لایه واسط شبکه

لایه واسط شبکه

اسلاید 1: 1393 مهرفصل دوم: لايه واسط شبكه لايه شبكه و مسائل خطوط انتقال داده استانداردهاي انتقال روي خطوط نقطه به نقطه پروتكل SLIP پروتكل PPP استانداردهاي انتقال در شبكه هاي با كانال مشترك IEEE 802.3 CSMA/CD IEEE 802.4 Token Bus IEEE 802.5 Token Ring IEEE 802.6 DQDB IEEE 802.11 Wireless LAN هدفهاي آموزشي :1

اسلاید 2: 1393 مهر1) لايه واسط شبکهتبديل کانال داراي خطا به يک خط مطمئن و بدون خطا ☻فريم بندي اطلاعات ☻ ☻ ساختمان داده‌اي است که درون فيلد داده فريمها قرار دارد ☻ عدم تغيير بسته IP با وجود تغيير شبکه و تغييرات مداوم فريم بسته IPشماي يك شبكه فرضي2

اسلاید 3: 1393 مهرکانالهاي انتقالوظيفه سخت افزار انتقال در لايه واسط شبکه: انتقال بيتهاي داده بر روي کانال فيزيکي بدون توجه به نوع و محتواي دادها خطوط تلفن فيبرهاي نوري سيمهاي به هم‌بافته‌شدة زوجي كابلهاي هم‌محور (كواكسيال) كانالهاي ماهواره‌اي كانالهاي راديويي امواج طيف نوري 3

اسلاید 4: 1393 مهرسيمهاي به هم بافته شده زوجي: UTP : يك زوج سيم معمولي به هم بافته شده STP : يك زوج سيم معمولي به هم بافته شده به همراه يك پوشش آلومينيمي بر روي آنها جهت كاهش اثر نويزهاي محيطي بر روي سيم(a) Category 3 UTP.(b) Category 5 UTP.كابلهاي هم‌محور (كواكسيال):در انواع مختلف مانند: كابل كواكس 50 اهم ضخيم Tick Coaxial Cable كابل كواكس 50 اهم نازك Thin Coaxial Cable كابل كوآكس 75 اهم معمولي) 4Unshielded Twisted Pair (UTP)Shielded Twisted Pair (STP)

اسلاید 5: 1393 مهركانالهاي ماهواره‌اي : در باندهاي فركانسي مختلف مانند: باند C : ارسال از زمین به ماهواره در باند 5/925 الی 6/425 گیا هرتز و دریافت از ماهواره در باند 3/7 الی 4/2 گیگا هرتز باند Ku ارسال 14/0 الی 14/5 گیگا هرتز و دریافت 11/7 الی 12/2 باند Ka ارسال 27/5 الی 30/5 گیگا هرتز و دریافت 17/7 الی 21/7 فيبرهاي نوري : در انواع مختلف مثل فيبر تك‌ مد و چند‌مدامواج طيف نوري: شامل نور مادون قرمزكانالهاي راديويي : شامل باندهاي فركانسي مختلف مثل UHF ، VHF 5

اسلاید 6: 1393 مهرنسبتا پيچيدهبسيار پيچيدهپيچيدهمتوسطسادهسادهپياده سازينسبتا گرانگرانمتوسطمتوسطارزانارزانقيمت زيادمتوسطبسيار كمكممتوسطزيادخطا كانالهاي ماهوارهحدود جند صد مگا هرتزدر همه جا تحت پوشش كانالهاي راديوييحدود جند مگا هرتزدر جايي كه كابل كشي عقلايي نيست مناسب مي باشد .فيبرهاي نوريحدود جند گيگا هرتزبهترين كاراييكابلهاي كواكسحدود جند صد مگاهرتززوج سيم متوسط ( حدود جند ده تا صد مگاهرتز ) براي فواصل كوتاه مناسب استخطوط تلفن معمولي كم (‌حدود 4KHz )از قبل وجود داردنوع كانالپهناي باند توضيح مقايسه مشخصات برخي از كانالهاي انتقال 6

اسلاید 7: 1393 مهرپهناي باند: توانايي و ظرفيت كانال در ارسال اطلاعات با نرخ B بيت در هر ثانيهرابطه شانون:C=B.log2(1+S/N)C : ظرفيت كانال بر حسب بيت بر ثانيهS : متوسط توان سيگنال N : متوسط توان نويزB : پهناي باند كانال بر حسب هرتز7

