دانلود مقاله اصول سیستم های شبکه

بخشی از مقاله

اصول سیستم های شبکه

این مقاله دارای تصاویر است که در سایت قابل نمایش نیست

فهرست مطالب :

1. Internet work Basics Intمبانی
2. Introduction to LAN Protocol LANمقدمه ای بر پروتکل
3. Introduction to WAN Protocol WAN مقدمه ای بر پروتکل
4. Bridging and switching Basics پل سازی و راه گزینی
5. Routing Basics مبانی مسیر یابی
6. Network Management Basics مبانی مدیریت شبکه
7. Ethernet Technologies تکنولوژی های اِترنت
8. Internetworking Technology Over View Intدیدگاه تکنولوژی

فصل اول : مبانی (Internetworking)
شبکه :
به مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل و متصل به یکدیگر شبکه گفته می شود. در سیستم های توزیع شده کامپیوترها متصل هستند ولی مستقل نیستند ولی در شبکه علاوه براینکه کامپیوترها متصل به یکدیگرند از همدیگر مستقل نیز می باشند.
اهداف شبکه و ویژگیهای آن ( Goals of Network ) :

1. اشتراک منابع ، برنامه ها ، داده ها و تجهیزات (Resource, Programs, Data and Device Sharing )
2. قابلیت اطمینان ( به دلیل تعدد منابع )High Reliability
3. هزینه کم ( به دلیل بعدهای مسافت ) Saving money

4. Salability : نیازها و سرویس ها متناسب با سخت افزار رشد پیدا کرده و تغییر می کنند. در شبکه نیز وقتی یک بسته نرم افزاری ارتقاء پیدا می کند ، نیازها و سرویس ها تغییر پیدا می کنند.
5. Communication Medium : افراد مختلف در نقاط مختلف با هزینه کم و سرویس خوب می توانند از طریق شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
Internetwork:

یک مجموعه ای از Individual Network (Network های متفرق و جدا از هم ( که حتی توپولوژی پروتکل هایشان با یکدیگر فرق می کند را به هم متصل می کند.عمل اتصال توسط Intermediate Devices ( Deviceهای واصل ، وسایل رابط ) صورت می گیرد و بنابراین یک شبکه Single ولی Large پدید می آید.
تعریفTerminal : یک Porte سریال (Com) یک مانیتور(Monitor) ، یک کیبورد (Keyboard) تشکیل یک Terminal را می دهند این وسیله CPU ندارد و صرفاً یک وسیله ورودی و نمایش دهنده می باشد.

تاریخچه Internetworking :
قبل از به وجود آمدن PC ها از Main Frame استفاده می شد که این کامپیوترها به کمک Terminalها و با سیستم Time sharing عمل می کنند. ( Main frame ها text base می باشند.) شرکت IBM پروتکلی به نام SNA (System Network Architecture) تعریف کرد که یک پروتکل 7 لایه ای ( مطابق OSI ) بود پس از ساخته شدن PC ها بحث LAN به وجود آمد.

شبکه های LAN (Local Area Network):
از به هم بسته شدن چند عدد PC به جهت ایجاد انتقال پیام، LAN به وجود می آید.در LAN بحث File Sharing مطرح شد که فایلی را توسط File Server می توان در اختیار User ها قرار داد. اصولاً LAN شبکه هایی با فاصله ی زیر یک کیلومتر ( در یک یا چند ساختمان ) می باشد. ( تکنولوژی Broad Cast باعث محدود شدن LAN از نظر فاصله می گردد.)

شبکه های MAN (Metropolitan Area Network) :
اگر فاصله ها از حدی بیشتر شود دیگر شبکه های LAN جوابگو نخواهد بود در شبکه های MAN ایستگاه های مرکزی ارتباط بین یک سری شبکه های LAN را برقرار می کند. ایجاد شبکه های MAN هزینه بالایی خواهد داشت. ( تلوزیون کابلی )

شبکه WAN (Wide Area Network):
از به هم پیوستن LANها توسط خطوط تلفن WAN به وجود آمد و محیط عملیاتی گسترده شد. در شبکه های WAN از تکنولوژی Point-to-Point استفاده می شود. که این اطلاعات نقطه به نقطه ارسال می شوند تا به مقصد برسند. بین شبکه ها مسیریاب وجود دارد.
امروزه High Speed LAN به وجود آمده است . سرعت LAN های قبلی در هر ده (1MG) بود که این سرعت به 10 MG و 100 MG و 1G ارتقاء یافت.این گونه شبکه ها عرض باند زیادی در اختیار دارند.

با به وجود آوردن LAN ها بحث Internet work گسترده تر شد.

تقسیم بندی شبکه ها :
1. از دیدگاه جغرافیایی ( فاصله ایستگاه ها )
- LAN

- MAN
- WAN

2. از دیدگاه تکنولوژی انتقال داده ها
- Point-to-Point
- Broad Cast  ( پخش همگانی)

مزایای Internet work :
1. اتصال LAN های Isolate ( یکپارچه سازی LAN های جدا از هم )
2. جلوگیری از Duplication of Resource ( Resourceهای اضافی را حذف می کند )
3. ایجاد نمودن مدیریت شبکه (Network Management) مدیریت فقط اعمال زور نیست.
4. وقتی که بحث Internet work مطرح می شود خیلی از سرویس ها جلوه ی دیگری پیدا می کنند (مثل Video Conferencing )

مدل OSI ( Open System Interconnection) :
این مدل ، مدلی 7 لایه ای از وظایف شبکه است و هر لایه کاری را انجام می دهد. لایه ها کاملاً مستقل از یکدیگر می باشند . ارتباط بین لایه ها از طریق Interface ایجاد می شود. هر لایه وظیفه دارد که به لایه های بالاتر سرویس بدهد و جزئیات لایه های زیرین را برای لایه های بالایی پنهان نگه دارد.

