به نام خدا

1. به نام خدا 2شبكه هاي كامپيوتري زهره زرین قلمی Email: Zarringhalami_z@yahoo.com

2. فصل چهارم: مدیریت کانال پخش همگانی

3. پروتکل های مدیریت کانال پخش همگانی به صورت توزیع شده عبارتند از: • توکن باس و • توکن رینگ

4. توکن باس IEEE 802.4 دسترسی به کانال در IEEE802.4 یا توکن باس بر اساس تصمیم گیری توزیع شده است . در این استاندارد کامپیوتری اجازه ارسال دارد که توکن را در اختیار داشته باشد. توکن یک فریم کنترلی که ما بین کامپیوترها می چرخد . مشخصات این استاندارد عبارتند از : توپولوژی: باس محیط انتقال: کابل کواکس 75 اهمی پروتکل: توکن باس ارسال اطلاعات : 10Mb/s و 5Mb/s

5. پروتکل توکن باس به صورت زیر عمل می کند: 1- در ابتدا کامپیوتر ها آدرس MAC خود را بر روی کانال مشترک باس پخش همگانی می کنند تا تمامی کامپیوترها از آدرس یکدیگر با اطلاع شوند. 2- هر کامپیوتر کافی است آدرس MAC کامپیوتر بعد و قبل از خود را بشناسد و ترتیب آن را بر اساس ترتیب نزولی آدرسهای MAC است. کامپیوتری با کوچکترین آدرس MAC نیز بایستی آدرس کامپیوتری با بزرگترین آدرس MAC را بشناسد، بنابراین یک حلقه به صورت مجازی بین کامپیوترها ایجاد می شود. برای ایجاد حلقه مجازی ترتیب قرار گرفتن فیزیکی ایستگاهها مهم نیست بلکه فقط آدرس فیزیکی MAC مهم است. 3- کامپیوتری با بالاترین آدرس MAC فریم توکن را ایجاد نموده و آن را تملک می کند. 4- هر کامپیوتر با تملک توکن اگر اطلاعاتی برای ارسال نداشته باشد توکن را برای همسایه بعدیش میفرستند (جهت حلقه و جهت حرکت توکن از آدرس بزرگتر به آدرس کوچک تر است) ولی اگر اطلاعاتی جهت ارسال داشته باشد به اندازه یک حداکثر زمان خاص بنام زمان نگهداری توکن Token Hold Time(THT) می تواند فریم های داده را ارسال نماید . این زمان توسط تایمر مشخص می شود. 5- بعد از اتمام ارسال داده کامپیوتر بایستی توکن را برای کامپیوتر همسایه اش ارسال نماید. 6- مراحل 4 تا 5 دوباره تکرار می شوند.

6. مکانیزم اولویت گذاری توکن رینگ دارای 4 اولویت مختلف برای داده های متفاوت نظیر (صورت ,متن و ...) است. الویتها به صورت 0و2و4و6 شماره گذاری می شوند که داده با اولویت 6 بالاترین اولویت را دارد (مثلا می تواند داده بلادرنگ باشد.) در صورت دریافت و تملک توکن توسط یک کامپیوتر، آن کامپیوتر می تواند اکثریت زمان THT را برای داده با اولویت بالا اختصاص دهد و به همین ترتیب کسر حداقلی از زمان THT را برای ارسال داده با اولویت های پایین تر قرار دهد . بنابراین مکانیزم اولویت گذاری در توکن باس به صورت محلی است یعنی هر کامپیوتر اولویت را برای داده های ارسالی خود و بدون توجه به داده های دیگر کامپیوترها اعمال می کند.

7. توکن رینگ (IEEE802.5) ابتدا IBM شبکه ای بر اساس پروتکل توکن رینگ ایجاد نمود و بعدا توسط موسسه استاندارد IEEE به نام استاندارد 802.5 تدوین شد. تصمیم گیری برای دسترسی به کانال در این استاندارد به صورت توزیع شده است و کامپیوتری اجازه ارسال دارد که توکن را در اختیار داشته باشد.مشخصات این استاندارد عبارتند از: توپولوژی:حلقه یا به عبارت دقیق ترسیم بندی ستاره توپولوژی حلقه ( STAR Wired topology) هر ایستگاه به صورت اتصال نقطه به نقطه به ایستگاه قبلی و بعدی خود متصل است هر ایستگاه در صورت دریافت فریم آن را برای ایستگاه بعدیش ارسال می کند ( تکرار می کند) و همه ایستگاه ها آن فریم را می بینند. برای افزایش قابلیت اطمینان در این استاندارد از دستگاه مرکزی به نام (Multi station access Unit ) MAU استفاده می شود.(همانند استفاده از Hub در استاندارد IEEE 802.3 ) علت استفاده از MAU در این استاندارد، توپولوژی آن را حلقه ولی سیم بندی آن را ستاره می نامند. استفاده از MAU در این است که با خرابی یک کانال کل شبکه از کار نمی افتد و فقط ارتباط ایستگاه متصل به آن از دست می رود مگر این که با خرابی MAU کل شبکه از کار بیفتد. محیط انتقال: زوج سیم بهم تابیده (UTP Cat4). پروتکل: توکن رینگ نرخ ارسال داده:4-16 Mb/s روش رمز گذاری: تفاضلی منچستر .