اسلاید 8: 1393 مهرمالتي پلكس يا تسهيم : تقسيم پهناي باند يك كانال بين چند ايستگاه تسهيم در ميدان فركانس يا FDM Frequency Division Multiplexing تسهيم در ميدان زمان يا TDM Time Division Multiplexing FDM: تقسيم پهناي باند فركانسي به N باند مجزا (N تعداد ايستگاه موجود در شبكه)TDM: تقسيم زمان به بازه‌هاي كوچك (ارسال اطلاعات بر روي كانال توسط هر ايستگاه فقط در بازه زماني مشخص)8

اسلاید 9: 1393 مهرموارد كاربرد روشهاي FDM و TDM : تعداد ايستگاهها ثابت و محدود باشند ارسال حجم ثابت و دائمي داده توسط هر ايستگاه بر روي كانال وجود داشته یاشد9

اسلاید 10: 1393 مهرFDM 10

اسلاید 11: 1393 مهرانواع خطا در شبكه‌هاي كامپيوتري نويز حرارتي شوك‌هاي الكتريكي نويز كيهانيروشهاي كشف خطا اضافه كردن بيت توازن به داده‌ها روش Checksum كدهاي كشف خطاي CRC11Cyclic Redundancy Check (CRC)

اسلاید 12: 1393 مهربيت توازن ساده‌ترين روش كشف خطا اضافه نمودن يك بيت توازن به ازاي هر بايت از اطلاعات انتخاب بيت توازن به گونه‌اي كه مجموع تعداد بيتهاي 1 هميشه زوج يا فرد باشد اين روش در صورتي موثر است كه تعداد خطاهاي رخ داده زوج نباشد بايت اصلي : 01101001بيت توان فرد 0110100 1 Odd Parity بيت توان زوج Even Parity 0 01101001 12

اسلاید 13: 1393 مهرروش Checksum جمع (XOR) تمام بايتهاي يك فريم ارسالي توسط فرستنده و ايجاد بايت Checksum اين روش در صورتي قادر به كشف خطا است كه تعداد خطاهاي رخ داده در بيتهاي هم ارزش زوج نباشد كدهاي كشف خطاي CRC محاسبه تعدادي بيت كنترلي به نام CRC (Cyclic Redundancy Check) به ازاي مجموعه‌اي از بيتها و اضافه شدن به انتهاي فريم مبناي كار : تقسيم چند جمله‌اي13

اسلاید 14: 1393 مهراستانداردهاي انتقال روي خطوط نقطه به نقطه 1) پروتكل SLIP Serial Line IP : 2) پروتكل PPP : Point to Point روش كار: ارسال علامت مشخصه يك بايتي 0xC0 روي خط توسط ايستگاه انتقال داده بر روي خط ارسال مجدد علامت مشخصه 0xC0 جهت مشخص نمودن انتهاي فريم1) پروتكل SLIPFlagData (Payload)Flagقالب هر فريم0xC00xC0داده ها14مستندات پروتکلهای شبکه در اسنادی تحت عنوان RFC شرح داده شده اند

اسلاید 15: 1393 مهرمعايب پروتكل SLIP عدم وجود كد كشف خطا در اين پروتكل قرار گرفتن فقط بسته‌هاي IP درون فيلد داده فريم عدم پشتيباني بسياري از سيستم‌عاملها از اين پروتكل لزوم داشتن آدرسهاي IP ثابت و شناخته شده براي هر دو ايستگاه برقراركننده ارتباط عدم تأييد و احراز هويت كاربر برقراركننده ارتباط در اين پروتكلپروتكلي بسيار سريع به دليل نداشتن فيلدهاي سرآيند اضافي 15

اسلاید 16: 1393 مهرمراحل برقراري ارتباط از طريق خط سريال نقطه به نقطه: شماره‌گيري به كمك مودم اتصال تلفن توسط مودم طرف مقابل تبادل بسته‌هاي اطلاعاتي كنترلي LCP بين طرفين فريم‌هاي LCP حاوي اطلاعات پارامترهاي پروتكل PPP تبادل بسته‌هاي NCP جهت تنظيم پارامترهاي لايه بالاتر آغاز مبادله فريمهافاز مذاكره Negotiation16Link Control ProtocolNetwork Control Packet

اسلاید 17: 1393 مهر2( قالب فريم پروتكل PPPAddress Field مقدار فيلد تماماً 1 آدرس فراگير 17