Computer System B

Header Computer System A

Ap.L data Ap Application lager


data Ap

Pr.L data Pr Presentation Lager


data Pr

Se.L data Se Session Lager


data Se

Tr.L data Tr Transport Lager


data Tr

N.L data Nt Network Lager


data Nt

DL.L Data Dl Data Link Lager


data Dl

Phy.L Physical Lager

Media

data
data

می خواهیم را از کامپیوتر سیستم A به کامپیوتر سیستم B بفرستیم . سیستم این مدل را Intentional Standard Organization یا ISO ارائه کرده است و کلیه Software و Hardware را با این مدل می سنجیم . عملیات در این مدل به این صورت است که لایه های متناظر ماشین A و ماشین B می توانند با هم ارتباط برقرار کنند. هیچ لایه ای نمی تواند مستقیماً اطلاعات را روی محیط ارتباطی قرار دهد و برای انتقال اطلاعات ابتدا data با header خودش در هر لایه encapsulate می شود و به لایه پایین تر فرستاده می گردد.
Trailer, Header: هر لایه برای انجام دادن کار باید یک سری اطلاعات کنترلی داشته باشد تا گیرنده بتواند بر حسب آن اطلاعات کنترلی کاری را انجام دهد. هر لایه یک سری اطلاعات کنترلی به صورت header یا trailer به data اضافه می کند.

ارتباط لایه ها با یکدیگر:
1. همسایگی یا ارتباط مجاورتی ( مجاورت فیزیکی ):

SAP ها Conceptual location هستند یعنی مکان مفهومی اند و ارتباط فیزیکی در لایه OSI را با هم فراهم می کنند.از طریق SAP ها اطلاعات رد و بدل می شوند ( جای عبور سرویس) هر کدام از SAP ها یک سرویس خاص ارائه می دهند ( یعنی به ازای هر سرویس یک SAP داریم .)
2. ارتباط منطقی :
(به واسطه header و trailer بین لایه های روبه روی هم و جفت )ارتباط منطقی برقرار می شود.
7 لایه OSI را به دو دسته تقسیم می کنیم :
1- Application layer سه لایه بالایی وظیفه سرویس دهی را دارند.
2- Data Transport layer چهارلایه پایینی وظیفه انتقال داده را دارند.
پروتکل(Protocol):
به وسیله پروتکل ارتباط بین دو نقطه برقرار می شود.برای هر Communication یک سری قواعد و قوانینی وجود دارد تا اینکه این ارتباط برقرار شود ، رعایت این قواعد و قوانین رعایت پروتکل ارتباطی است. ( مثال تلفن ( شماره تلفن باید 8 رقم باشد )
تعریف : یک پروتکل مجموعه ای است از قواعد و و قوانین حاکم بر چگونگی تبادل اطلاعات بین کامپیوترهای تحت یک network medium ( محیط انتقال داده برای شبکه )(internet work)
(پروتکل Network Communication ) ( مثلاً تلفن پروتکل هست ولی پروتکل Communication Tele )
Data Communication
روی این 7 لایه پروتکل تعریف می کنیم که ممکن است شامل همه این لایه ها هم نباشد هر چقدر تعداد لایه ها بیشتر باشدSecurity بیشتر می شود و سرعت کمتری داریم ولی سرویس دهی بهتری داریم.
هر چه تعداد لایه ها کمتر باشد سرویس دهی کمتر و سرعت بیشتری داریم . بنابراین دنبال پروتکلی هستیم که هم سرعت داشته باشد و هم کیفیت ( سرویس دهی ) ; بستگی به نیاز ما دارد.( مثلاً برای کنترل Robot)
پروتکل ها 4 دسته اند :
1- LAN Protocolتا لایه 2 بالا می آید.
2- WAN Protocol تا لایه 3 بالا می آید.
3- Routing Protocol فقط در لایه سوم
4- Network Protocol شامل هر 7 لایه می شود.
برای تشخیص پروتکل ها تنها راهش شناخت تعداد لایه هاست.
لایه های OSI :
Physical Layer :
این لایه وظیفه گرفتن اطلاعات از لایه بالاتر ( صفر و یک ) و تبدیل آن به سیگنال متناسب با محیط ارتباطی را بر عهده دارد. در لایه فیزیکی مستقیماً با صفر و یک سروکار داریم.

From DLL To DLL
data data
Phy.L Phy.L

تمامی تعاریف مربوط به بحث Physical مثل mechanical ، electrical و functional در بحث شبکه مربوط به این لایه است.
مدولاسیون :
سوار کردن یک موج دیگر را مدولاسیون گویند. عکس آن دی مدولاسیون است .اطلاعات ( مثل صدا ) را تبدیل به دیجیتال (1و0) می کند و سوار یک موج که می تواند کیلومترها برود می کند و در آخر دوباره تبدیل به اطلاعات می کنند( اطلاعات را پیاده می کنند ). به موجی که اطلاعات را حمل می کند Carrier یا حامل می گویند.
Data Link layer :
این لایه وظیف کشف و اصلاح خطا را بر عهده دارد. ( اگر سرعت فرستادن اطلاعات بالا باشد ، گیرنده نمی تواند همه آن را دریافت کند. بخشی از آن از بین میرود.) وظیفه مهم دیگر Data link layer آدرس دهی می باشد.
وقتی می توانیم با کسی ارتباط داشته باشیم که بتوانیم آن را صدا بزنیم – وقتی می توانیم صدا کنیم که اسم داشته باشیم ( آدرس در شبکه ) این لایه به دو عدد Sub Lager تقسیم می شود :
LLC: Logical Link Control
LLC Data link layer
MAC
Physical layer
MAC: Media Access Control