8. مراحل اجرای پروتکل توکن رینگ به صورت زیر است: الف: یک توکن در حال گردش در حلقه است. ب: دریافت توکن توسط هر ایستگاه مجوز برای ارسال فریم است. ج: اگر یک ایستگاه توکن را دریافت نمود. 1- یا اطلاعاتی برای ارسال ندارد و یا اطلاعاتی با اولویت کمتر از اولویت توکن دارد که توکن را برای ایستگاه بعدی ارسال کند و 2- یا اطلاعاتی برای ارسال دارد ( با اولویت بیشتر از اولویت توکن) پس ابتدا توکن را تملک می نماید ( با تغییر یک بیت آن توکن تبدیل به ابتدای شروع یک فریم داده می شود) و در ادامه داده را به فریم داده ضمیمه نموده و برای ایستگاه بعدی ارسال می کند . زمانی که فریم داده در حال چرخش در حلقه است دیگر فریم توکن در شبکه وجود ندارد مگر اینکه فرستنده توکن را آزاد کند.

9. د: هر ایستگاه فریم داده را بدون تغییر برای ایستگاه بعدیش ارسال می کند تا در نهایت فریم داده را ایستگاه گیرنده دریافت نماید و دو بیت A ( دسترسی Access) و c ( ذخیره کردن و کپی برداری copy ) در فیلد FS را که در ابتدا فرستنده صفر نموده است را به طور مناسب تغییر دهد و دوباره فریم به حلقه باز می گرداند تا به فرستنده اولیه برسد(ACK برای فرستنده). وقتی فریم به ایستگاه فرستنده اولیه رسید ابتدا فریم داده را از حلقه بر می دارد یعنی با تغییر یک بیت به توکن تبدیل می شود و سپس دو بیت C,A را بررسی می نماید: 0=C=A یعنی گیرنده به فریم دسترسی نداشته است پس یا گیرنده خاموش بوده است یا آدرس ده اشتباه بوده است. 0=Cو 1=A گیرنده روشن بوده است اما نتوانسته از فریم کپی برداری نماید. ممکن است بافر گیرنده پر بئده باشد. 1=Cو 1=A گیرنده روشن بوده است و توانسته به درستی فریم را دریافت نماید. و- فرستنده بعد از تبدیل فریم داده به توکن آن را برای ایستگاه بعدی ارسال می کند. مراحل فوق برای دیگر ایستگاهها نیز تکرار می شود. ز- مراحل فوق برای دیگر دستگاهها نیز تکرار می شود.

10. توکن رینگ با نرخ ارسال 16Mb/s از روش early token release استفاده می کند یعنی بعد از ارسال فریم داده سریعا فریم توکن را نیز ارسال می کند بنابراین نرخ ارسال داده افزایش میابد. داده کنترل و فریم توکن به صورت شکل زیراست.

11. داده کنترل و فریم توکن در توکن رینگ ETX,STX : بایت های کنترلی برای مشخص نمودن ابتدا و انتهای فریم هستند برای تمایز این بایت های کنترلی با دیگر بایت های ارسالی از کد نا معتبر در روش تفاضلی منچستر استفاده می شود یعنی به جای ارسال دو نیم سیکل(نیم سیکل ولتاژ بالا و نیم سیکل ولتاژ پایین و بالعکس) برای بیت های داده صفر و یک از یک سیکل کامل ولتاژ پایین و یا یک سیکل کامل ولتاژ بالا استفاده می شود. (ACCESS CONTROL)AC : یک بایت (8 بیت) شامل سه بیت اولویت فریم سه بیت رزرو اولویت، بیت توکن و بیت مانیتور است. بیت توکن برای تمایز فریم توکن با فریمهای داده و کنترل است. بیت مانیتور برای این است که آیا یک فریم بیش از یک بار در حلقه چرخیده است یا نه؟ فیلد FC (Frame Control): برای تمایز فریم داده از فریم کنترلی و تعیین نوع فریم کنترلی لایه پیوند داده بکار می رود. فیلد آدرس مقصد و مبدا : همان آدرس های فیزیکی کارت شبکه است که همانند فیلد آدرس در IEEE802.3 است.