اسلاید 18: 1393 مهرProtocolمشخص كننده آنكه بسته درون فيلد داده مربوط به چه پروتكلي در لايه بالاتر است. مقدار اين فيلد در مورد فريمهاي عادي = 00000011 نشان دهنده آن است كه اين فريم شماره‌گذاري‌شده نيست و نيازي به ارسال پيغام ACK توسط طرفين براي فريمها نمي‌‌باشد Control Field Checksum به طور پيش فرض 2 بايتي جهت كشف خطاهاي احتمالي در فريم18

اسلاید 19: 1393 مهرPayload سايز پيش فرض اين فيلد = 1500 بايت بسته مربوط به لايه بالاتر در اين فيلد قرار مي‌گيرد ESTABLISH BOTH SIDE AGREE ON OPTIONS DEAD NETWORK OPای TERMINATE NCPCONFIGURATION DONECarrier DetectFailed Carrier DroppedFailed مراحل برقراري و ختم يك ارتباط در پروتكل PPP19تصدیقبرقراریخاتمهایجادشبکهDead

اسلاید 20: 1393 مهربسته هاي مهم LCP Link Control ProtocoProtocol RejectI R پروتكلي را تعيين كرده‌ايد كه تشخيص داده نمي‌شود.Discard RequestI R لطفاً اين بسته را نديده بگيريد. (حذف كنيد.)Echo ReplyI R بسته‌ پس فرستاده شد! (پاسخ بستة Echo Request)Echo RequestI R لطفاً عيناً همين بسته را پس بفرستيد!Code-RejectI R تقاضايي رسيده است كه شناسايي و فهم نمي‌شود.Terminate AckI R موافقت براي قطع ارتباط و كانالTerminate RequestI R تقاضا براي خاتمه و قطع ارتباط Configure RejectI R برخي از پارامترها قابل بحث و توافق نيستند.Configure NackI R برخي از پارامترها و گزينه‌ها پذيرفته نشد.Configure AckI R مشخص مي‌كند كه تمامي پيشنهادات پذيرفته شد.Configure RequestI R ليستي از گزينه‌ها و مقادير را براي تنظيم ، پيشنهاد مي‌كند.نام بستهجهتعملكردI : پيشنهاددهنده R: پاسخ دهنده20

اسلاید 21: 1393 مهر3) استانداردهاي واسط شبكه‌هاي محلي با كانال اشتراكي استانداردهاي انتقال اطلاعات بر روي كانال مشترك و مديريت كانالاستانداردهاي سري IEEE 802.X1-3) IEEE 802.3 : استاندارد شبكه‌هاي محلي باس تعريف اين استاندارد براي شبكه‌هاي كانال مشترك با توپولوژي باس مديريت كانال به روش CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection21

اسلاید 22: 1393 مهر روش CSMA/CD: گوش دادن ايستگاه متقاضي ارسال فريم به كانال در صورت آزاد بودن كانال آغاز ارسال فريم اشغال بودن كانال توسط ايستگاه ديگر منتظر شدن تا اتمام ارسال و در صورت آزاد شدن كانال شروع ارسال فريم احتمال تصادم سيگنال به دليل منتظر بودن ايستگاههاي ديگر جهت ارسال فريم جهت كشف سريع تصادم : گوش دادن به كانال هنگام ارسال فريم تا در صورت بروز تصادم ارسال فريم متوقف گردد مواجه‌شدن ايستگاه آغاز‌كننده ارسال با تصادم توليد عدد تصادفي توسط ايستگاه و توقف ارسال فريم به مدت عدد تصادفي و گوش دادن به خط توليد سيگنال نويز روي كانال هنگام آگاهي هر ايستگاه از تصادم جهت اطلاع ايستگاههاي ديگر22

اسلاید 23: 1393 مهرراندمان كانال در استاندارد IEEE 802.3 F : طول فريم بر حسب بيت B : پهناي باند كانالC : سرعت انتشارL : طول كانالe : عدد نپرين ( 2.718..... ) 11+ 2 e.B.LC.F= راندمان كانال كاهش طول فريم كاهش راندمان كانال افزايش طول كانال كاهش راندمان كانال افزايش نرخ ارسال كاهش راندمان كانال23

