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. مؤسسه IEEE(Institue of Electrical & Electronic Engineering) مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک IEEEدر زمینه برق، الکترونیک و کامپیوتر استانداردهای مختلفی را تهیه و تدوین نموده است. در زمینه شبکه های محلی، استانداردها را در مجموعه ای با عنوان IEEE 802.X (Xیک عدد است) قرار داده است. که هر یک به عنوان یک استاندارد جداگانه و در یک کتاب منتشر شده اند. این استاندارد ها بعدا توسط سازمان استانداردهای جهانی ISO و به نام ISO 8802 پذیرفته شده اند.

4. جدول نمایش استانداردهای 802.X

5. 802.3IEEE در سال 1973 در شرکت Xerox شبکه ای به نام اترنت (Ethernet) و توسط Robert Metcalfe ایجاد شد و سپس شرکت های Intel و DEC نیز از اترنت استفاده نمودند و در سال 1985 توسط IEEE به عنوان استاندارد 802.3 تعیین شد. مشخصات این استانداردها عبارتند از: توپولوژی: باس (خطی) محیط انتقال: کابل کواکس نازک و ضخیم 50 اهمی پروتکل: CSMA/CD علت نامگذاری: 1- CS فرستنده کانال را بررسی می کند که آیا خالی است. 2- MA چندین ایستگاه همزمان به کانال مشترک دسترسی دارند. 3- CD فرستنده متوجه برخورد فریم ارسالی با فریم های دیگران می شود. نوع پروتکل : رقابتی (تصادفی) نرخ ارسال اطلاعات: 10Mb/s نوع کانال: Half duplex روش رمز گذاری (تبدیل داده دیجیتال باینری به سیگنال قابل ارسال در محیط فیزیکی): منچستر

6. روش رمز گذاری منچستر در روش رمز گذاری منچستر از سه سطح مختلف ولتاژ استفاده می شود. داده دیجیتال باینری (صفر/یک) به صورت دو سیگنال مختلف ارسال می شود به طوری که سیگنال به دو نیمه تقسیم می شود و همیشه سطح ولتاژ نیمه دوم عکس سطح ولتاژ نیمه اول است. داده صفر با گذر از پایین به بالا و داده یک با گذر از بالا به پایین رمز گذاری می شود. سطوح ولتاژ 85/ 0 ± ولت است. در صورتی که فرستنده اطلاعاتی ارسال نکند ولتاژ روی کانال ثابت و صفر ولت باقی می ماند. نمایش ارسال داده باینری به صورت منچستر روی کانال فیزیکی

7. مزیت رمز گذاری منچستر 1- عدم ارسال اطلاعات یا خالی بودن کانال در پروتکل CSMA/CD به راحتی قابل تشخیص است. زیرا اگر فرستنده کانال را بررسی کند در صورت وجود ولتاژ صفر در کانال متوجه خالی بودن کانال می شود. 2- گیرنده با فرستنده همزمان می شود. به عبارت دیگر به همراه ارسال داده، پالس ساعت نیز ارسال می شود زیرا در هنگام ارسال هر بیت حتما گذر (پالس ساعت) نیز وجود دارد. 3- مکانیزم کشف برخورد در پروتکل CSMA/CD به صورت آنالوگ پیاده سازی شده است. هر ایستگاه فرستنده در هنگام ارسال اطلاعات به کانال نیز گوش می دهد اگر دو ایستگاه همزمان ارسال اطلاعات را انجام دهند ولتاژهای ارسالی با یکدیگر جمع می شوند و تشکیل یک ولتاژ دیگری می دهند که قابل قبول نیست و نشان دهنده وقوع برخورد است. به طور مثال ارسال همزمان یک باینری از دو فرستنده تشکیل ولتاژ 85/0+85/0=7/1 را می دهد.

8. عیب رمز گذاری منچستر فرکانس ارسال فرستنده بایستی دو برابر فرکانس در هنگام ارسال به صورت باینری باشد.

