مهندسی اینترنت (اصول و مبانی شبکه ها)

مهندسی اینترنت (اصول و مبانی شبکه ها)

اسلاید 1: مهندسی اینترنت ارائه دهنده دکتر سيد امين حسينيhosseini@um.ac.ir E.mail:Home page: http://hosseini.staffcms.um.ac.ir

اسلاید 2: مهر 852 اصول و مباني شبکه‌ها (مرور مطالب گذشته)

اسلاید 3: 3معماری شبکهپروتكل با ساختار سلسله مراتبيمقوله‌هاي طراحي در لايه‌هاخدمات اتصال‌گرا و خدمات بي‌اتصالتوابع ابتدائي در سرويسهاربط بين سرويسها و پروتكلهاچند نمونه از شبکه هافهرست مطالب

اسلاید 4: 4لزوم طراحي لايه‌ايكاهش پيچيدگيهاي طراحيمفاهيم کلي :لا يه (Layer) : جهت کاهش پیچیدگی طراحی شبکه‌ها به شکل مجموعه ای از لایه ها سازماندهی می شوند.هدف هر لایه ارائه خدمات به لایه بالاتر خود هست و کاملا مستقل از لایه های دیگر پروتکل (Protocol) : مجموعه قواعد و قوانین بکار رفته در هر لایه که با لایه نظیر خود محاوره می کند.پردازشهای همتا(peer process) : تمام اجزاء موجود در لايه های یکسان در ماشینهای مختلف واسط (interface): بین هر دو لایه مجاور یک واسط هست که عملیات و خدمات پایه ای که لایه زیر ین به بالایی می دهد را تعریف می کندمعماري شبكه (network architecture) : مجموعه پروتکلهای حاکم بر کل لایه و لایه ها

اسلاید 5: 5معماري شبكه network architecture لايه‌ها، پروتکل‌ها و واسط‌ها

اسلاید 6: 6The philosopher-translator-secretary architecture.

اسلاید 7: ملاحظاتی در طراحی لایه هانظام آدرس دهی و سازو کار برقراری یک اتصال(یک فرایند در مبدا باید تعین کند با چه فرایندی در مقصد می خواهد ارتباط بگیرد)قطع اتصال( قطع اتصالهایی که دیکر لازم نیستند)قواعد اتصال ( یک طرفه ، دو طرفه)کانال منطقی (پروتکل ارتباطی بایستی تعداد کانالهای منطقی برای هر اتصال مشخص کند.)کنترل خطا (کشف خطا و اطلاع آن به مبدا)کنترل جریانرعایت ترتیب بسته ها شکستن بسته ها و اسمبل کردن آنهامالتی پلکسمسیر یابی (انتخاب بهترین مسیر)

اسلاید 8: 8مدلهاي مرجع مدل مرجع OSI مدل مرجع TCP/IP آشنایی با چند نمونه از معماری های شبکه بر اساس سازمان استانداردهاي جهاني ISO 2 نمونه مهم از معماری های شبکه عبارتند از:

اسلاید 9: اصول مدل مرجع OSI( Open System Interconnection) يك لايه، زماني بايد ايجاد شود كه خدمت متفاوتي مورد نياز است. هر لايه بايد وظيفه مشخصي داشته باشد. وظيفه هر لايه بايستي با در نظر گرفتن قراردادهاي جهاني تعريف گردد. مرزهاي لايه بايد براي كم كردن جريان اطلاعات از طريق رابط لايه‌ها انتخاب شوند. تعداد لايه‌ها بايد به اندازه‌اي زياد باشد كه وظايف متمايز در يك لايه مشترك نباشد و به اندازه‌اي كم باشد كه معماري آنها نامناسب نگردد.