آدرس MAC نقش آدرس فیزیکی را بازی می کند ، هیچ دوپورتی آدرس یکسان ندارند. (MAC یکسان ندارند ) هر پورت MAC Add یونیک دارد. LLC نقش آدرس منطقی را بازی می کند.
یک MAC به ازای پروتکل های مختلف ، آدرس های مختلف دارند. یک کارت شبکه به ازای هر پروتکل یک آدرس دارد. پروتکل هایی وجود دارند که mapping آدرس منطقی به MAC را انجام می دهند مثلاً APP ، کار MAP کردن Network Add را به MAC Add را انجام می دهد.
network layer :
وظیفه این لایه Routing یا مسیر یابی است اگر پروتکلی Routing لازم داشت باید این لایه را شامل شود. وقتی تعداد زیاد شد، مسیر یابی لازم می شود ، در این لایه پروتکل های مختلف Routing مطرح می شود.
Transport layer: ( درست رساندن محموله )
اگر می خواهیم data در شبکه تحت محافظت کامل (Security) باشد ، Flow Control داشته باشیم ، error checking داشته باشیم یا Multiplexing داشته باشیم باید این لایه وجود داشته باشد.
Flow Control :
مثل بافر ، وقتی سیستم ها خیلی کند و یک خیلی سریع باشند.
( همان کاری که که مأمور راهنمایی در چهارراه ها انجام می دهد.)
Multiplexing :
وقتی که محدودیت خطوط انتقال داریم انجام می شود.
( مثل پست که برای انتقال هزاران نامه از یک خط هوایی استفاده می کند. )

F

A

G B
Single line

H
C
یک خط است

I D

J E

الگوریتم های Multiplexing
TDM : Time Divisions Multiplexing
در زمان های خاصی line مال ارتباط A به G است .
Slice Time خاصی )
Error checking :
a) error detection:
فقط تشخیص می دهد که این رشته (0 و 1 ) خراب است یا نه ؟ دنبال Position بیت خراب نمی گردد.

b) error correction:
مشکل تر است چون جای بیت خراب شده را نیز پیدا می کند.
(Detection مثل Parity Bit – Correction مثل CRC : مشخصاتی از رشته بیتی را می گیرد توی یک فرمول می گذارد و به یک عددی می رسد.)
session layer:
رفت و برگشت ها جهت گرفتن سرویس درخواست شده است .
( هر پرسش و پاسخی هم یک Session است . خرید بلیط هم یک Session است . )
ایجاد کردن Session یعنی Establishment . هر Session سه فاز دارد وظیفه این لایه مدیریت این سه فاز است.
a) session establishment.
b) Data transfer.
c) session terminate.
( مثال الو گفتن پشت تلفن – تا جواب ندهد Session ایجاد نمی شود.)
:Presentation layer
قرار است چیزی را Present کند و برای کسی قابل نمایشی کند ، ( دو تا Plat form داریم که اصلاً به هم نمی خورند ) این لایه وظیفه اش convection است ( تبدیل ). دو Platform مختلف بتوانند داده هایشان را برای هم ارسال کنند. ( مثل JPG ، MPEG و ... )
Application layer :
Application Service) است نه Application pog )
نزدیکترین لایه به end user است و مستقیماً درگیر end user است . رابطی می شود بین لایه های داخل OSI و end user . سرویس مثل پست الکترونیکی .
وظایف این لایه - آیا resource ، در دسترس (available) است ؟
- آیا Communication ، sync ( همزمان ، سازگار ) است ؟

Information Formats:
اطلاعات داده ای و کنترلی که در Information Formats انتقال می یابند گستره وسیعی از شکل های گوناگون را شامل می شود.Information Formats در لایه های مختلف اسامی مختلف دارد. ( حق نداریم به هر Information unit ( واحدهای اطلاعاتی ) در همه لایه ها Packet بگوییم . این غلط مصطلح وجود دارد )
در واقع وقتی اسم خاصی را به کار می بریم نشان می دهد از چه لایه ای حرف می زنیم .
From: لایه 2 - Information Unit ( واحد اطلاعاتی که )source و destination ( مبدأ و مقصد ) آن در سطح Data link layer است.
Packet: لایه 3 - از Connection oriented استفاده می کند.
Datagram: لایه 3- به علاوه از سرویس Connection less استفاده می کند. اگر از Connection oriented یا از هر دو استفاده می کند Packet است.
Segment: در لایه 4 مطرح می شود.
Cell: لایه 2 – به علاوه اینکه fixed size (اندازه مشخص دارد) یک cell از دو قسمت تشکیل شده است.
Payload
48 Byte Cell
5 Byte

