شبکه هاي کامپيوتري

1. شبکه هاي کامپيوتري فصل چهارم: لايه پيوند داده (Datalink Layer) کنترل دسترسی به رسانه مشترک

2. 3 2 4 1 Shared multiple access medium 5 M  ارتباط های دسترسی چندگانه • رسانۀ مشترک پایه ای برای شبکه های همه پخشی • کم هزینه: بصورت امواج رادیویی ، سیم مسی یا زوج سیم به هم تابیده • M کاربر با همه پخشی بر روی رسانه ارتباط برقرار می کنند. • مسألۀ اصلی: چطور رسانه را به اشتراک بگذاریم؟

3. روش های اشتراک رسانه Medium sharing techniques Static channelization Dynamic medium access control • تقسیم بندی رسانه • تخصیص اختصاصی به کاربران • ارسال ماهواره ای • تلفن های سلولی Scheduling Random access • سرکشی: استفاده از نوبت • درخواست بازۀ زمانی برای ارسال در زمانبندی • Token ring • Wireless LANs • هماهنگی ضعیف • ارسال ، صبر ، تلاش دوباره اگر لازم باشد • Aloha • Ethernet

4. Inbound line Outbound line Host computer Stations زمانبندی: سرکشی Data from 1 Data from 2 Poll 1 Data to M Poll 2 M 2 1 3

5. زمانبندی: Token-Passing Ring networks J M token I A Data to M token H B ایستگاهی که token را در اختیار دارد، درون حلقه ارسال می کند.

6. Crash!! دسترسی تصادفی Multitapped Bus Transmit when ready Transmissions can occur; need retransmission strategy

7. ALOHA • از روش کلی Stop & Wait استفاده میکند. • یک ایستگاه هر زمان که داده برای ارسال داشته باشد ارسال می کند. • اگر بیش از یک فریم ارسال شود، آن ها با هم تداخل می کنند ( تصادم ) و از دست می روند. • اگر ACK ها در زمان timeout دریافت نشوند، یک ایستگاه یک زمان backoff تصادفی انتخاب می کند ( برای جلوگیری از تصادم های پی در پی) • ایستگاه پس از زمان بازگشت به عقب ( backoff) ارسال مجدد انجام می دهد. اولین ارسال ارسال مجدد مدت زمان بازگشت به عقب B t t0 t0+X t0-X t0+X+2tprop+ B t0+X+2tprop بازه آسیب پذیری Time-out

8. مدل ALOHA X X Prior interval frame transmission • هر ارسالی که در بازۀ خطر ارسال شود منجربه تصادم می شود. • موفقیت در صورتی که هیچ بسته ای در مدت 2X برای ارسال نرسد. • تعاریف و فرضیات • زمان ارسال فریم X است ( فرض می شود ثابت است.) • کارایی U ( متوسط تعداد فریم های ارسال شدۀ موفق در زمان X) • بار G ( متوسط تعداد تلاش های ارسال در زمان X ) • احتمال ارسال موفق یک فریم :Psuccess • اگر احتمال ارسال موفق 0.4 باشد و ما 20 بار برای ارسال بسته تلاش کرده باشیم. نهایتاً 8 بسته با موفقیت ارسال شده است.

9. مدل ALOHA • تحلیل آماری نشان می دهد که احتمال ارسال k فریم در بازه زمانی t (زمان ارسال فریم جاری) از توزیع پواسان پیروی می کند: • G متوسط تولید فریم جدید در واحد زمان(همان بازه زمانی t است) در Gهم فریم های اصلی و هم فریم های ارسال مجدد در اثر تصادم در نظر گرفته می شوند. بازه کانال برابر با حاصل ضرب میزان بار(G) در احتمال موفقیت در ارسال (عدم تصادم) می باشد که این احتمال از رابطه زیر به دست می آید: • بنابراین راندمان کانال در روش ALOHA از رابطه زیر به دست می آید:

10. کارایی مدل ALOHA • روابط مهم حل مسایل در پروتکل های ALOHA به صورت زیر است. (ρ طول دوره آسیب پذیری است.) • M: تعداد ایستگاه ها • λ: نرخ تولید فریم • L: طول فریم • T: نرخ ارسال فریم • R: نرخ ارسال بیتی

11. Slotted ALOHA • زمان به بازه های X ثانیه ای تقسیم می شود. • ایستگاه ها با زمان فریم ها سنکرون می شوند. • ایستگاه ها فریم ها را در اولین بازه پس از رسیدن فریم ارسال می کنند. • اندازۀ backoff ضریبی از بازه های زمانی است. Backoff period B t (k+1)X t0+X+2tprop kX t0+X+2tprop+ B Time-out بازه آسیب پذیری تنها فریم هایی که درx ثانیۀ اولی می رسند تصادم می کنند. زمان تصادم به مدت زمان طول بسته کاهش می یابد.