اسلاید 24: 1393 مهرمشخصات فيزيكي استاندارد IEEE 802.3 سرعت : 10 مگابيت بر ثانيه كدينگ : “منچستر” سطوح ولتاژ : 0.85 V _ و + كانال : كابل كواكس 50 اهم يا زوج سيم حداكثر طول كانال : 500 متر با كابل كوآكس ضخيم و 185 متر با كابل كوآكس نازك و 100 متر با زوج سيم. 24

اسلاید 25: 1393 مهر2) IEEE 802.4 : استاندارد شبكه‌هاي محلي توكن باس هدف اصلي، پياده‌سازي يك حلقة مجازي بر روي يك شبكه با توپولوژي باس به گونه‌اي كه تصادم بر روي كانال بوجود نيايد استفاده همة ايستگاهها از كانال طبق يك روش سازمان‌يافته و حذف زمان تلف شده‌ هنگام بروز تصادم تخمين زمان انتظار براي استفاده از كانال و ارسال فريم ( اگر n ايستگاه در شبكه موجود و فعال باشد و هر ايستگاه فقط حق استفادة حداكثر T ثانيه از كانال را داشته باشد ، در بالاترين حدّ ترافيك ، تاخير حداكثر n.T ثانيه خواهد بود.)25

اسلاید 26: 1393 مهرروش كار: مطلع بودن هر ايستگاه از آدرس ايستگاه چپ و راست خود در حلقه ارسال يك فريم كنترلي به نام توكن به ايستگاه بعدي در حلقه بعد از اتمام ارسال فريم توسط ايستگاه مجوز ارسال فريم بر روي كانال در صورت داشتن فريم كنترلي توكنعدم بروز تصادم 123456263124534557حلقه مجازي بر روي شبكه باس26

اسلاید 27: 1393 مهرمشخصات استاندارد IEEE 802.4 : پياده سازي بسيار پيچيده نياز به حداقل 10 زمانسنج جهت كنترل و نظارت بر استاندارد نوع كانال : كابل كوآكس 75 اهم تلويزيون وجود سطوح اولويت 0 ، 2 ، 4 و 6 وبالاترين سطح اولويت 627

اسلاید 28: 1393 مهر3- IEEE 802.5 : استاندارد شبكه‌هاي محلي حلقه مختص توپولوژي حلقه دريافت فريمهاي داده از ايستگاه قبلي و ارسال آنها به ايستگاه بعدي دريافت فريم ارسالي هر ايستگاه توسط آن ايستگاه در نهايت تقويت و انتقال فريم توسط ايستگاههاي مياني ايجاد تأخير حداقل يك بيت هنگام انتقال يك فريم توسط هر ايستگاه حالات ممكن هر ايستگاه: حالت ارسال حالت شنود حالت غيرفعالD28

اسلاید 29: 1393 مهرMAUشبكه حلقه با :MAU Muiti Access Unitمختل شدن كل حلقه در صورت خراب شدن يكي از ايستگاهها در شبكه حلقويراه حل: استفاده از ابزار MAU اتصال تمام كابلهاي شبكه از طريق MAU هنگام خرابي يك ايستگاه، ورودي و خروجي آن ايستگاه توسط MAU اتصال كوتاه مي‌گردد.29

اسلاید 30: 1393 مهرمقايسة سه استاندارد معرفي شده براي شبكه‌هاي محليIEEE 802.3 - CSMA/CD عدم وجود قطعيت و روال منظم در دسترسي به كانال وجود تأخير بسيار كم در بار پايين و راندمان كانال مناسب راندمان پايين در بار بالا به دليل افزايش تصادم كاهش راندمان كانال در سرعت بالا و كاهش طول فريم عدم وجود سطوح اولويت فريمها و ارسال صوت و تصوير در آن هزينة كم نصب و راه‌اندازي اين نوع شبكه 130

اسلاید 31: 1393 مهر وجود روال منظم‌تري نسبت به استاندارد IEEE 802.3 در دسترسي به كانال. اولويت‌بندي فريمها و امكان ارسال همزمان و بلادرنگ صوت و تصوير در اولويت بالا پيچيده بودن استاندارد در اولويت بالا و آنالوگ بودن قسمتي از سخت افزار استفاده صحيحتر از كانال در بار بالا و با راندمان بهتر راندمان پائين براي فريمهاي با طول كوتاه. قابل استفاده جهت سيستمهاي بلادرنگ IEEE 802.4 – Token Bus231

