتر مقصد تبديل مي كند .
اين اليه براي انجام اين فرايند اطالعات را به كدهاي ASCIIو یا
Unicodeتبديل مي كند.
وظایف اصلی این الیه عبارتند از:
19
فشرده سازي فايل
رمزنگاري براي ارسال داده هاي محرمانه
رمزگشائي
تبديل كدها به يكديگر هنگام استفاده دو ماشين از استانداردهاي مختلفي براي متن
اليه كاربردApplication Layer -
اين اليه امكان دسترس ي كاربران به شبكه را با استفاده از نرم افزارهايي چون
… ،Email ،FTP ،webرا فراهم می سازد.
وظایف اصلی این الیه:
20
انتقال نامههاي الكترونيكي
انتقال مطمئن فايل
دسترس ي به بانكهاي اطالعاتي راه دور
مديريت شبكه
انتقال صفحه وب
پروتکل TCP/IP
21
از مهمترين ومشهورترين پروتكل هاي مورد استفاده در شبكه اينترنت است
اين بسته نرم افزاري به اشكالمختلف براي كامپيوتر ها وبرنامه ها ي مختلف
ارائه مي گردد
TCP/IPاز مهمترين پروتكل هاي ارتباطي شبكه در جهان تلقي مي شود ونه تنها
برروي اينترنت و شبكه هاي گسترده گوناگون كاربرد دارد ،بلكه در شبكه هاي محلي
مختلف نيز مورد استفاده قرار مي گيردو در واقع اين پروتكل زبان مشترك بين
كامپيوتر ها به هنگام ارسال و دريافت اطالعات يا داده مي باشد.
مدل TCP/IPو مقایسه آن با مدل OSI
22
فرایند اضافه شدن و حذف سربار به بسته
23
مدل OSI
فرایند اضافه شدن و حذف سربار به بسته ()2
24
پروتکلهای رایج در TCP/IP
25
روشهاي برقراري ارتباط دو ماشين در شبکه
-1سوئيچينگ مداري
-2سوئيچينگ پيام
Circuit Switching
Message Switching
-3سوئيچينگ بسته و سلول
Packet Switching / Cell Switching
26
-1سوئيچينگ مداري
Circuit Switching
لزوم برقراري اتصال فيزيکي بين مبدأ و مقصد جهت انتقال اطالعات
معايب
•نياز به زمان قابل توجهي براي برقراري ارتباط بين فرستنده و گيرنده
•عدم امکان برقراري ارتباط توسط ماشينهاي ديگر با دو ماشين فرستنده و گيرنده
هنگام اشغال بودن کانال توسط دو ماشين
27
-2سوئيچينگ پيام
Message Switching
•مختص انتقال دادهاي ديجيتال
•اتصال دائمي هرايستگاه با مرکز سوئيچ خود
•اضافه نمودن اطالعات الزم به داده ها قبل از ارسال آن به مرکز سوئيچ
توسط ايستگاه فرستنده
• دريافت کامل پيام توسط هر مرکز سوئيچ و انتخاب کانال خروجي مناسب
بر اساس آدرس گيرنده موجود در داده
28
مشکل سوئيچينگ پيام
عدم محدوديت طول پيام
•باال بودن حافظههاي موجود درهر مرکز سوئيچ
•ارسال مجدد دادهها در صورت خرابي يک بيت در پيام
•تأخير زياد در رسيدن پيام
مزايا
•بسيار سريع و کارآمد
•عدم اشغال کانال
29
-3سوئيچينگ بسته و سلول
Packet / Cell Switching
شکستن پيام توسط ايستگاه فرستنده به قطعات کوچکتري به
نام بسته و ارسال هر بسته به همراه اطالعات الزم براي بازسازي
آن به طور جداگانه به مراکز سوئيچ
30
مقايسه دو روش سوئيچينگ پيام وبسته /سلول
•مجموع تأخير کمتر در روش سوئيچينگ بسته نسبت به روش سوئيچينگ پيام
•نياز به فضاي حافظه کمتر و قابل تأمين در هر مرکز سوئيچ در روش سوئيچينگ بسته
•عدم تأثير خرابي يک بسته در کل پيام ارسالي و نياز به ارسال مجدد فقط همان بسته
31
سوئيچينگ پيام
تأخير انتظار پردازش
تأخير انتشار
C
32
B
A
سوئيچينگ بسته
D
33
C
B
A
سوئيچينگ بسته
D
34
C
سوئيچينگ پيام
B
A
D
زمانبندي تأخير در روشهاي سوئيچنگ پيام و بسته
C
B
A
انواع ارتباط ميان دو ايستگاه
ارتباط يكطرفه :Simplex -
يكطرف هميشه گيرنده و يكطرف هميشه فرستنده
ارتباط دوطرفه غيرهمزمان Half duplex -
هر دو ماشين هم ميتوانند فرستنده باشند و هم گيرنده ولي نه بصورت همزمان
ارتباط دوطرفه همزمان Full duplex -
ارتباط دو طرفه همزمان مانند خطوط ماكروويو
35
سويچينگ مداري مجازي وديتا گرام
• در روش ديتاگرام هر بسته حاوي آدرس شبكه ترمينال مقصد است.
• مسير عبور بسته با پردازش آدرس شبكه مقصد هر بسته بصورت گام به گام
تعيين مي شود.
• به این روش connectionlessمی گویند.