12. 0.368 Ge-G S 0.184 Ge-2G G کارایی Slotted ALOHA احتمال هیچ ورودی در X ثانیه اول نرسد احتمال هیچ ورودی در n مرحله نرسد

13. مدل SLOTTED ALOHA • روابط مهم حل مسایل در پروتکل های ALOHA به صورت زیر است. (ρ طول دوره آسیب پذیری است.) • M: تعداد ایستگاه ها • λ: نرخ تولید فریم • L: طول فریم • T: نرخ ارسال فریم • R: نرخ ارسال بیتی

14. مثال • یک شبکه ALOHA فریم های 200 بیتی را روی کانالی با نرخ kbps200 انتقال می دهد.گذردهی چقدر خواهد بود اگر همه ایستگاهها با یکدیگر 1000 فریم بر ثانیه تولید کنند؟

15. Station A begins transmission at t = 0 A Station A captures channel at t = tprop A Carrier Sensing Multiple Access (CSMA) • یک ایستگاه پیش از آغاز ارسال کانال را بررسی می کند. • اگر مشغول باشد صبر می کند یا backoff را زمان بندی می کند ( گزینه های مختلف) • اگر آزاد باشد ، ارسال را آغاز می کند. • دورۀ خطر به tprop کاهش می یابد.(به دلیل تأثیر بررسی کانال) • زمانی که تصادم رخ می دهد کل زمان ارسال فریم را درگیر می کند. • اگر tprop >X (or if a>1) ، هیچ بهبودی نسبت به ALOHA یا slotted-ALOHA ندارد.

16. انتخاب ها در CSMA • رفتار ارسال کننده زمانی که کانال مشغول حس می شود: • 1-persistent CSMA( حریصانه ترین) • با آزاد شدن کانال ارسال سریعاً آغاز می شود. • تأخیر کم و کارایی کم • Non-persistent CSMA ( کمترین حریصانگی) • به اندازۀ یک بازۀ backoff صبر می کند و دوباره کانال را بررسی می کند. • تأخیر زیاد و کارایی زیاد • p-persistent CSMA ( حریصانگی تنظیم شده) • تا زمانی که کانال آزاد شود صبر می کند و با احتمال p ارسال می کند و یا به اندازۀ یک بازۀ زمانی کوچک یا mini-slot صبر می کند و کانال را با احتمال 1-p دوباره بررسی می کند. • کارایی و تأخیر می توانند متوازن شوند. Sensing

17. CSMA با تشخیص تصادم (CSMA/CD)IEEE 802.3 • برای تشخیص تصادم نظارت می کند و ارسال را قطع می کند. • ایستگاه هایی که فریم برای ارسال دارند ابتدا کانال را بررسی می کنند. • پس از آغاز ارسال ، ایستگاه همچنان به کانال گوش می کند تا تصادم احتمالی را تشخیص دهد. • اگر تصادمی کشف شود، تمام ایستگاه هایی که در حال ارسال بوده اند ، ارسال را متوقف می کنند و یک زمان backoff تصادفی را برنامه ریزی می کنند و در زمان برنامه ریزی شده دوباره تلاش می کنند. • در CSMA تصادم باعث هدر رفتن X ثانیه برای ارسال ادامۀ فریم می شد. • روش CSMA-CD این هدر رفتن را با تشخیص تصادم و قطع ارسال کاهش می دهد.

18. A begins to transmit at t = 0 A B B begins to transmit at t = tprop- ; B detects collision at t = tprop B A A detects collision at t= 2 tprop-  A B زمان عکس العمل در CSMA/CD It takes 2 tpropto find out if channel has been captured

19. (a) Busy Contention Busy Idle Contention Busy Time مدل CSMA/CD • فرضیات: • تصادم ها می توانند در 2tprop کشف و رفع شوند. • زمان در دورۀ تصادم به 2tprop بازه تقسیم می شود. • فرض کنید n ایستگاه مشغول داریم که هر کدام ممکن است با احتمال p در بازۀ رقابت ارسال کنند. • زمانی که بازۀ رقابت سپری شد، ( یک ایستگاه موفق به تسخیر کانال شد) ، به اندازۀ X ثانیه طول می کشد بسته ارسال شود. • به اندازۀ tprop طول می کشد که بازۀ رقابتی بعدی آغاز شود.

20. تصمیم گیری در رقابت • با استفاده از احتمال موفقیت Psuccessمی توان حداکثر تعداد رخداد را پیدا نمود: p=1/n • بطور متوسط e = 2.718اسلات زمانی باید تلاش شود تا رقابت به نتیجه برسد • متوسط زمان رقابت برابر است با • چقدر طول می کشد رقابت انجام شود؟ • یک رقابت موفق است اگر تنها یک ایستگاه در آن ارسال نماید. ثانیه

21. اشغال رقابت گذردهی CSMA/CD اشغال رقابت اشغال رقابت Time • در حداکثر گذردهی سیستم ها بین دورۀ رقابت و زمان ارسال فریم ها به نوبت عمل می کنند.

22. Backoff دودویی نمایی در CSMA-CD (اترنت) • پس از n امین تصادم backoff را از بین {0, 1,…, 2k – 1} که k=min(n, 10) انتخاب می کند.

23. For small a: CSMA-CD has best throughput For larger a: Aloha & slotted Aloha better throughput CSMA/CD 1-P CSMA Non-P CSMA max Slotted ALOHA ALOHA a گذردهی های کنترل های دسترسی تصادفی