9. الگوریتم به دست آوردن زمان تصادفی Binary exponential off algorithm در صورتی که دو فرستنده فریم هایشان را همزمان ارسال نمایند برخورد رخ می دهد و پس از هر برخورد فرستنده ها بایستی یک مدت زمان تصادفی صبر نمایند تا دوباره فریم برخوردی را مجددا ارسال نمایند. الگوریتم به دست آوردن زمان تصادفی به صورت زیر است: الف- برخورد اول : یک عدد تصادفی ما بین اعداد صفر و یک ضربدر اندازه اسلات زمانی ( هر اسلات زمانی معادل 51.2 میکرو ثانیه است). ب- برخورد دوم: یک عدد تصادفی ما بین اعداد صفر تا سه ضربدر اسلات زمانی ج- برخورد iام (10≥i) : یک عدد تصادفی ما بین اعدا صفر تا2i-1 ضربدر اسلات زمانی د-برخورد یازدهم تا پانزدهم: یک عدد تصادفی ما بین اعداد صفر تا 1023=1-2i ضربدر اسلات زمانی ه- در صورت وقوع برخورد شانزدهم برای یک فریم، فرستنده از ارسال فریم صرف نظر نموده و یک پیغام خطا برای لایه بالاتر صادر می کند.

10. زمان تأخیر برگشتی (Round Trip delay) در یک شبکه مبتنی بر پروتکل CSMA/CD حداکثر مدت زمان برای کشف برخورد برابر 2T ثانیه است که به آن زمان تأخیر برگشتی می گویند. T زمان تأخیر انتشار سیگنال از ابتدا تا انتها کانال است. شکل 4-5 برای توضیح این مسأله مناسب است. کامپیوتر A واقع در ابتدای کانال، با بررسی کانال و خالی بودن آن شروع به ارسال فریم می نماید. مطابق قانون فیزیکی T=X/V (به طوری که X طول کانال، V سرعت انتشار سیگنال در کانال و T تأخیر انتشارسیگنال است) به مدت T ثانیه طول می کشد تا فریم ارسالی به کامپیوتر B در انتهای کانال برسد. اگر در همان لحظه کامپیوتر B کانال را بررسی نماید کانال را خالی می یابد و شروع به ارسال فریم نموده و همان لحظه برخورد رخ می دهد. سریعا کامپیوتر B ارسال را متوقف می نماید. اما کشف برخورد و انتشار سیگنال برخورد برای کامپیوترA به مدت T ثانیه طول می کشد. تا ارسال فریم را قطع کند. بنابراین کامپیوتر فرستنده در مدت 2T ثانیه قسمتی از فریم را ارسال نموده است. این زمان را زمان تأخیر برگشتی می گویند و دامنه برخورد اطلاعات ( Collision domain) کل کانال مشترک است.

11. مثال: اگر حداکثر طول کانال 2500 متر و سرعت انتشار سیگنال ها در کانال (2/3) سرعت نور باشد و نرخ ارسال داده توسط کامپیوترها 10Mb/s باشد. آنگاه الف- حداکثر زمان کشف برخورد را به دست آورید. ب- یک بیت چه طولی از کانال را اشغال می کند؟ ج- حداکثر طول فریم برخوردی را به دست آورید(تا زمانی که فرستنده برخورد را کشف نکرده است به ارسال فریم ادامه می دهد)

13. نوع پروتکلCSMA/CD مبتنی بر رقابت (contention-Based) است و هر کامپیوتر سه وضعیت دارد: 1- مجادله (رقابت) برای در اختیار گرفتن کانال 2- ارسال فریم 3- بیکار در این پروتکل مکانیزمی برای دریافت ACK از گیرنده فریم وجود ندارد و CSMA/CD یک پروتکل بدون اتصال است و دریافت ACK را به لایه های بالاتر می سپارد.

14. فریم داده فریم داده آن دارای هشت فیلد مطابق شکل زیر است. 1- مقدمه(Preamble): هفت بایت شامل یک و صفرهای متوالی (همانند بایت کنترلی SYNCH ). گیرنده با دریافت مقدمه متوجه می شود که قرار است فریمی ارسال شود. در واقع مقدمه پالس ساعت فرستنده است که در ابتدای فریم ارسال می شود. 2- STX : بایت شروع متن که نشانگر آغاز فریم است (10101011) در یک متوالی در انتهای بایت به گیرنده می گوید که فیلد بعدی آدرس مقصد است.