اسلاید 10: 10لايه‌هاي مدل مرجع OSI

اسلاید 11: وظيفه ارسال بيتهاي خام(پردازش نشده) بر روي کانال ارتباطي و حصول اطمينان از ارسال درست بيت مورد نظر(parity)سوالات مطرح چند ولت نشانگر 1 و یا 0 هست؟ تعداد پایه های اتصال دهنده؟ خط یک طرفه هست یا 2 طرفه؟ چگونه ارتباط بر قرار و قطع می شود؟ لايه فيزيکي Physical layer

اسلاید 12: 12 لايه پيوند داده‌ها Data link layer اين لايه وظيفه تبديل وسايل انتقال اطلاعات خام به كانال ارتباطي بدون خطا از ديد لايه شبكه را بر عهده دارد و حاوي زير لايه خاصي به نام زير لايه دستيابي شبکه MAC مي‌باشد. قاب بندی داده ها و قاب تصدیق Check sumFlow Control

اسلاید 13: اين لايه وظيفه کنترل زير شبکه و همچنين چگونگي هدايت بسته‌هاي اطلاعاتي را از مبدأ به مقصد بر عهده دارد. مسیر یابی ایستا مسیر یابی پویا کنترل ازدحام (congestion) امکان اتصال شبکه های ناهمگن (متفاوت در طول بسته ها ، آدرس دهی ، پروتکل) لايه شبکه Network layer

اسلاید 14: وظيفه اصلي اين لايه دريافت داده از لايه بالاتر و در صورت نياز شكستن آن به اندازه‌هاي كوچكتر، فرستادن آنها به لايه شبكه و اطمينان حاصل كردن از اينكه داده‌ها بطور صحيح به طرف مقابل مي‌رسد. اتصال مستقل بین پردازشهای متناظر میزبان مبدا و مقصد اگر ایجاد ونگهداری اتصالات در سطح لایه شبکه گران باشد لایه انتقال چند اتصال را از یک اتصال در لایه شبکه عبور می دهد اگر نیاز به بالا بردن توان عملیاتی باشد این لایه چند اتصال را در لایه شبکه ایجاد می کند تعیین نوع خدمات (اتصال گرا ، بدون اتصال) کنترل جریان بین میزبانها لايه انتقال Transport layer

اسلاید 15: اين لايه به كاربران در ماشينهاي مختلف اجازه مي‌دهد كه جلساتي را بين خودشان برقرار كنند و خدمات گوناگوني مانند کنترل گفتگو و مديريت نشانه و همگام‌سازي را نيز ارائه مي‌دهد. مديريت کنترل گفتگو: چون امکان انتقال یک طرفه و یا 2 طرفه وجود دارد در صورتی که ترافیک فقط در یک جهت در هر زمان ممکن باشد این لایه جساب نوبت ها را نگه می دارد. مديريت نشانه: به اين معناست كه دو طرف از تداخل اعمال مهم جلوگیری می کنند. همگام سازي: همگام سازي كمك مي‌كند كه در هنگام ارسال يک فايل بزرگ، پس از ازكار افتادن و بروز مشکل، انتقال دوباره از آخرين نقطه كنترلي، تكرار گردد. لايه جلسه Session layer

اسلاید 16: برای اینکه کامپیوتر های با ساختارهای مختلف بتوانند با هم ارتباط داشته باشند.اين لايه به قواعد و معناي اطلاعات فرستاده شده مربوط مي‌شود. اطلاعاتی که در کامپیوترهای مختلف هست به شکل های مختلف ممکن است باشد(اسکی،ابسیدیک) برای ممکن سازی ارتباط بین آنها بایستی ساختار دادهای به شکل مجرد تعریف و براساس یک استاندارد کد گذاری به روی خط ارسال کرد. مدیریت تجرید ساختار دادهای و تبدیل نمادهای مورد استفاده یک کامپیوتر به نمادهای مورد استفاده شبکه بوسیله این لایه انجام می شود لايه نمايش Presentation layer

