شبکه های محلی کامپیوتری

شبکه های محلی کامپیوتری

اسلاید 1: شبكه هاي محلي كامپيوتريسوسن صنعتيs_sanati@yahoo.comنيمسال دوم 89-88 1

اسلاید 2: سر فصل مطالبمقدمه اي بر شبکه هاي رايانه ايساختار لايه اي و معماري شبکهمدل مرجع OSIلايه فيزيکي لايه پيوند داده لايه شبکهلايه حمللايه جلسهلايه ارائه لايه کاربردمدل tcp/ip آدرس ipزير شبکه ها2

اسلاید 3: ارزيابي امتحان ميان ترم 40%امتحان پايان ترم 60%منابع:شبکه هاي رايانه اي و اينترنتمولف: دکتر محمد حسين يغماييشبکه هاي کامپيوتريمترجم : مهندس جعفرنژادقميمباني شبکه هامترجم : امير اسعد انزاني3

اسلاید 4: مقدمه اي بر شبکه هاي رايانه اي شبکه کامپيوتري شامل دو يا چند کامپيوتر به هم متصل است که از طريق شبکه با هم در تبادل اطلاعات هستند.دلايل استفاده از شبکهاستفاده مشترک از منابعکاهش هزينهقابليت اطمينانکاهش زمانقابليت توسعهارتباطاتمدل هاي شبکهpeer-to-peer- شبکه نظير به نظير Server-Based- شبکه مبتني بر سرويس دهنده Client Server - شبکه سرويس دهنده/ سرويس گيرنده 4

اسلاید 5: انواع شبکه هاي رايانه ايشبکه هاي LAN: اين نوع شبكه ها كه در محيط محدود كاربرد دارند در داخل يك ساختمان و يا ساختمان هاي نزديك به هم مورد استفاده قرار ميگيرد. شبكه هاي محلي براي اتصال رايانه ها در دفاتر شركتها و ... به كار مي رود. اين نوع شبكه ها سريع ترين رشد را در ميان صنعت ارتباطات داشته اند. سرعت انتقال داده ها در اين نوع از شبکه ها بالاست.(10Mbps-10Gbps)شبکه هاي MAN: اين نوع شبکه ها نسبت به شبکه هاي LAN از وسعت بيشتري برخوردارند. از اين شبکه براي اتصال کامپيوترها دريک منطقه مانند يک شهر استفاده مي شود. ارتباطات دراين نوع از شبکه ها معمولا از طريق لينک هاي فيبر نوري يا امواج Microwave امکان پذير مي شود.شبکه هاي WAN: از اين نوع شبکه ها معمولا براي اتصال شبکه هاي LAN وMAN به يکديگر استفاده مي شوند. اين نوع شبکه وسعت بيشتري را پوشش مي دهند.سرعت انتقال داده ها در اين نوع از شبکه ها پائين است.5

اسلاید 6: شبکه هاي LAN و شبکه هاي WAN6

اسلاید 7: شبکه هاي محلي lan شبکه هاي LAN محاسن زيادي در اشتراک گذاري منابع و بهبود ارتباط دارند.در به اشتراک گذاري منابع از ميزان هزينه و زمان مي کاهند.ذخيره سازي داده به شکل متمرکز براي دسترسي به شکل اشتراکي ممکن است.امنيت داده ها با وجود مکانيزم هاي محافظت از داده ها افزايش مي يابد.تحمل پذيري اشکال (Fault Tolerance) با ايجاد Replication وMirror از داده ها افزايش مي يابد.ارتباطات اداري را نيز با استفاده از سرويس Email و زمانبندي برنامه هاي کاربردي مرتبط با آن، ميتوان افزايش داد.دسترسي به اينترنت براي تمامي کاربران از طريق روتر مرکزي امکان پذير مي شود.7