53 Byte
که data در قسمت Payload قرار می گیرد.
دو تکنولوژی Cell Base هستند.
ATM(Asynchronous Transfer Mode)
SMDS( Switched Multimegabit Data Service)
ATM حدود (مگابیت پرسکنت) 155 Mbps روی WAN عرض باند می دهد.
SMDS: در حدود (گیگا بیت) Gb است.
( سرعت در Cell Base بالاست . Cell از Frame بهتر است چون Fixed Size است. در Frame باید نقطه ابتدا و انتها مشخص شود و در ضمن طول آن در جایی نوشته شود. در Cell این محاسبات وجود ندارد )
Iso Hierarchy of network:
سلسله مراتب نام گذاری ISO روی بخش های مختلف network به شرح زیر می باشد.
- ES (End System) : یک Network Device است که مقصد نهائی بسته اطلاعاتی ما است و چون مقصد نهائی است هیچگونه عملیات Routing در آنجا به انجام نمی رسد و مسیر یابی لازم نیست در آنجا انجام می شود . ESها می توانند ترمینال ها ، PC ها ، پرینترها و امثال آنها باشد.
- IS (Intermediate System) : هر وسیله ای که نقش Routing و Traffic Forwarding را بازی کند یک Device واسط یا IS است.
1. Intera domain IS : عمل Routing و Traffic Forwarding درون یک شبکه را انجام می دهد.
2. Inter domain IS : عمل Routing و Traffic Forwarding را بین شبکه ها انجام می دهد.( مثال دانشگاه ها و دانشکده ها )
- AS (Autonomous System) : متشکل از چند Area است که استراتژی Routing بین این Area یکجا و توسط یک Administrator تعیین می شود.
Area : گروهی منطقی از اجزای شبکه را Area می گویند.( a logical group of network segment)
AS را Domain نیز می نامند.
بنابراین Device های شبکه یا ES هستند یا IS هستندو یا جزء AS هستند تمام Deviceهایی که بین Area های درون یک AS کار می کنند Intera domain IS هستند.
تمام Deviceهایی واسطی که بین AS ها کار می کنند Inter domain هستند.
Connection – Oriented and Connection less Network Services
این دو ، سرویس شبکه اند. بنابراین هر پروتکل ارتباطی می تواند یکی از این دو سرویس یا هر دوی آنها را شامل شود یعنی یکی از این سرویس ها یا هر دوی آنها درون آن پروتکل مطرح می شود.
مثلاً TCP هم می تواند Connection Oriented و هم می تواند Connection باشد.
UDP فقط Connection less است.
مثال فردی که به تهران می آید : - تهران را بلد است ، نقشه دارد ، همه چیز از قبل مشخص است ، resorce ها رزرو است.
- آزادی پیاده می شود ، سوال می کند ، مسیر معلوم نیست.
Connection Oriented دارای سه فاز است.
1- Connection Establishment برقراری ارتباط
2- Data Transfer انتقال داده
3- Connection Termination قطع کردن ارتباط
Connection less فقط دارای Data Transfer است.
Connection Oriented دو مسئله را رعایت میکند.
1- Static – Path Selection انتخاب مسیر به صورت ثابت
یعنی از قبل مسیر را به صورت Static انتخاب می کند. و در وسط کار به هیچ وجه حق ندارد مسیر را عوض کند.
2- Static Resource Reservation
or
Static Resource Allocation
یعنی هر چیزی که نیاز است مثل Network Device ها ، حافظه ، عرض باند و ... از قبل رزرو می شود. ( پس وسط کار با هیچ مشکلی نباید مواجه شود )
اما Connection less دو مسئله را رعایت می کند.
1- Dynamic Path Selection
به صورت Dynamic مسیر را انتخاب می کند یعنی مسیر هر بار می تواند با حالت قل تفاوت کند.
Resource ها را از قبل رزرو نمی کند.
2- Dynamic Resource Reservation
or
Dynamic Resource Allocation
در LAN فاز برقراری ارتباط نداریم.
کسی چیزی را قطع نمی کند پس نه قطع می شویم و نه وصل می شویم فقط انتقال داده داریم . در LAN ، Resourceها را از قبل رزرو نمی کنیم.
در WAN از قبل مسیر را مشخص می کنیم ( که گم نشیم ) و از قبل Resource هایی که لازم است را رزرو می کنیم. ( مسافرت که می رویم چمدان می بریم ، دانشگاه که چمدان نمی بریم )
Static Path Selection یک مشکلی دارد. چون مسیر از پیش تعیین شده است اگر وسط راه اتفاقی افتاده باشد. و راه بسته باشد.Connection ، Fail می شود.
( ولی اگر Connection less استفاده شود چون مسیر dynamic است هر اتفاقی که افتاده باشد می تواند از کوچه پس کوچه برود ) پس از این نقطه نظر Connection less ، Flexible تر ( قابل انعطاف تر ) است.
ولی از آنجایی که Connection Oriented کل Resource های مورد نظر رزرو شده و مسیر کاملاً مشخص است و احتمالاً تجربه قبلی هم روی آن مسیر بوده می توانیم تخمین بزنیم که توی راه برای Resource ها نمی مانیم. پس نتیجه می گیریم که نمی توانیم بگوییم مسیری که از قبل مشخص است سرعت بیشتری دارد. ( چون شاید مسیر مشخصی داریم که ، تا چراغ قرمز داره ولی می توانیم از کوچه پس کوچه بریم و چراغ قرمز نداشته باشد )
نمی توانیم بگوییمReliability ( ارتباط ) بالاتر است چون اتفاقاً در LAN به هم نزدیکتر هستند و قابل اعتمادتر است. ( پس از اینکه گارانتی شده بزنیم توی کار چه حسنی دارد؟ )
در بحث Connection oriented عرض باند گارانتی شده است و Application هایی ( فعالیت هایی ) که نیاز به عرض باند گارانتی شده دارند باید Connection oriented باشند. مثلاً mail ( هر وقت رسید ، رسید ) نیازی نیست Connection oriented باشد ولی Video Conferencing نیاز به عرض باند گارانتی شده دارد.
پس Video Conferencing روی LAN هم Connection oriented می خواهد.
اما امروزه سرعت درLAN خیلی بالا رفته (Gbps) ( شده Gb Ethernet ) بنابراین عرض باند بزرگی در اختیار داریم و مشکلی پیش نمی آید.
مشکل جای دیگری است.
در Connection Oriented کلیه بسته های اطلاعاتی مثل Packet ، پشت سر هم و از یک مسیر حرکت می کنند. (مثل شلینگ آب ، مثل قطار )
ولی در و از یک مسیر حرکت می کنند. (مثل شلینگ آب ، مثل قطار )
ولی در Connection less ممکن است هر بسته اطلاعاتی مسیر جداگانه ای را اختیار کند.
باید مکانیزی باشد که این بسته های اطلاعاتی را که با شماره های مختلف می رسند Sequence کند. یعنی به شماره ، ردیفشان کند وگرنه پیغام درست نمی رسد. مکانیزی که اینجا به کار می رود Sliding Window است.
( فرض کنید فاصله بین انگشت ها جای Packet هایی اس که می رسند . فرض کنید تا 19 آمده است . فرض کنید Packet شماره 20 باید بیاید اما 28 می آید و می نشیند بعد 30 ، 22 ، 35 و ... . اگر تا فرصتی که به من داده شده 20 بیاید کار می تواند ادامه یابد ولی اگر نیاید Connection ، Fail است . )
Window Size در بحث شبکه مهم است ، نه می شود خیلی کوچک گرفت و نه خیلی بزرگ ( باید خیلی جلوتر fail می گفتید اما نگفتید ) پس با وجود این معضلات هم Connection Oriented و هم Connection Less به درد شبکه می خورند. معمولاً در شبکه های LAN ، Connection Less است.
در شبکه های WAN ، Connection Oriented است .
بر خلاف ترجمه انقصال گرا در LAN خیلی هم متصل تر است تا در WAN .
در WAN نمی شود خیلی Connection Less کار کرد چون مسیرهای متعددی را انتخاب می کند ، آن طرف Window Size کم می آورد و Connection ، Fail می شود.
در LAN از هر دو می توان استفاده کرد. اگر Connection Oriented عمل می کنیم کمی کند تر می شود و عرض باند از دست می دهیم.