• در روش V.C.مسير ارسال همه بسته ها ثا بت است و در زمان بر قراري مدار مجازي
تعييين مي شود.
• هر بسته حاوي يك شماره مشخصه براي مدار مجازي V.C.است كه مسير آنرا تعيين
مي كند.
سویچینگ دیتاگرام
)(Datagram
سویچینگ مدار مجازی
(Virtual Circuit) V.C.
• به این روش connection-orientedمی گویند
36
در هر دو حالت فوق از سوییچینگ بسته استفاده می شود .پهنای باند
استفاده نشده توسط یک کاربر می تواند توسط سایر کاربران مورد
استفاده قرار می گيرد
مخابرات
داده ()1
مخابرات داده چيست؟
ارتباط بين دو عنصر شبكه مانند دو سوييچ يا دو ميزبان و سوييچ
در مخابرات داده نحوه تبادل اطالعات بر روی یک کانال ارتباطی مورد بحث قرار می گيرد.
کانالهای ارتباطی از دو نوع اختصاص ی و اشتراکی تشکیل می شوند.
خط اختصاص ی
(نقطه به نقطه)
…
37
دسترس ی چندگانه
(1) Data Communication
شبكه
)
1
(
سازي چيست؟
ارسال يك پيام از يك مبدا به يك يا چند مقصد
ايجاد بستر الزم براي اينكار
بيش از دو عنصر در امر ارسال و دريافت دخيل هستند.
سوییچها و روترهای بين راه
38
بسته
(1) Networking
تباطات()1
ار
39
چيست؟
انتقال يك پيام ،اطالعات و يا يك ايده بصورت صوت ،سيگنال ،نوشته
و يا رفتار
نيازمند فضاي انتقال ،انرژي الزم براي ارسال سيگنال و پروتكل براي
محاوره بين عناصر است.
يك سيستم ارتباطات بايد جوانب مختلفي مانند امنيت ،راندمان
استفاده از منابع ،مقاومت در مقابل خطا وخرابي را در نظر بگيرد.
(1) Communication
تاريخچه ارتباطات داده
:1961-62مفهوم سوييچينگ بسته مطرح شد.
:1969چهار كامپيوتر در شبكه ARPANETبه هم وصل شدند.
:1972كاربرد پست الكترونيكي بوجود آمد.
دهه:1980
PCها،ايستگاهاي كاري وLANها بوجود آمدند.
شبكه NSFNETراه اندازي شد.
:1985خصوص ي سازي اينترنت آغازشد.
:1992كاربرد وب بوجود آمد.
رشد اینترنت از سال 1992به بعد با پا گرفتن کاربردهای خانگی و گسترش کاربردهای صنعتی بر
اساس وب رشد شدیدی را طی کرده است.
برای اطالعات بيشتربه سايت http://www.isc.org/dsمراجعه نماييد.
40
اجزا شبكه
همانطور که پیشتر اشاره شد ،يك شبكه كامپيوتري يك سيستم توزيع شده
از اجزا زير مي باشد:
41
فضاي انتقال :سيم مس ي بهم تافته ،كابل كواكسيال ،فيبرنوري ،فضا
عناصر سويچينگ :سويچ،روتر،هاب،پل،دروازه
ميزبانها :كامپيوتري،سرورها،ايستگاهاي كاري
پروتكلها :جهت برقراري ارتباط بين عناصر در سطوح مختلف بايد تعريف
شود :در سطح خط فيزيكي انتقال ،در سطح شبكه ،درسطح ميزبانها
خطوط ارتباطي
.خطوط ارتباطي به دو نوع اختصاص ي و اشتراكي تقسيم ميشوند
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
خطوط اختصاص ی
(1) Dedicated
(2) shared
—
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
W o rk s ta tion
خط اشتراکی
42
انواع خطوط
خطوط اختصاص ی از نوع نقطه به نقطه هستند.
یک خط اشتراکی می تواند از نوع نقطه به نقطه یا از نوع دسترس ی چند
گانه باشد.
یک خط از نوع دسترس ی چند گانه خطی است که چندین فرستنده می
توانند از طریق آن به ارسال اقدام کنند.
الیه ( MACالیه پیوند داده یا الیه 2در مدل )OSIوظیفه هماهنگی بين فرستنده های مختلف
جهت استفاده از فضای انتقال بصورت دوره ای را دارد.
43
مالتی پلکس کردن
)(1
چیست؟
در خطوط اشتراکی ،ترافیک ارسالی جریانهای عبوری از هر خط با هم ترکیب می
شوند .به عمل ترکیب جریانهای ترافیک و تجمیع آنها به عنوان یک جریان واحد
که از طریق یک خط ارسال می شود ،مالتی پلکس کردن می گویند.
ترکیب ترافیک جریانهای مختلف باید بگونه ای انجام شود که در گيرنده امکان
جداسازی آنها از هم وجود داشته باشد .به عمل جداسازی ترافیک جریانهای
مختلف Demultiplexingمی گویند.
44
(1) Multiplexing
انواع روشهای Multiplexing
اشتراک زمانی
سنکرون ( TDM
و )TDMA
اشتراک فرکانس ی
( FDMAو
)FDM
اشتراک کد
()CDMA
پنج روش مالتی
پلکس کردن
45
مالتی پلکس
کردن آماری
()SM
اشتراک طول
موج
( )WDM