اسلاید 8: اجزاء اصلي شبکه هاي محلي شبکه ها شامل سه جزء اصلي مي باشندسخت افزار: شامل ايستگاه ها، سرورها، پرينترها ، کابل هاي ارتباطي و....نرم افزار: شامل سيستم عامل شبکه و سرويس ها براي پشتيباني از منابع جهت دسترسي کاربران.مجموعه پروتکل هاي ارتباطي مانند TCP/IP جهت پشتيباني از قوانين و عملکردها براي کنترل ونظارت بر فرمت بندي داده ها و انتقال آن ها در سطح شبکه.اجزاء سخت افزاري:سيستم کابل شبکه ،که از آن به منظور اتصال کامپيوترها به شبکه استفاده مي شود. اين سيستم مانند بزرگراهي عمل مي کند که از طريق آن اطلاعات انتقال پيدا مي کنند.UPSها ( تامين کننده انرژي بدون وقفه) ابزارهايي جهت تامين انرژي سرورها هستند. UPSها زماني فعال مي شوند که سيستم برق محلي مختل شود.سيستم پشتيبان Tape براي ذخيره سازي نسخه هاي پشتيبان از داده هاي روي سرورها مورد استفاده قرار مي گيرد. معمولا عمليات Backupگيري در بازه هاي زماني با طول يک روز، يک هفته و يا يک ماه گرفته مي شود.پرينتر ها نيز از طريق پرينترسرورها در دسترس Clientها قرار مي گيرند.8

اسلاید 9: اجزاء سخت افزاري شبکه هاي محلي 9

اسلاید 10: اجزاء نرم افزاري شبکه هاي محلي Driver هاي کارت هاي شبکه شامل مجموعه اي از دستورالعمل ها هستند که از طريق آن کامپيوتر مي تواند برروي عملکرد کارت شبکه تسلط داشته باشد و واسط هاي مناسب رابراي نرم افزارهاي کاربردي ايجاد کند.Protocol Stack شامل مجموعه اي از لايه هاي نرم افزاري است که پروتکل مورداستفاده در شبکه را در لايه هاي مختلف پياده سازي مي کند.Client ها به سيستم عامل، درايور کارت شبکه ونرم افزار پروتکل شبکه مجهز هستند.Client ها وسرورها به سرويس هايي نظير: امنيت، پردازش فايل، پيغام هاي Directory، پرينت و برنامه هاي کاربردي نيازمندند.10

اسلاید 11: اجزاء نرم افزاري شبکه هاي محليسيستم عامل شبکه (NOS) نرم افزاري جهت کنترل سرويس هاي شبکه و پشتيباني از دسترسي اشتراکي به منابع شبکه است.NOS براي استفاده حداکثر از سخت افزار طراحي شده است و به گونه اي عمل مي کنند که در تخصيص منابع شبکه به ايستگاه ها عدالت را رعايت کند.NOS هاي مبتني بر تکنولوژي نظير به نظير مي توان اشتراک داده ها را بين Clientها بدون نياز به سرور انجام دهند.NOSهاي مبتني بر تکنولوژي Client/Server مانند Netware از يک کامپيوتر به عنوان سرور اختصاصي جهت ارائه سرويس به Clientها استفاده مي کنند.11

اسلاید 12: اجزاء نرم افزاري شبکه هاي محلي12

اسلاید 13: شبکه هاي انتقال دادهمشخصه هاي اصلياجزاي اصليمعيارهاي اصليارزيابي عملکرد ارزيابي reliabilityارزيابي امنيتمراجع استاندارد13

اسلاید 14: ساختار شبکه هاي رايانه ايشبکه هاي رايانه اي از دو بخش اصلي تشکيل شده اند:زير شبکه (subnet) :وظيفه اصلي زير شبکه ها، انتقال و هدايت پيام ها و اطلاعات کاربران از مبداء به مقصد ميباشدرايانه هاي ميزبان (host):کاربران شبکه از طريق رايانه هاي ميزبان اطلاعات ارسالي خود را به زير شبکه مي فرستند.زير شبکه از دوقسمت تشکيل ميشود: خطوط انتقال و نودهاي شبکههر بسته ارسالي رايانه هاي ميزبان، بعد از ورود به زير شبکه تحويل نودهاي شبکه ميشوددر آنجا منتظر مي ماند تا عمليات مسيريابي برروي آن انجام شود و کانال خروجي مناسب آن پيدا گردد. (save and forward)14