Receiver روی سایز 7 تایی توافق کرده اند. Sender

0 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0

Data O

0 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0

Data 1
0 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0

ACK 1

0 7 6 5 4 3 2
1
0 1 0 7 6 5 4 3 2 1
0

Data های 0 و 1 که رسیدند تأییدیه ACK1 می آید و Window ، 2 فریم(Frame) به جلو می رود.
Internet work Addressing :
هر پروتکل روی شبکه مکانیزم آدرس دهی جداگانه ای دارد . ( مثلاً پروتکل TCP/IP، IP آدرس است ، پروتکل Ethernet یک ده رقمی Hex است ) . دو مورد را باید در آدرس دهی در نظر گرفت :
1- درون شبکه نباید آدرس تکراری وجود داشته باشد.
2- باید پروتکلی وجود داشته باشد و آدرس خاص آن پروتکل را به MAC Address تبدیل کند.
MAC آدرس ، یک آدرس فیزیکی است که به ازای هر Port یک Network Device ، این آدرس در کل دنیا Unique است . ( بنابراین در هنگام ارسال اطلاعات ، همه Network Address ها باید به MAC آدرس تبدیل شوند تا به نقطه دلخواه روی شبکه برسیم.)
Network Address نیز باید روی شبکه unique باشد. مثلاً 1 آدرس IP روی 2 دستگاه نباید داشته باشیم ( Conflict می ده و نمی گذارد دستگاه دوم بالا بیاید) اما Network Address می تواند در شبکه های دیگر تکرار شود.
LLC Data Link layer
MAC
Physical Layer
Data Link layer به 2 عدد sub layer تبدیل می گردد.

Vendor Assigned Organizational unique identifier

آدرس منطقی LLC
آدرس فیزیکی MAC

MAC Address از دو قسمت تشکیل شده است . OUI یک آدرس 6 رقمی Hex. است که سازمان استانداردسازی به سازندگان می دهد و این آدرس برای هر سازنده ای منحصر به فرد است . 6 رقم Vendor Assigned ، آدرسی است که شرکت سازنده به هر پورت ساخته شده می دهد . ( از ترکیب این دو قسمت آدرسی حاصل می شود که در دنیا تکرار نمی شود .) LLC بستگی به پروتکل دارد. هر پروتکل Network Address خاص خودش را دارد.
MAC آدرسی است که معمولاً درون ROM نوشته می شود و هرگز Rewrite نمی شود. لذا به آن Burned In Address (BIA) – داغ زده شده – نیز می گویند .
کارت شبکه هایی که2 پورته یا 3 پورته است ، یک MAC آدرس دارد. هر پورت برای یک توپولوژی خاص مناسب است. همزمان نمی توان از دو پورت آنها استفاده کرد. به اینها Combo می گویند.
الان اغلب شبکه ها CAT 5 ی و RJ45 است . بنابراین تک پورت هستند و یک مادگی RJ45 بیشتر نمی خواهند.
Address Resolution Protocol (ARP):
این پروتکل وظیفه map کردن Network Add. را به MAC Add. به عهده دارد.
Network Address MAC Address