اسلاید 17: اين لايه شامل پروتکل هاي گوناگوني مي‌باشد كه مورد نياز عموم ‌كاربران است. از آنجا که در کل شبکه پایانه های ناسازگار زیادی وجود دارند و از طرفی اگر همه آنها با یک نرم افزار مثلا یک ویراستار کار کنند ناسازگاری های عمیقی بوجود خواهد آمد. برای رفع این ناسازگاری پایانه مجازی شبکه تعریف می شود که همه کاربران شبکه با آن پایانه مجازی کار می کنند. نرم افزارهای لازم برای کار با این پایانه های مجازی در این لایه می باشد. از دیگر اعمال این لایه انتقال پرونده هاست. از آنجا که قراردادها ی مختلف نام گذاری در سیستمهای مختلف وجود دارد، انتقال پرونده نیازمند برسی اولیه سیستم های مبدا و مقصد است که در این لایه انجام می شود از ديگر قراردادهاي اين لايه، مي‌توان از پست الكترونيكي و اخبار شبكه و... نام برد. لايه کاربرد Application layer

اسلاید 18: لایه ها با هم یکسان نیستند. لایه 5 و6 خالی ولی لایه های 3و4 شامل چند زیر لایه. مدل 7 لایه ای با خدمات و پروتکلهای آن خیلی پیچیده است و پیاده سازی آن خیلی مشکل. آدرس دهی، کنترل جریان، کنترل خطا بارها در لایه ها تکرار می شود. از ديگر قراردادهاي اين لايه، مي‌توان از پست الكترونيكي و اخبار شبكه و... نام برد. در نسخه های اولیه پروتکل عیر مبتنی بر اتصال نادیده کرفته شده بودنگاهی انتقادی به مدل OSI

اسلاید 19: 19سلسله مراتب در پروتكلنمونه‌اي از جريان اطلاعات كه از ارتباط مجازي لايه 5 پشتيباني مي‌نمايد

اسلاید 20: رابطه سرویس وپروتکلرابطه بین سرویس و پروتکل

اسلاید 21: سرویس های اتصال گرا و غیر مبتنی اتصالهر لایه می تواند دو سرویس در اختیار لایه بالاتر خود قرار دهدمبتنی بر اتصال مانند خدمات ارائه شده توسط سیستم های تلفنغیر مبتنی بر اتصال مانند خدمات سیستم پستی

اسلاید 22: کیفیت سرویس های مبتنی بر اتصال سرویس قابل اطمینان : هیچگاه داده از دست نمی رودتصدیق پیامتاخیر دارد ولی ارزشمند استبسیار مناسب برای انتقال فایل

اسلاید 23: سرویس مبتنی بر اتصال قابل اطمینانجریان پیامهامحدوده 2 پیام حفظ می شود (2 پیام ارسال ،2 پیام دریافت می شود و نه 1 پیام که ترکیب 2 تا باشد) مثلا برای ارسال صفحات کتاب برای چابخانه خوبستجریان با یت هامحدوده ندارد (راه تشخیصی نیست که بایت های دریافتی مربوط به پیامی با چه طولی هست. مثلا برای استفاده از پردازشگر راه دور خوبست.

اسلاید 24: سرویس های غیر مبتنی اتصالنیازی به برقراری اتصال از قبل نیست (ایمیل) بنا بر شباهت با تلگراف آن را داده گرام نامند.عیر قابل اعتماد مانند سرویس داده گرامقابل اعتماد مانند سرویس داده گرام با تصدیقمانند بسته پستی سفارشیخدمات درخواست و پاسخ (یک داده گرام حاوی درخواست ارسال و پاسخی دریافت می کند) کار با بانک های اطلاعاتی

اسلاید 25: مثالسرويسچند صفحه متوالياستريم پيام قابل اعتمادورود از راه دور به کامپیوتراستريم بايت قابل اعتمادصداي ديجيتالياتصال غير قابل اعتمادزباله‌هاي پستي الكترونيكيديتاگرام غير قابل اعتمادايميل ثبت شدهديتاگرام تصديق شدهجستجوي پايگاه دادهدرخواست- پاسخاتصال‌گراغير اتصال‌گراچند نمونه از انواع خدمات لايه‌ها

اسلاید 26: پنج عملکرد پایه برای سرویس اتصال گرا انتظار برای دریافت اتصالبرقراری ارتباط با همتای متناظرانتظار برای دریافت اتصالارسال پیام به همتاپایان اتصال