اسلاید 15: ساختار شبکه هاي رايانه ايدو نوع کانال در شبکه هاي رايانه اي عبارتند از:کانال هاي نقطه به نقطهکانال هاي پخشي- ”تصادم بسته ها“ يکي از مشکلات مهم کانالهاي پخشي دو روش عمده تخصيص کانال به کاربران, عبارتند از:روش پويا (dynamic channel allocation) - دوروش مرکزي و غيرمرکزيروش ايستا ( static channel allocation) - تقسيم زمانينحوۀ اتصال رايانه ها به يکديگر از طريق کانالهاي انتقال توپولوژي شبکه ناميده ميشود.بطور کلي 6 نوع توپولوژي شبکه وجود دارد: - ستاره اي، حلقوي ، گذرگاه مشترک ، توري، درختي ، ترکيبي15

اسلاید 16: انواع متداول توپولوژي شبکه توپولوژي ستاره اي:در اين توپولوژي کليه کامپيوترها به يک کنترل کننده مرکزي با هاب متصل هستندنقطه ضعف: وابسته بودن عمليات کل شبکه به هاب نقطه قوت: نصب ساده، توسعه راحت، قطع يکي از خطوط متصل به هاب فقط منجر به خارج شدن فقط يک کامپيوتر از شبکه مي شودتوپولوژي حلقوي: در اين توپولوژي کليه کامپيوترها به گونه اي به يکديگر متصل هستند که مجموعه آنها يک حلقه را مي سازد. نقاط ضعف: اگر يک کامپيوتر از کار بيفتد، کل شبکه متوقف مي شود. به سخت افزار پيجيده نياز دارد. براي اضافه کردن يک ايستگاه به شبکه بايد کل شبکه را متوقف کرد16

اسلاید 17: انواع متداول توپولوژي شبکهتوپولوژي گذرگاه مشترک (bus) در اين توپولوژي ، رسانه انتقال بين کليه کامپيوترها مشترک است. نقطه ضعف: قطع کابل اصلي منجر به از کار افتادن کل شبکه خواهد شد. نقاط قوت: کم هزينه بودن ، سادگي و توسعه آسان توپولوژي توري (mesh) در اين توپولوژي هر کامپيوتري مستقيما به کليه کامپيوترهاي شبکه متصل مي شود. مزيت: دارا بودن بالاترين درجه امنيت و اطميناننقطه ضعف: نياز به تعداد زياد خطوط ارتباطي ، هزينه بالا17

اسلاید 18: انواع متداول توپولوژي شبکهتوپولوژي درختي اين توپولوژي از يک يا چند هاب يا تکرار کننده براي اتصال ايستگاه ها استفاده مي کند. هاب مهمترين عنصر در شبکه مبتني بر توپولوژي درختي است. وظيفه هاب دريافت اطلاعات از يک ايستگاه و تکرار و تقويت آن اطلاعات و سپس ارسال آنها به ايستگاه ديگر است. توپولوژي ترکيبي اين توپولوژي ترکيبي است از چند شبکه با توپولوژي هاي متفاوت که توسط يک کابل اصلي بنام back bone به يکديگر مرتبط شده اند. 18

اسلاید 19: ساختار لايه اي و معماري شبکهجهت کاهش پيچيدگي شبکه و افزايش انعطاف پذيري آن در مقابل تغييرات احتماي، عمليات يک شبکه بصورت لايه اي تقسيم بندي ميشود.هر لايه براي انجام وظايف خود از يک سري قواعد و قراردادهاي استاندارد استفاده مي نمايد.خدمت به لايه بالاتر و دريافت خدمات از لايۀ زيرينمستقل بودن هر لايهواسط به مرز دو لايه گفته ميشودکاربران از طريق لايه هاي بالاتر از خدمات شبکه استفاده مي کنند.اطلاعات از بالاترين لايه به پايين ترين لايه منتقل شده و از طريق محيط فيزيکي وارد زير شبکه ميشوند.مجموع لايه ها و پروتکل هاي يک شبکه را معماري شبکه مي گويند.19

اسلاید 20: ساختار لايه اي و معماري شبکهبه مرز دو لايه مجاور، واسط (interface) گفته ميشود.تبادل اطلاعات بين لايه هاي مجاور از طريق واسط ها انجام ميشود.مجموع لايه ها و پروتکل هاي يک شبکه را معماري شبکه مي گويند لايه nام ---لايه دوملايه اولبا استفاده از مشخصات و اطلاعات موجود از معماري شبکه ميتوان نرم افزارها و سخت افزارهاي هر لايه را طراحي و توليد نمود.مشکلات مدل لايه اي :مکانيسمي براي برقراري و قطع ارتباطعدم تطابق سرعت لايه هاي فرستنده و گيرندهمحدوديت سايز بسته هاوقوع خطا در بسته هاي دريافتيعدم رعايت ترتيب بسته ها20