1- ARP Request
2- ARP Reply
3- ARP Cache
مثال معلم و لیست حضور و غیاب – دفعه اول یک اسم می خونه ، همه می شنوند ولی فقط یک نفر جواب می دهد – دفعه بعد اسامی در حافظه است و احتیاجی به خواندن نیست.
ابتدا که دو Device می خواهند یکدیگر را بیابند . ( یک Network Add داریم و می خواهیم Packet را به این IP آدرس بفرستیم. / MAC نداریم ( عمل ARP Request را انجام می دهیم . به این صورت که در شبکه Broad Cast می کنیم ( Broad Cast یعنی پیغامی را به همه در شبکه رساندن ) . سپس یک ARP Reply صادر می شود. یک نفر جواب می دهد. که توسط آن MAC Add مشخص گردد. در جدولی به نام ARP Cache آدرس های Network و MAC را می نویسیم ، دفعات بعد ، ابتدا به ARP Cache مراجعه می کنیم اگر MAC آدرس نبود Broad Cast می کنیم.
MAC را به وسیله Hello Protocol پیدا می کنیم.
Hello Protocol ، پروتکلی است که Device ها پس از UP شدن ( وارد شدن به شبکه ) آدرس MAC خود به همه Deviceها اعلام می کنند. ( بنابراین همه آدرس MAC همدیگر را دارند.)
اینکه کدام Network Add. مربوط به کدامیک از MAC آدرس هاست توسط ARP انجام می شود.
پس از مدتی همه آدرس ها در ARP Cache وجود دارد و با مراجعه به آن خیلی سریع پیغامها فرستاده می شود.
مثال ) اگر LANA و LANB داشته باشیم و بخواهیم از Node A به Node H برویم :
1- A به Cache مراجعه می کند و می بینه که H وجود ندارد.( Network آدرس H را نداریم .)
2- ARP Request را Broad Cast می کند.
3- از روی LAN A پاسخی نمی رسد. پس از طریق R ( Device واسط ) به LAN B می رود.
4- ( A موکل R روی شبکه B می شود ) از سمت H ، ARP Reply می آید . (MAC آدرس را اعلام می کند.)
5- R پیغام را گرفته و به LAN A می فرستد برای Node A ، درون ARP Cache هم آن را ثبت می کند.
در Hello Protocol هم Hello Request و هم Hello Reply وجود دارد . ( پاسخ سلام شخص وارد شده ) این پروتکل فقط در حد MAC است . ( ربطی به Network آدرس ندارد.)
سه پروتکل :
Xerox Network Systems (XNS)
Novell Internetwork Packet Exchange (IPX)
DEC net Phase IV ( مال پروتکل DEC است )
نمونه های تجاری هستند که کارشان به دست آوردن MAC آدرس است ، یعنی به جای ARP می نشیند.

Network Layer Address :
آدرسی که به عنوان Network Address بحث می گردد ، در سطح لایه 2 نیست و می تواند مقداری از لایه 3 را هم بپوشاند . ( مثال پلاک خانه برای شهرها / در دهات پلاک معنی ندارد/ شبکه WAN است )
اصطلاحاً به Network layer Add. ، Logical Address یا Virtual Address نیز گفته می شود. ( چون یک آدرس مجازی است / آدرس واقعی اش MAC است ).
شکل صفحه 17-1 . یک Router با 3 پورت . در این شبکه 3 پروتکل داریم.

( در هر شبکه ، هر پورتی به تعداد پروتکل هایی که در شبکه نصب شده Network Address دارد ، ولی فقط یک MAC آدرس دارد.)
Hierarchical Address Space سلسله مراتبی
Flat Address Space مستقیم
آدرس دهی Flat یعنی اینکه همه مستقیماً همدیگر را با اسم بشناسند ( مثل محله ها که همه همدیگر را با اسم مستعار می شناسند ).
در محیط های گسترده می توانیم با نقطه گذاری آدرس Hierarchy درست کنیم .
A.A , A.B , A.C A
A.B.A , A.B.B , ABC AB
بسته به جمعیت Node هایی که توی شبکه وجود دارد ، آدرس دهی Flat است با Hierarchical ( در انتهای Hierarchical یعنی روی برگ درخت یا سلسله مراتب ، باز هم Flat آدرس دهی می کنیم.)
Address Assignment :
Address Assignment دو نوع است :
1- Static Address :
به این معنی است که Administrator شبکه مشخصاً به همه دستگاه ها ، یکی یکی IP Address می دهد ( به طور Manually ) و تا زمانیکه مدیر شبکه اقدام نکند و آدرس ها را عوض نکند این آدرس ها ثابت است.
2- Dynamic Address ( Server Address ) :
پروتکلی به نام DHCP ( Dynamic Host Control Protocol ) یک آدرس IP در اختیار مصرف کننده می گذارد . ( هنگام تماس Dial UP به یک ISP ، شما آدرس ندارید پس یک Server که وظیفه آدرس دهی دارد یک آدرس به ما می دهد ) . این Dynamic Address است زیرا ممکن است دفعه بعد که مراجعه می کنیم یک آدرس دیگر بدهد.
DHCP Server یک Pool ( استخر ) تعریف می کند و یک سری آدرس مشخص را معرفی می کند که می توانیم از آنها استفاده کنیم. دفعه بعد که مراجعه کردیم سعی می کند همان آدرس قبلی را بدهد ولی به شرطی که آدرس های درون Pool تمام نشده باشد ( مثلاً 100 تا آدرس دارد ، 100 نفر وصل می شوند ، نفر صد و یکم که وصل شد دیگر آدرس ندارد که بدهد و مجبور است آدرس یکی از آدم قبلی ها را بدهد. وقتی همان آدم قبلی وصل شد ، آدرس جدید می گیرد )
Address Versus Name ( آدرس در مقابل اسم ) :
IP یک آدرس 32 بیتی است که حفظ کردن آن غیر ممکن است ، لذا در شبکه ها از اسم استفاده می کنند در دنیای Internet ، ( Domain Name Services ) DNS عمل تبدیل اسم ها به آدرس های عددی را بر عهده دارد . یک Service Protocol است در TCP/IP و کارش این است که اسامی را به IP Address تبدیل می کند.
( اسمها را بر اساس یک مکانیزم خاص ( مثلاً : شرکت (Commercial) باشد می شود Com ، مربوط به حکومت باشد Gov ، مربوط به ارتش ( Military ) mil ، سازمان (Organization) باشد Org ، Education باشد Edu و ... ) دسته بندی کرده اند )
پس باید سازمانی باشد که این DNS ها را به درخواست کننده ها بدهد.
این کار را سازمانی به نام (IANA) Internet Assigned Numbers Authority انجام می دهد. این سازمان مسئول Assign کردن اسم و آدرس ( ثبت Domain ) است و در دنیا تک است اسامی داده شده توسط INAA در دنیا Unique است.
( قسمت اروپا ییش اسمشInternic است. که یکی از سرویس های آن Who is? است )
WWW.Internic.org