اسلاید 27: 27اجزاء سرويسپنج جزء براي فراهم كردن يك سرويس ساده اتصال‌گرا

اسلاید 28: 28بسته‌هاي ارسالي در يك تعامل ساده كلاينت-سرور در شبكه اتصال‌گرااجزاء سرويس

اسلاید 29: رابطه سرویس و پروتکلسرویس مجموعه عملکردهای پایه که یک لایه در اختیار لایه بالاتر از خود قرار می دهد.پروتکلمجموعه قواعد حاکم بر فرمت، مفهوم ونحوه تبادل بسته هاو پیام ها بین دو لایه همتا

اسلاید 30: از آرپا نت شروع شد حتی با از بین رفتن قسمتی از زیر شبکه شبکه بدون وقفه به کار خود ادامه دهد مدل مرجع TCP/IP

اسلاید 31: 31لايه‌هاي مدل مرجع TCP/IP

اسلاید 32: 32لايه كاربرد در بالاي لايه انتقال قرار دارد و شامل تمام قراردادهاي لايه بالاتر مي‌باشد. مدلهاي اوليه، شامل پايانه مجازي (telnet) و انتقال فايل (ftp) و پست الكترونيكي (SMTP) بوده‌اند. لايه کاربرد Application layer

اسلاید 33: 33اين لايه شامل دو قرارداد نقطه به نقطه به شرح زير مي‌باشد:TCP (پروتکل كنترل انتقال): پروتکل قابل اعتماد و اتصالگرايي است كه اجازه مي‌دهد رشته‌اي از بايتهايي که از يک ماشين شروع به حرکت مي‌کنند، بدون خطا به ماشين ديگري در لايه اينترنت تحويل شوند. UDP (پروتکل داده گرام كاربر): يك پروتکل غير قابل اعتماد و بي اتصال براي كاربردهايي كه در آن تحويل سريع مهمتر از تحويل صحيح مي‌باشد بطور گسترده مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين پروتکل این موارد را تضمین می کند: تحویل دادن، نگهداری ترتیب، حفاظت در مقابل تکرار لايه انتقال Transport layer

اسلاید 34: 34وظيفه اصلي اين لايه بسته های اطلاعاتی که از این به بعد بسته های IP نام دارند روی شبکه هدایت و از مبدا به مقصد برساند. در این لایه واحد اطلاعاتی که باید تحویل گردد دیتا گرام نام دارد. پروتکل ip بسته ها را به قالب بسته های کوچکی تقسیم و ارسال می کند. بدون اتصال هست، ترتیب تضمین نمی شود، از سالم بودن اطلاعات خبری نیست چون ACK ندارد (سوئیچینگ بسته غیر متصل ، مسیریابی ) لا يه اينترنت Internet layer

اسلاید 35: 35با مسائل فیزیکی ،الکتریکی و مخابراتی کانال انتقال و کارت شبکه درگیر هست. بيان مي‌كند كه ميزبان با استفاده از بعضي از قراردادها به شبكه متصل شود. بنابراين مي‌تواند بسته‌هاي IP را از طريق آن ارسال كند. لايه ميزبان به شبکه (Network Interface)

اسلاید 36: پروتكلها در مدل اوليه TCP/IP

اسلاید 37: 37مقايسه مدلهاي مرجع OSI و TCP/IP هر دو بر اساس مفهوم پشته‌اي از قراردادهاي مستقل پايه‌گذاري شده‌اند. عملکرد لايه‌ها در آنها مشابه به هم مي‌باشد. در هر دو مدل لايه بالاي لايه انتقال لايه کاربران بر اساس کاربرد مربوط به خدمات انتقال قرار دارد. مدل OSI هر دو ارتباط اتصالگرا و بي‌اتصال را در لايه شبكه و فقط اتصالگرا را در لايه انتقال پشتيباني مي‌كند. و مدل TCP/IP در لايه شبكه فقط از ارتباط بي اتصال و از هردو ارتباط در لايه انتقال پشتيباني مي‌كند.