اسلاید 21: OSI layers21

اسلاید 22: معماري پروتكلها در شبكه هاي كامپيوتريICISDUICISDUلايه 1+Nلايه NIDU )interface Data Unit( واحد دادهاي واسط ICI )Interface Control Information اطلاعات کنترلي واسط ( SDU )Service Data Unit( واحد داده اي خدمات SAP)Service Access Pointنقطه دسترسي به خدمات (SAPIDUSDU22خدمات اتصال گرا و بدون اتصال

اسلاید 23: Headers are added to the data at layers 6, 5, 4, 3, and 2. Trailers are usually added only at layer 2.23

اسلاید 24: An exchange using the OSI model24

اسلاید 25: Figure 2-4Physical Layer25

اسلاید 26: مدل لايه اي osi لايه فيزيکيوظايف اصلي:ارسال بيت هاي خام 0 و1تعيين سطح ولتاژ مربوط به بيت هاي 0 و 1مسائل مهم :-ساختار کانال هاي اتصالي- نقطه به نقطه و پخشي-ارسال داده ها در کانال سه روش ارسال داده کاملا يکطرفه ، يکطرفه ، دو طرفه- توپولوژي- نوع سيگنال- واسط ارتباطي- محيط ارسال26

اسلاید 27: Figure 2-5Data Link Layer27

اسلاید 28: مدل لايه اي osi لايه پيوند دادهوظايف اصلي:- شکستن داده هاي ورودي به به قابهاي داده (frame)- ارسال ترتيبي قابها- کنترل خطا و اطمينان از دريافت صحيح قاب- کنترل جريان (کانال به کانال)- جلوگيرل از تداخل بسته ها در کانال هاي پخشي- مشخص کردن ابتدا و انتهاي قابهااستفاده از آدرس فيزيکياستفاده از دو زير لايه MAC و LLC در شبکه هاي محلي28

اسلاید 29: Node-to-node delivery29

اسلاید 30: Figure 2-7Network Layer30

اسلاید 31: مدل لايه اي osi لايه شبکهوظايف اصلي:کنترل زير شبکهمسيريابي و هدايت صحيح بسته ها درون زير شبکهکنترل تراکم و رفع آنارتباط بين شبکه ايتبديل آدرس هاي منطقي به آدرسهاي فيزيکي تسهيم سازي کانالتحويل تک تک بسته هاي ارسالي به مقصد 31

اسلاید 32: Figure 2-8End-to-end delivery32

اسلاید 33: Figure 2-9Transport Layer33

اسلاید 34: مدل لايه اي osi لايه انتقالبسته هاي لايۀ بالاتر را دريافت ميدارد و آنها را در صورت لزوم به قطعات کوچکتري تقسيم مي نمايد و به لايه شبکه ارسال مي کند.برقراري اتصال هاي مختلف با مقصد لايه انتقال موظف به تحويل سالم و بدون خطاي کل پيام ارسالي به لايۀ انتقال مقصد ميباشد.استفاده از آدرس درگاه (port address)مراحل ايجاد هر اتصالبرقراري اتصال، ارسال داده ،رهاسازي اتصالتوسط هر اتصال، لايه حمل قادر به انجام عمليات مرتب سازي بسته ها ،کنترل جريان و تشخيص خطا مي باشد.34

اسلاید 35: Figure 2-10Reliable end-to-end delivery of a message35

اسلاید 36: Figure 2-11Session Layer36

اسلاید 37: مدل لايه اي osi لايه جلسهبه کمک امکانات اين لايه، کاربران مختلف شبکه در رايانه هاي ميزبان متفاوت، قادر به برقراري جلسه بين يکديگر مي باشند.مثال : ورود به يک رايانه از راه دور و انتقال فايل بين دو ماشين شبکه وظيفه برقراري يک ارتباط منطقي بين نرم افزارهاي دو کامپيوتري که به يکديگر متصل هستند به عهده اين لايه است. وظيفه اين لايه فراهم آوردن شرايط يک جلسه همانند ورود به سيستم از راه دور ، احراز هويت طرفين ،مشخص نمودن اعتبار پيامها ، اتمام جلسه ، حسابداري مشتري هاوظايف : - مديريت نشانهمبادله نشانه هايي بين دورايانه مبدا و مقصد - همزماني37