Flow Control:
( فرض کنید تعداد زیادی آدم می خواهند از یک در کوچک خارج شوند / یک ازدحام بوجود می آید )
در شبکه وقتی که یک سیستم سریع وصل می شود به یک سیستم کند ( مثلاً : یک LAN به یک WAN وصل می شود )
ازدحام یا Congestion رخ می دهد.
در واقع وظیفه Flow Control مقابله با Congestion است. 3 روش داریم.
1- در وسط یک سیستم تولید کننده کند و یک سیستم مصرف کننده کند ، یک بافر قرار می دهیم که مثل حوضچه آرامش عمل می کند ( بافر هیچ مکانیزم محافظتی ندارد، یعنی اگر تولید کننده بیش از اندازه تولید کند که بافر تحملش را نداشته باشد ، Over Flow می شود . اگر هم اصلاً تولید نکند یا مصرف کننده سرعتش بیشتر از تولید کننده باشد Under Flow می شود دو بافر Empathy می شود که در هر دو صورت خطا است )
2- بافر را توسط یک پیغام به نام Source – quench که نقش قرمز را بازی می کند ، هوشمندتر می کنیم . وقتی بافر از یک آستانه ای گذشت پیغام Source- quench برای سمت Source فرستاده می شود که برای یک مدتی تولیدش را متوقف کند. این مدت هم قابل تنظیم است.
این سیستم بدون اشکال نیست چون در مورد Under Flow شدن کاری نمی تواند بکند.
باعث می شود که بافر سریز شود و Packetها drop نشوند.
ولی همین که ترمز کنی ( سرعت را کم کنیم ) در حقیقیت ضد باند عمل می کنیم.
3- مکانیزم windowing سومین مکانیزم Flow Control است . این مکانیزم مبتنی بر Acknowledgment است. Acknowledgment یک تأییدیه است . ( یعنی Window سالم رسیده ) در این روش درون قاب های یک پنجره Packet ها را قرار داده و همگی را یکجا می فرستیم و یک تأییدیه می گیریم .
اولاً : تعداد Acknowledgment ها کم می شود ( به جای هر Packet به ازای هر Window یک ACK می فرستیم ) . ACK پیغامی است که ارزش اطلاعاتی ندارد و برای Handle سیستم آن را لازم داریم.
( اگر سایز پنجره را بزرگ بگیریم و یکی از Packet خراب شد ، آن وقت باید کل پنجره را Retransmit کنیم پس نه سایز خیلی بزرگ مناسب است و نه سایز خیلی کوچک که تعداد ACK1 ها در آن زیاد است)
سایز معقول که معولاً عدد 7 است مناسب است.
ثانیاً : این روش نه Over Flow می شود و نه Under Flow ( تا خانه ها پر نشود ارسال نمی کنیم / اگر هم پر شد سریز نمی کند چون پنجره بعدی هست ) یک فار متحرک است.
تنها مشکلی که ممکن است بوجود بیاید این است که Acknowledgment گم شود که این مشکل را بوسیله یک شماره سریال حل می کنیم . ( اگر پنجره نرسد یا تکراری برسد و یا ACK. گم شود طرف مقابل با چک کردن شماره سریال می فهمد)
به این روش Windowing می گوییند و مهمترین مورد مصرفش در پروتکل TCP/IP برای لایه TCP است و اصطلاحاً به آن Sliding Window می گویند.
( این سه روش ممکن است به طور تلفیقی هم استفاده شوند ) یعنی روی همین Window می توانید Source-quench هم داشته باشید./ یعنی Windowها را نفرستید و منتظر باشید که مصرف شود.

Error Checking :
1- Error Detection متوجه شدن خرابی رشته
2- Error Correction پیدا کردن Position بیت خراب
چون در شبکه سرعت مهم است در برخی جاها از Correction صرف نظر می کنیم.
2 روش Error Detection داریم :
1- Parity Bit :

در یک رشته شامل 0 و 1 ها Parity( بسته به قرارداد ) تعداد صفر و یک ها را می سنجد.
( یک روش این است که با xor تعداد یک ها را محاسبه می کنیم . اگر هر دو صفر یا یک بود xor صفر می شود وقتی xor یک می شود که مخالف هم بودند ) Parity Bit چند شکل دارد.