15. 3و4- آدرس مقصد ومبدأ : شامل شش بایت آدرس فیزیکی یا آدرس MAC که در هر کارت شبکه (کامپیوتر) قرار دارد. آدرس مبدأ همیشه منفرد (unicast) است زیرا فرستنده یک فریم فقط یک کامپیوتر است. آدرس مقصد می تواند منفرد، گروهی ( multicast) و همگانی (broadcast) باشد. اگر پر ارزش ترین بیت آدرس مقصد صفر باشد آدرس منفرد و اگر یک باشد آدرس گروهی است . اگر تمامی بیت های آدرس مقصد یک باشند آدرس همگانی است. در فریم داده CSMA/CD به جای این که آدرس های مبدأ و مقصد شش بایتی باشند از آدرس های دو بایتی استفاده می شود تا سرباری کم تر شود. 5- طول : فرستنده تعداد بایت داده ای را که بعدا می آید در این فیلد قرار می دهد، نوع فریم: اگر عدد درون این فیلد بیش تر از 1500 باشد برای ارسال فریم های کنترلی به کار می رود. 6- داده: داده ای که از لایه بالاتر به لایه پیوند داده برای ارسال رسیده است.

16. 7-PAD: مطابق قانون، حداقل طول فریم در اترنت بایستی 64 بایت باشد زیرا در صورت خالی بودن کانال و ارسال همزمان توسط دو فرستنده برخورد رخ می دهد و فرستنده ها با کشف برخورد ارسال داده را متوقف می کنند ولی تا آن زمان قسمتی از فریم ها ارسال شده است که کم تر از 64 بایت است بنابراین تمامی فریم های کوچک تر از 64 بایت فریم های برخوردی هستند و بایستی گیرنده به آن ها توجهی نکند. بنابراین اگر فرستنده بخواهد داده ای ارسال نماید که فریم آن کوچک تر از 64 بایت باشد بایستی طول آن را حداقل به 64 بایت برساند تا با فریم های برخوردی (تداخلی) اشتباه نشود بنابراین فرستنده در ناحیه PAD به اندازه کافی صفر اضافه می کند. طول سرفصل و دنباله در هر فریم اترنت 18 بایت است( هفت بایت مقدمه، یک بایت STX، دو بایت آدرس مقصد، دو بایت آدرس مبدأ، دو بایت طول داده، چهار بایت CS) برای اینکه طول فریم حداقل 64 بایت شود بایستی مجموع طول داده+ طول PAD+ طول سرفصل و دنباله 64 بایت شود بنابراین طول داده+ طولPAD بایستی 46 بایت شود. بنابراین داده 5 بایتی نیاز به PAD با مقدار 41 بایت دارد. در صورتی که طول داده بیش تر از 46 باشد نیازی به فیلدPAD نیست. حداقل طول یک فریم 64 و حداکثر طول آن 1518 بایت است( حداکثر اندازه داده 1500 بایت و طول سر فصل و دنباله 18 بایت). 8- Checksum/CS : به منظور کشف خطا در گیرنده در صورت وقوع خطا در فریم ارسالی به کار می رود.

17. کارآیی کانال در اترنت کارآیی کانال یعنی درصد زمانی که در یک کانال اطلاعات مفید و فریم های داده انتقال می یابد. فریم های برخوردی، اطلاعات غیرمفیدی هستند که ظرفیت و زمان کانال را هدر داده و کارآیی یک کانال را کاهش می دهند.

18. انواع پیاده سازی اترنت اترنت به صورت های مختلف, با سرعت های متفاوت, سخت افزار مختلف و با رسانه های انتقال متفاوت پیاده سازی شده است. برای نامگذاری انواع اترنت از استاندارد زیر به صورت نمادین استفاده می شود : ]عدد/حرف [Base / broad][{عدد} به طوری که عدد نشان دهنده سرعت اترنت بر حسب Mb/s است. روش ارسال اطلاعات توسط Base یعنی انتقال به صورت دیجیتال و Broad انتقال آنالوگ مشخص می شود . ]عدد/حرف[ نشان دهنده نوع رسانه انتقال است. مثالهایی از انواع اترنت: (Thin Ethernet ) 10Base2: سرعت 10Mb/s روش ارسال اطلاعات دیجیتال (منچستر ) و رسانه انتقال کابل کواکس نازک است. حداکثر طول کابل یا طول قطعه در این نوع اترنت می تواند 185 متر (بعضی مواقع 200m) باشد .