اسلاید 38: Figure 2-12Presentation Layer38

اسلاید 39: Figure 2-13Application Layer39

اسلاید 40: مدل لايه اي osi لايه ارائه و کاربردوظايف اصلي لايه ارائه:تبديل کدها به يکديگر (تبديل اطلاعات به کدهاي ASCII , Unicode)رمزنگاريفشرده سازيامنيتوظايف اصلي لايه کاربرد:ايجاد ترمينال مجازيفراهم ساختن امکان دسترسي کاربران به شبکه با استفاده از نرم افزارهايي مانند FTP , E-mail, …40

اسلاید 41: Figure 2-14Summary of layers41

اسلاید 42: لايه فيزيکي Transmission Mediaرسانه هاي ارسال هدايت شوندهTwisted pair cableCAT-3, CAT-5, CAT-5e, CAT-6UTP and STP(a) Category 3 UTP (b) Category 5 UTP. 42

اسلاید 43: Coaxial CableWideband and long distanceMulti-band transmissionTwo way transmission by split bandTransmission Media43

اسلاید 44: Fiber opticsUltra Wideband and long distanceMulti-band transmission by wave-length division multiplexingUp to Terra bpsNo electromagnetic interfrence.Transmission Media44

اسلاید 45: Transmission MediaTransmission of light in fiber optics45

اسلاید 46: Transmission MediaFiber cablesMulti modeSingle mode46

اسلاید 47: Transmission MediaLight SourcesLEDSemiconductor Laser47

اسلاید 48: Transmission MediaComparison of fiber and copperDistace 5 km vs. 50 kmCrosstalk Weight 8000 kg vs. 100 kg per kmCapacity low vs. ultra highElectrical interface cheap vs. expensive48

اسلاید 49: Transmission Mediaرسانه هاي ارسال غير هدايت شوندهWireless communicationElectromagnetic spectrum49

اسلاید 50: 50

اسلاید 51: Transmission MediaWireless communicationRadio transmissionانتشار سطحي (VLF,LF)انتشار تروفسفريک (MF)انتشار يونوفسفريک (HF)انتشار در خط مستقيم (VHF,UHF)انتشار فضايي (VHF,SHF,UH)51

اسلاید 52: Transmission MediaWireless communication bnadsIndustrial, scientific and medical bands (ISM)Unlicenced bands (low power)52

اسلاید 53: Transmission MediaCommunication satellitesماهواره مانند يک تکرار کننده عمل ميکند 53

اسلاید 54: Transmission MediaSatellites bandsTransponders: low noise receivers high power transmitters about 80 MHz bandwidth

اسلاید 55: Transmission MediaIridium (LEO)66 satellites (element 77 is iridium)Moving cells

اسلاید 56: Multiplexing and trunksتسهيم سازي فرکانسي (تلويزيون هاي کابلي)FDM

اسلاید 57: Multiplexing and trunksWDM

اسلاید 58: Multiplexing and trunksTDMDigital trunk T1 and Multiplexing

اسلاید 59: Multiplexing and trunksTDMDigital trunk T1 and Multiplexing

اسلاید 60: Multiplexing and trunksکاربردهاي تسهيم سازي کانال : - شبکه تلفن (آنالوگ و ديجيتال)سرويس هاي سويچينگ آنالوگ (PUBLICSWITCHEDTelephoneNetwork)حلقه محليتا 4 کيلوهرتز پهناي باند 60

اسلاید 61: Multiplexing and trunks- سرويس سويچينگ ديجيتال حساسيت کمتر به نويز و تداخلهزينه کمتر - سرويس سويچ شده /56 (56 کيلو بيت در ثانيه) استفاده از DSUسرويس داده ديجيتال DDS (56 کيلو بيت بر ثانيه)سرويس سيگنال ديجيتال DS (استفاده از سيستم سلسله مراتبي)خطوط T و خطوط E61