12. داده کنترل و فریم توکن در توکن رینگ فیلد داده: اندازه داده به حداکثر زمانیکه یک ایستگاه می تواند توکن را در اختیار داشته باشد محدود می شود این زمان را زمان در اختیار گرفتن توکن می نامند.THT فیلد CS یا Check sequence: برای کشف خطا بکار می رود. فیلد FS یا Frame Status: برای تشخیص وضعیت فریم بکار می رود به عبارت بهتر ACK و پاسخ گیرنده برای فرستنده فریم است و دو بیت آن توسط گیرنده تغییر می کند. بیت های AوC توجه: فریم توکن فیلد های آدرس مقصد و مبدا را ندارد زیرا همراه ارسال توکن برای ایستگاه بعدی حلقه ( متصل به صورت فیزیکی ) است.

13. مکانیزم اولویت گذاری در توکن رینگ سه بیت اولویت و سه بیت رزرو اولویت در فیلد AC برای کنترل اولویت به کار می روند. با دریافت توکن در صورتی ایستگاه می تواند اطلاعاتش را ارسال نماید که اطلاعاتی با اولویت بیشتری یا مساوی با سه بیت اولویت توکن داشته باشد. با دریافت فریم داده اگر ایستگاهی داده ای با اولویت بیشتر از اولویت داده دریافتی داشته باشد می تواند توکن را برای گذر بعدی در حلقه رزرو نماید بطوریکه اولویت بیشتر خود را می تواند در سه بیت رزرو اولویت فریم داده قرار دهد بشرطیکه در آن سه بیت قبلا اولویت داده بیشتری رزرو نشده باشد. بعد از دریافت فریم داده ارسالی توسط فرستنده اولیه و بررسی سه بیت رزرو اولویت فرستنده در صورت نیاز می تواند توکن با اولویت رزرو شده را برای ایستگاه بعدی ارسال نماید.

14. مکانیزم اولویت گذاری در توکن رینگ همانطور که مشخص است همواره اولویت توکن بالا می رود بنابراین ایستگاهی که سطح اولویت توکن را بالا می برد بایستی پس از اتمام ارسال داده با الویت بالا، اولویت توکن را به اولویت قبلی که پایین تر است برگرداند. مکانیزم اولویت گذاری در توکن رینگ سراسری است زیرا اگر یک ایستگاه داده ای با اولویت بالا داشته باشد و دیگر کامپیوترها داده با اولویت پایینتری داشته باشند ائلئیت ارسال به صورت سراسری اعلام شده و فقط ایستگاه اول اجازه ارسال دارد.

15. مقایسه سه استاندارد 802.3و 802.4 و 802.5 1- در استاندارد 802.3 مکانیزم اولویت گذاری وجود ندارد و در 802.4 مکانیزم اولویت گذاری به صورت محلی وجود دارد یعنی هر ایستگاه سهم خود را از پهنای باند شبکه دریافت می کند اما در 802.5 مکانیزم اولویت گذاری به صورت سراسری وجود دارد و ممکن است به بعضی از ایستگاه ها زمان برای ارسال نرسد. 2- استاندارد 802.3 برای کاربرد های بلادرنگ مناسب نیست زیرا دسترسی به کانال به صورت تصادفی و رقابتی است اما دو استاندارد دیگر برای کاربرد های بلادرنگ مناسب هستند. 3- استاندارد 802.3 به صورت قطعی نیست و بر اساس تعداد ایستگاه ها ( ترافیک زیاد یا کم) زمان ارسال و دریافت فریم ها تغییر می کند اما 802.5 و تا حدودی 802.4 به صورت قطعی عمل می کنند. یعنی حداکثر زمانیکه طول می کشد که یک فرستنده بخواهد یک فریم را ارسال نماید با توجه به کامپیوتر ها و ترافیک مشخص و قابل پیش بینی است بنابراین برای کاربردهایی که تاخیر بایستی قابل پیش بینی باشد، مناسب است.