19. (Thick Ethernet ) 10Base5: با استفاده از کابل کواکس ضخیم و توپولوژی باس, کامپیوترها به یکدیگر وصل شده اند. دستگاهی به نام Transceiver که خارج از کامپیوتر قرار می گیرد اتصال کارت شبکه درون کامپیوتر را به کابل کواکس ضخیم بر قرار می کند. حداکثر طول کابل (طول قطعه) در این شبکه می تواند 500 مترباشد. حداکثر پنج قطعه کابل کواکس ضخیم را توسط چهار دستگاه تکرارگر می توان به یکدیگر متصل نمود و به یک طول سگمنت 2500 متری است. شکل 4-8 نمایش این نوع اترنت است.

20. 10BaseT: رسانه انتقال در آن زوج سیم یا UTP است. تمامی کامپیوترها( کارت شبکه آنها ) از طریق UTP به ایستگاه مرکزی به نام Hub متصل می شوند و ارتباط آن ها از طریق Hub امکان پذیر است. اکثر فاصله ,کامپیوتر تا Hub می تواند 100 متر باشد. بنابراین حداکثر فاصله دو کامپیوتر می تواند 200 باشد . کامپیوترها به صورت نقطه به نقطه به پورت های Hub متصل می شوند.Hub با دریافت یک فریم اطلاعاتی از هر پورتش آن را برای دیگر پورت هایش ارسال می کند ( تکرار می کند ) بنابراین انتقال داده بین کامپیوتر ها از طریق یک کانال پخش همگانی همانند توپولوژی باس است چنین شبکه ای دارای سیم بندی ستاره و توپولوژی باس است . مزیت استفاده از Hub افزایش اطمینان در مقایسه با توپولوژی باس و کابل کواکس است زیرا با قطع یک کانال کل شبکه از کار نمی افتد. در حالی که با قطع هر قسمتی از باس کل شبکه از کار می افتد. 10BaseF : تمامی کامپیوتر ها از طریق رسانه فیبر نوری به یک Hub متصل هستند حداکثر فاصله کامپیوتر تا Hub می تواند 2000 متر باشد.

21. (fast Ethernet)100 baseT: نیاز به سرعت بیشتر منجر به پیدایش اترنت سریع شد. موسسه IEEE آن را به عنوان استاندارد IEEE802.3 معرفی نموده است. فریم داده و پروتکل آن شبیه اترنت معمولی است. اما این شبکه از سخت افزار جدیدی به نام Switch Hub یا به اختصار Switch و همچنین کارت های شبکه سریعتری استفاده می کند. حداکثر طول کابل در این شبکه 100 متر می تواند باشد. Switch Hub دستگاهی است که ظاهرا شبیه hub است اما ساختار داخل آن فرق دارد بطوریکه Hub شبیه تکرارگر است که فریم اطلاعاتی دریافتی از یک پورت را برای دیگر پورت هایش تکرار می کند. ولی ساختار داخل Switch Hub به صورت سوئیچهای متقاطع است. (cross bar switch) بطوریکه از هر پورت به مابقی پورت های دیگر سوئیچ وجود دارد که در حالت عادی این سویچها قطع هستند و در صورت نیاز می توانند وصل شوند .