اسلاید 38: 38مقايسه مدلهاي مرجع OSI و TCP/IP مدل OSI قبل از اختراع پروتکلهای آن طراحی و ابداع شد این بدان معناست که مدل OSI وابستگی و تمایل خاصی به هیچ پروتکلی ندارد. در مورد TCP/IP وضع برعکس بود اول پروتکلها اختراع و توسعه داده شدند سپس مدلی برای توصیف آنها ساخته شد.مدل OSI هفت لایه دارد و مدل TCP/IP چهار لایه .

اسلاید 39: سه مفهوم اساسي در مدل مرجع OSI در مدل OSI سه مفهوم محوری وجود دارد : • سرویس(service ) • واسط (interface ) • پروتکل(protocol ) شاید بزرگترین دستاورد مدل OSI روشن ساختن مفاهیم فوق (و تفکیک آنها) باشد .

اسلاید 40: چرا مدل OSI محبوبیت جهانی نیافت؟زمان نامناسب (اولین عامل شکست این مدل زمان نامناسب بود زمانی که یک استاندارد وضع می شد اهمیت حیاتی در موفقیت یا عدم موفقیت آن دارد. (استاندارد گذاری در زمان مناسبی انجام نشد))تکنولوژی نامناسب (مدل ها و پروتکل های آن ناقص و معیوب است، پیاده سازی آن دشوار و غیر قابل فهم است و عملکرد ها در لایه های مختلف تکرار شده .  )پیاده سازی نامناسب (با توجه به پیچیدگی بیش از حد مدل OSI و پروتکلهای آن جای تعجب نبود که اولین پیاده سازی آن حجیم ،سنگین و کند باشد. سیاست های نامناسب (این پیش فکر وجود داشت که OSI استانداردی دولتی است. بسیاری از افراد (بویژه در محیط های دانشگاهی ) تصور می کردند که TCP/IPجزئی از یونیکس است که در آن دوران محبوبیتی فوق العاده داشت

اسلاید 41: نگاهی انتقادی به مدل OSI و پروتکل های آن (زمان نامناسب)فرضیه ملاقات فیل ها.

اسلاید 42: فرضیه ملاقات فیل هااین شکل میزان فعالیت های حول یک موضوع جدید را نشان می دهد.وقتی موضوعی برای اولین بار کشف می شود، گرداگرد آن سیلی از فعالیت های تحقیقی ( به شکل بحث، مقاله و سخنرانی) فرا می گیرد.بعد از مدتی این فروکش می کند بعد از اینکه صنعت به این موضوع علاقه مند شد، موج سرمایه گذاری ها از پی می آید. بسیار مهم است که در محل تلاقی این دو فیل ( موج تحقیق و موج سرمایه گذری) استانداردها به طور کامل وضع شوند.

اسلاید 43: فرضیه ملاقات فیل ها اگر استاندارد زودتر از موعد( قبل از پایان تحقیقات) نوشته شود، خطر آن هست که موضوع به درستی درک نشده باشد و استاندارد ضعیف از آب در آید.اگر استاندارد دیرتر از موعد(بعد از شروع موج سرمایه گذاری) نوشته شود، شرکتهای بسیاری قبلا –از مسیرهای مختلف- در آن سرمایه گذاری کرده اند،و این خطر هست که استانداردهای آنها را نادیده بگیرد. اگر فاصله این دو فیل خیلی کم باشد (همه عجله داشته باشند که کار را زودتر شروع کنند)، خطر آن هست که استاندارد نویسان بین آنها له شوند.

اسلاید 44: فرضیه ملاقات فیل ها اکنون معلوم شده است که پروتکل های استاندارد OSI بین فیل ها له شده اند.وقتی که پروتکل های OSI پا به عرصه وجود گذاشتند، پروتکل های رقیب (TCP/IP ) مدت ها بود که در مراکز تحقیقاتی و دانشگاه ها پذیرفته شده بودند. با اینکه هنوز موج سرمایه گذاری صنعتی در TCP/IP شروع نشده بود.اما بازار آکادمیک آنقدر بزرگ بود که شرکتهای بسیاری را تشویق به تولید محصولات TCP/IP کند.وقتی OSI بالاخره از راه رسید، کسی نبود که داوطلبانه از آن پشتیبانی کند.همه منتظر بودند دیگری قدم اول را بر دارد.، قدمی که هرگز برداشته نشد و OSI در نطفه خفه شد.