16. مقایسه سه استاندارد 802.3و 802.4 و 802.5 4- در ترافیک زیاد به علت برخورد زیاد فریم ها استاندارد 802.3 جوابگو نیست اما در دو استاندارد دیگر بالاخره هر کامپیوتر سهمی از کانال را در اختیار می گیرد. در ترافیک زیادکارایی کانال در 802.3 به شدت کاهش میابد ولی در ترافیک زیاد در 802.5 کارایی کانال تقریبا به یک (100 در صد( می شود. 5- در ترافیک کم تاخیر ارسال فریمها در 802.3 تقریبا صفر است زیرا هر کامپیوتر هر وقت نیاز به ارسال اطلاعات داشت با بررسی کانال و خالی بودن آن همان لحظه شروع به ارسال می کند ولی در دو روش دیگر تاخیر در ارسال فریم حتی در ترافیک کم نیز وجود دارد زیرا ایستگاهای فرستنده باید زمانی را منتظر بمانند تا توکن را در اختیار بگیرند. 6- گم شدن توکن و یا وجود چندین توکن و ارائه راه حل برای این مشکلات، وظایف لایه پیوند داده در 802.4 , 802.5 را پیچیده تر می نماید در حالیکه د 802.3 چنین مشکلاتی وجود ندارد.

17. FDDI(FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE) واسط داده توزیع شده فیبر نوری کاربرد های جدید و نرم افزار های جدید نیاز به سرعت بیشتری دارند بنابراین نیاز به شبکه های سریع احساس می شود. کمیته استاندارد ANSI محصولی را به نام FDDI با توجه به پروتکل توکن رینگ تولید مورد و سپس ISO آن را به عنوان استاندارد بین اللمللی پذیرفت. مشخصات FDDI عبارتند از: توپولوژی: حلقه ( از دو حلقه استفاده می شود) استفاده از دو حلقه باعث افزایش قابلیت اطمینان (با خرابی حلقه می توان دیگری را جایگزین نمود) و نیز افزایش نرخ انتقال می شود (انتقال داده به صورت همزمان در هر دو حلقه) رسانه انتقال : فیبر نوری نرخ انتقال: 100Mb/s در حداکثر فاصله 200Km

18. FDDI(FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE) واسط داده توزیع شده فیبر نوری رمز گذاری: 4B/5B به جای استفاده از روش رمز گذاری تفاضلی منچستر از این روش استفاده می شود بطوریکه بجای ارسال هر 4 بیت 5 بیت ارسال می شود ( به جای ارسال هر 8 بیت داده ده بیت ارسال می شود.) فرکانس کاری این روش نصف روش منچستر و تفاضلی منچستر است اما خاصیت همزمان سازی گیرنده با فرستنده را ندارد . جدول 4-3 نمایش روش رمز گذاری 4B/5B است

19. FDDI(FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE) واسط داده توزیع شده فیبر نوری پروتکل: شبیه توکن رینگ است که در هر حلقه به صورت جداگانه این پروتکل اعمال می شود تفاوت های پروتکل FDDI با توکن رینگ عبارتند از: 1- بعد از اتمام ارسال هر فریم داده، فرستنده سریعا توکن را نیز آزاد می کند (EARLY TOKEN REIEASA) زیرا فاصله قطعه ممکن است بسیار زیاد باشد مثلا 200Km و در زمان صرفه جویی می شود بنابراین ممکن است چندین فریم داده به صورت همزمان در حلقه وجود داشته باشد. 2- فریم داده هر دو یکسان است جز اینکه در ابتدای فریم ارسالی FDDI بایت های مقدمه وجود دارد و چندین بایت کنترلی برای همزمان گیرنده با فرستنده ارسال می شود. 3- مکانیزم اولویت گذاری FDDI شیبه توکن باس (802.4) و به صورت محلی است. ایستگاه ها به دو کلاس B,A تقسیم می شوند. ایستگاه های کلاس A به هر دو حلقه اتصال دارند و ایستگاه های کلاس B فقط به یک حلقه متصل هستند.

20. FDDI(FIBER DISTIBUTED DATA INTERFACE) واسط داده توزیع شده فیبر نوری توجه: از FDDI اغلب به عنوان ستون فقرات (Back bone) مطابق شکل زیر استفاده می شود. back bone شبکه ای سریع است که برای اتصال شبکه های LAN و کامپیوترها با یکدیگر بکار می رود.