22. هنگامی که Switch hub یک فریم را از یکی از پورتهایش دریافت می کند با توجه به آدرس مقصد، فریم را فقط برای پورت متصل به کامپیوتر مقصد ارسال می کند نه برای تمامی پورت هایش. یک Switch Hub دارای یک جدول به صورت شکل زیر است:

23. به طور کلی تفاوتهای Switch Hub,Hub را می توان به صورت زیر عنوان کرد: 1- در Hub فقط یک فرستنده بایستی باشد ولی در Switch Hub وجود چندین فرستنده به صورت همزمان امکان پذیر است. 2- کانال در Hub به صورت Half duplex است و ایستگاهها ارسال و دریافت اطلاعات را به صورت غیر همزمان و از طریق یک رشته زوج سیم انجام می دهند اما ارتباط با استفاده از Switch Hub به صورت full duplex است و ارسال و دریافت اطلاعات به صورت همزمان از طریق زوج سیم برای ایستگاهها امکان پذیر است (یک زوج سیم برای ارسال و زوج سیم دیگر برای دریافت) بنابراین بر خورد در فریم ها رخ نمی دهد. 3- دلایل فوق باعث افزایش سرعت( نرخ انتقال داده) در Switch Hub می شود بطوریکه پهنای باند شبکه به Hub بستگی دارد مثلا حداکثر پهنای باند در 10BaseT برابر 10Mb/s است اما پهنای باند شبکه به سرعت و تعداد پورتهای یک Switch Hub بستگی دارد به طوری که یک شبکه 100baseT دارای 8 پورت وحداکثر پهنای باند 800Mb/s دارد.

24. 4- برای گسترش شبکه و افزایش تعداد کامپیوترهای درون شبکه بایستی تعدادی Hub را به یکدیگر وصل نمود که تعداد و طول آنها محدودیت دارد( با توجه به دامنه برخورد یا زمان تاخیر برگشتی ) اما این محدودیت در هنگام استفاده از Switch Hub وجود ندارد. زوج سیم بهم تابیده استفاده شده در 100BaseT از نوع خاصی بنام UTP cat5 است که دارای پهنای باند 100MHZ است. UTPدارای رده های گوناگونی است که تفاوت آنها در مقدار پیچش آنها است هر چه عدد رده یک UTP افزایش یابد تعداد پیچش آن نیز در واحد طول افزایش می یابد بنابراین در مقابل نویز ایمن تر شده، پهنای باند آن افزایش یافته و تضعیف سیگنال در آن کاهش می یابد. 100BaseFX: دارای سرعت انتقال 100Mb/s است و کامپیوتر ها از طریق رسانه انتقال فیبرنوری چند حالته به Switch Hub متصل هستند حداکثر فاصله کامپیوتر با Switch Hub تا2000 متر می تواند باشد. این شبکه از کارت شبکه های خاصی بنام گیگابیت اترنت استفاده می کند.

25. (gigabit Ethernet)1000 Base T: این شبکه نیز از کارت شبکه های خاصی بنام گیگابیت اترنت استفاده می کند. سرعت در این شبکه 1000Mb/s یا 1Gb/s می رسد. محیط انتقال آن زوج سیم بهم cat6 و حداکثر فاصله کامپیوتر تا Switch Hub برابر 100 متر است. در این شبکه از روش رمزگذاری غیر از منچستر استفاده می شود که به جای سه سطح ولتاژ از 5 سطح ولتاژ برای ارسال دو بیت بصورت همزمان استفاده می کند . کانال نیز به صورت Full duplex است . موسسه استاندارد IEEE آن نام IEEE802.3z نامگذاری نموده است. دو شبکه گیگابیت دیگر به صورت 1000Base LX با رسانه انتقال فیبر نوری تک حالته با حداکثر قطعه 5000 متر و همچنین 1000Base SX با رسانه انتقال فیبر نوری چندحالته با حداکثر قطعه 550 متر نیز پیاده سازی شده اند.

26. :(gigabit Ethernet)10 G Base SR سرعت در این شبکه ها به 10Gb/sمی رسد . رسانه انتقال فیبر چند حالته با حداکثر طول قطعه 300 متر است. شبکه 10G Base LR با رسانه انتقال فیبر نوری تک حالته با حداکثر طول قطعه 10 کیلومتر است و همچنین 10G baseEW نیز دارای رسانه انتقال فیبر نوری حالته با حداکثر طول قطعه 40 کیلومتر است . موسسه ی IEEE این شبکه ها را تحت عنوان IEEE802.3ae معرفی نموده است.

27. نمایش انواع اترنت