اسلاید 32: 1393 مهر سخت افزار كاملاً ديجيتال و عدم امكان تصادم. استفاده از كابلهاي زوج سيم يا فيبر نوري. اولويت‌بندي براي فريمها و امكان ارسال همزمان و بلادرنگ صوت و تصوير با اولويت بالا قابليت ارسال فريمهاي كوتاه بدون كم‌شدن راندمان كانال بصورت بحراني راندمان بسيار عالي در بار بالا. ( نزديك 100% ) تأثير عملكرد بد ايستگاه ناظر بر روي كل شبكه وجود تأخير ناچيز در بار پايين .( حداقل معادل زمان 24 بيت ) IEEE 802.5 – Token Ring332

اسلاید 33: 1393 مهرIEEE 802.6 - DQDB : استاندارد شبكة بين‌شهري بهترين كانال انتقال براي شبكه بين شهري = فيبر نوري استاندارد DQDB مبتني بر دو رشته فيبر نوري پوشش ناحيه اي به وسعت 160 كيلومتر با نرخ ارسال 44.736Mbps در شبكة مبتني بر اين استاندارد برقراري ارتباط بين ايستگاهها از طريق دو رشته فيبر نوري با طول بسيار زياد به نام باس توليد سلولهاي مشخص و ثابت 53 بايتي به طور دائم توسط ماشينهاي مولد سلول يكطرفه‌بودن مسير و جهت ارسال اطلاعات در هر يك از باسها تقويت و ارسال بيتهاي سلول دريافتي به قطعه بعدي توسط هر ايستگاهباس 1باس 2A B C D EFماشين مولد سلولماشين مولد سلول33

اسلاید 34: 1393 مهر34

اسلاید 35: 1393 مهر35هیچ ایستگاهی قبل از صفر شدن شمارندۀ CD حق ارسال ندارد.یک ”صف توزیع شده“ پیاده سازی میشود.سلولها در فواصل 23 نانو ثانیه تولید میشوند و برخورد وجود ندارد.سرآیند 9 بایتی هر سلول تقریباً 17 درصد از پهنای باند مفید کانال را هدر میدهد.

اسلاید 36: 1393 مهرIEEE 802.11 – Wireless Lan : استاندارد شبكه‌هاي بي‌سيم انتقال داده‌ها توسط ايستگاههاي متحرك (همانند كامپيوترهاي كيفي) در بُرد محدود ( در حدّ چند ده متر ) روي باند UHF وجود تعدادي ايستگاه ثابت در محدودة پياده‌سازي چنين شبكه‌اي (‌ارتباط آنها نيز با ايستگاههاي متحرك بي‌سيم است.) پهناي باند كانال بين يك تا دومگابيت بر ثانيه توان انتقال ثابت و محدود ايستگاههاي متحرك ( يعني بُرد سيگنال تمام ايستگاهها يكسان است ) به دليل پراكندگي تصادفي ايستگاهها ، فقط تعداد محدودي از ايستگاههاي متحرك در محدودة برد يكديگر هستند.CBDEL1L2Aپراكندگي اتفاقي ايستگاهها در شبكة بي‌سيم 36

اسلاید 37: 1393 مهرعمليات دست تكانيانجام عمليات دست تكاني قبل از ارسال روي كانال توسط ايستگاهها در استاندارد IEEE 802.11 ارسال فريم كوتاه RTS (Request To Send) 30 بايتي توسط ارسال كننده فريم د ر محدوده برد خودفريمRTS شامل : آدرس گيرنده، فرستنده و طول فريم ارساليارسال فريم CTS Clear To Send) ( در صورت آماده‌بودن گيرنده در پاسخهر ايستگاهي كه سيگنال RTS را احساس مي كند به فرستنده نزديك است در نتيجه بايد به مدت كافي صبر كند تا CTS بدون تصادم به فرستنده برگردد. هر ايستگاهي كه CTS را مي‌شنود به گيرنده نزديك است و بايد به اندازة مدت انتقال فريم داده صبر كند تا انتقال فريم تمام شود. ( طول فريم در RTS و CTS به همة ايستگاهها اعلام مي‌شود) 37

اسلاید 38: 1393 مهر ارسال فريم RTS از طرف ايستگاه A به B برگشت فريم CTS از طرف ايستگاه B به A38

اسلاید 39: 1393 مهر متغير‌بودن توپولوژي شبكه انجام مسيريابي جهت برقراري ارتباط بين ايستگاههايي كه در محدوده برد يكديگر نيستند وقوع تصادم در حين ارسال فريمهاي RTS و CTSIEEE 802.11 استاندارد39