21. (Wireless)یا (WLAN) IEEE 802.11 شبکه محلی بیسیم استاندارد 802.11 در سال 1997 به عنوان استانداردی برای شبکه های بیسیم معرفی شد، شبکه های بیسیم امروزه استفاده زیادی دارند جدول زیر مشخصات این شبکه ها را بیان می کند:

22. (Wireless)یا (WLAN) IEEE 802.11 شبکه محلی بیسیم مشخصات این استاندارد عبارت است از : رسانه و محیط انتقال: هوا و فضای آزاد توپولوژی: زمانیکه ایستگاهها از طریق هوا (بی سیم ) با یکدیگر ارتباط دارند شاید صحبت از توپولوژی یا چگونگی اتصال کامپیوتر ها به یکدیگر بدون معنی باشد. نرخ انتقال: 1-2Mb / s پروتکل:(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) یا CSMA/CA . در 802.11 کامپیوتر ها برای استفاده از کانال مشترک بی سیم بر اساس پروتکل CSMA با یکدیگر مجادله (رقابت) می نمایند. برای کاهش احتمال برخورد در 802.11 از مکانیزم اجتناب از برخورد استفاده می شود. روش رمز گذاری: معمولاً از دو روش رمزگذاری یعنی انتقال داده روی کانال فیزیکی یا رسانه انتقال استفاده می شود: 1-مادون قرمز (Infra Red) یا IR 2- Spread Spectrum

23. (Wireless)یا (WLAN) IEEE 802.11 شبکه محلی بیسیم 1-مادون قرمز (Infra Red) یا IR: سیگنالهای مادون قرمز در کنترل های تلویزیون و ویدئو نیز بکار می روند مزیت آن پهنای باند بالای انتقال داده است و عیب آن نیز عدم عبور از اجسام سخت است. 2- :Spread Spectrumیعنی سیگنال داده به بخشهای کوچکتر تقسیم شده و هر یک با استفاده از محدوده فرکانس خاصی ارسال می شوند. فرکانس کاری این روش در طیف فرکانسی است که برای نیاز به کسب مجوز از مخابرات نیست. محدوده فرکانسی 902-928 MHZ و 2.4-2.48GHZ نیازی به کسب مجوز ندارد.

24. (Wireless)یا (WLAN) IEEE 802.11 شبکه محلی بیسیم دو روش Spread Spectrum عبارتند از: الف- (Frequency Hopping Spread Spectrum) FHSS با استفاده از FSK و طیف فرکانس 2.4GHZ و در یکزمان پیوسته وکوتاه فرستنده داده را ارسال نموده و با شیفت فرکانس (عمل hop) ادامه داده را ارسال می کند. گیرنده نیز با همزمان کردن خود با فرستنده و hop در فرکانس های مختلف داده را دریافت می کند تکنولوژی استفاده شده در این روش FDM است. ب- (Direct Sequence Spread Spectrum)DSSS : این روش شبیه CDM عمل می کند.

25. مشکل ایستگاه پنهان مطابق شکل 4-15 و به علت فاصله زیاد، دوایستگاه A و B فریمهای همدیگر را نمی توانند دریافت نمایند (بشنوند) بنابراین اگر هر دو فریمی را برای C ارسال نمایند فریمها دچار تداخل شده و از بین میروند این مشکل را بنام ایستگاه پنهان می نامند و پروتکلی CSMA/CA این مشکل را برطرف می کند.

26. پیاده سازی شبکه محلی بی سیم شبکه محلی بی سیم به دو صورت زیر پیاده سازی می شود: 1-روش Ad hoc (نظیر به نظیر): هر کامپیوتر به طور مستقیم با کامپیوتر دیگر ارتباط دارد. این روش وقتی تعداد کامپیوترها کم باشد، فاصله بین آنها نیز کوتاه باشد و نیاز به گسترش شبکه نیست استفاده دارد. 2- روش Infrastructure: در این روش یک دستگاه مرکزی بنام (Access point) AP وجود دارد و گروهی از کامپیوترها با فرکانسهای یکسان و با استفاده از AP با یکدیگر ارتباط دارند. تمامی ارتباطات از AP عبور می کند و َAP شبیه یک تکرارگر با قابلیت تولید دوباره سیگنال دریافتی و ارسال آن با قدرت بیشتر و فاصله طولانی تر عمل می کند.

27. پیاده سازی شبکه محلی بی سیم

28. انواع شبکه های WLAN شبکه WLAN با نرخ انتقال بیشتر در جدول زیر آورده شده اند: جدول انواع شبکه های WLAN