اسلاید 45: در اين مدل مفاهيم خدمات، رابطه و و پروتکل بطور واضح قابل تفكيك نيست. مدل TCP/IP يك مدل عمومي‌ نيست و براي تشريح هر پشته‌اي از قراردادها به جز TCP/IP مفيد نيست. لايه ميزبان شبكه كه در مورد پروتکلهاي لايه‌اي وجود داشت، بعنوان يك لايه محسوب نمي‌شود و تنها به عنوان يك رابط (بين لايه شبكه و پيوند داده) عمل مي‌کند. در مدل TCP/IP تمايزي بين لايه‌هاي فيزيكي و پيوند داده‌ها نيست. در صورتيکه اين دو لايه کاملاً از هم متمايز هستند. نگاهی انتقادی به مدل TCP/IP و پروتکل های آن

اسلاید 46: 46مدل هيبريدمدل هيبريد كه در كتاب از آن استفاده شده است

اسلاید 47: 47شبکه هاي نمونه1- اينترنت2- شبکه هاي اتصال-گرا: x.25 ،Frame Relay و ATM3- اترنت4- شبکه هاي محلي بيسيم

اسلاید 48: اینترنتتعریفاز گذشته تا به امروزآرپانتآزمایشگاه ملی فیزیک وNLPدانشگاه کالیفرنیا در برکلیNSFNET

اسلاید 49: آرپانت(a) ساختار شبکه تلفن (b) طرح بارن برای یک سیستم سوئیچینگ توزیع شده

اسلاید 50: كاربري اينترنت1- ايميل: نوشتن، اريال و دريافت نامه هاي پست الکترونيک2- اخبار: گروه خبري يک محفل اختصاص يافته براي تبادل پيام در يک زمينه خاص است3-ورود از راه دور: هر روز هزاران نفر در سراسر دنيا براي ورود به کامپيوترهاي ديگر از طريق اينترنت از برنامه هايي مانند telnet، rlogin يا ssh استفاده مي کنند4- انتقال فايل: با استفاده از برنامه هاي FTP ، کار بران اينترنت مي توانند فايلهاي خود را از يک ماشين به ماشين ديگر گپي کنند.

اسلاید 51: معماري اينترنتOverview of the Internet.

اسلاید 52: ATM مدار مجازيA virtual circuit

اسلاید 53: An ATM cellATM مدار مجازي

اسلاید 54: مدل مرجع ATM

اسلاید 55: لايه‌ها، زيرلايه‌ها و توابع هر يك از آنها در مدل ATMمدل مرجع ATM

اسلاید 56: اترنتمعماري در اترنت ساده

اسلاید 57: استانداردهاي IEEE 802 * مهمترين استانداردها استانداردهاي رو به افول † استانداردهاي كهنه و منسوخ

اسلاید 58: سازمانهاي استاندارد در زمينه شبكه ANSI IEEE ISO IEC IAB يك سازمان خصوصي و غيرانتفاعي مي‌باشد كه وظيفه توسعه و هماهنگ سازي استانداردهاي ملي را داراست. مسئول تعريف و تدوين استانداردهاي مخابراتي و ارتباطات داده‌اي است. تمام موارد بجز موارد الكتريكي و الكترونيكي را پوشش مي‌دهد. استانداردهاي آن با سرنام ISO شناخته مي‌شوند.تمام استانداردهاي بين‌المللي براي موارد الكتريكي و الكترونيكي تعريف مي‌كند. توسعه اينترنت را كنترل مي‌كند كه شامل دو كميته IETF و IRTF مي‌باشد. American National Standard institute (ANSI) Institute of Electrical and Electronic Engineer (IEEE) International standard Organization (ISO) International Electrotechnical Commission (IEC)Internet Activities Board (IAB)