اولاً : Position بیت خراب شده را نمی دهد.
دوماً : اگر دو تا بیت یک خراب شده باشد، باز هم می گوید تعداد یک ها فرد است ( تعداد مهم نیست ، فقط فرد و زوج بودن مهم است ) پس اعلام می کند رشته سالم آمده در حالی که این طور نیست .

سوماً : ممکن است رشته سالم باشد ولی بیت Parity خراب شده باشد بنابراین رشته را خراب اعلام می کند.
اما در عین حال سرعت در Parity بالاست و این مزیت بسیار خوبی برای استفاده آن در شبکه است ،
2- Cyelie Redundancy Check (CRC) :

در این روش یک فرمول بین فرستنده و گیرنده set می شود ( مثلاً تعداد صفر و یک ها یا جمع یا ضرب یک سری از بیت ها و ... که یک عددی به ما می دهد ) این عدد همراه رشته فرستاده می شود. گیرنده همان فرمول را اجرا می کند. اگر به این عدد رسید CRC OK است و اگر نرسید CRC Check Error است .
مزایا و معایب :

- ممکن است خود عدد به دست آمده در طی راه خراب شود و گیرنده Error صادر کند در حالی که غلط است .
- ممکن است یک با اشتباه کند ولی بعید است بار بعدی هم اشتباه شود ، پس مطمئن است .
- از آن برای فشرده سازی نیز استفاده می شود ( هنگام Zip کردن و Unzip کردن )
از چند جمله ای ها برای بحث CRC استفاده می شود ( مثلاً CRC-16 : x16+x12+x5+1 )
Multiplexing :

چند تا گیرنده و چند تا فرستنده داریم . یک Multiplexer و یک Demultiplexer داریم . ( ارتباط چند گانه سر یک خط )
روش های Multiplexing :

1- اولین و ساده ترین روش (Time Division Multiplexing) TDM
فرض کنید یک Timer داریم و در Slice Time های خاصی پیغام ها را برای فرستنده ها و گیرنده ها ( طبق قرارداد ) رد و بدل می کنیم.( مثلاً از صفر تا 10 مال A به E است ، و از 10 تا 20 مال B به D و...) هر دو طرف سر همین فواصل زمانی حق فرستادن و دریافت اطلاعات دارند . ( ممکن است در این Slice Time ها پیغامی فرستاده نشود ( پرواز اختصاصی ))

2- (Asynchronous Time-Division Multiplexing ) ATDM
در TDM ، Slice ها از قبل مشخص است ولی در ATDM بسته به شرایط و نیاز Device ها به آنها Slice Time می دهد ( زمان هدر رفته نداریم – در عرض باند صرفه جویی می شود – سکوت
3- (Frequency – Division Multiplexing
در اینجا کاری به زمان نداریم . Coding و Decoding را سر فرکانس های خاصی انجام می دهد. می توان فرکانس های مختلفی را بفرستیم ( با پیغام های مختلف ) روی یک خط و آن طرف یک فیلتر فرکانسی داشته باشیم و فرکانس های مختلف را از هم جدا کنیم . ( مثل آشکار ساز یا Detector )
مؤسسه استاندارد سازی Standard Organization
International Organization for Standardization (ISO)

یک سازمان استانداردسازی بین المللی است . در زمینه شبکه مهمترین فعالیت آن استاندارد 7 لایه OSI است .
American National Standards Institute (ANSI)

این سازمان مبحث (FDDI) یا شبکه های فیبر نوری Distributed Data Interface Fiber را استاندارد کرده است .
Electronic Industries Association ( EIA)
این سازمان تمام پورت ها ( پورت های فیزیکی یا سخت افزاری ) را استاندارد کرده است . ( همه پورت ها استاندارد شده توسط این سازمان با اسامی که اول آن EIA است آغاز می شوند.)
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
این سازمان بیشتر نقش برقی الکترونیکی دارد. در بحث شبکه ، کل استاندارد LAN متعلق به IEEE است پروتکل های LAN ی دارای استانداردهای IEEE هستند. همه با 802 شروع می شوند ( اسم پروتکل ها 3 . 802 شبیه به Ethernet است ، 5 . 802 token ring است .
802.9 ، FDDI است ، 802.11 Wireless است .

International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector
(ITU-T) : مؤسسه ای است که بیشتر کارش Telecommunication است. نام سابق آن (eeITT) بوده است .
Committee For International Telegraph and Telephone
کار مهمی که در زمینه شبکه انجام داده است استاندارد X.25 است . X.25 در واقع یک پروتکل 3 لایه ای است و یک پروتکل WANی است .
Internet Architecture Board ( IAB )

گروهی هستند که روی بحث Internet work تحقیق می کنند. کار اصلی آنها Internet و Intranet است . مجموعه ای از کتب تهیه کرده اند و کلیه سرویس های موجود روی TCP/IP را به صورت یک سری جزوات استاندارد شده درون Public Domain در اختیار همه قرار داده اند. این جزوات با کلمه Request for Comment RFC شروع می شوند.

فصل دوم : Introduction to LAN Protocols
تعریف LAN در کتاب : یک شبکه High-Speed ، Fault – tolerant ی که از نظر محیط جغرافیایی کوچک است.
تعریف LAN از نظر علمی : شبکه High-speed ، fault-tolerant که تا لایه 2 از مدل مرجع OSI را بپوشاند ، پروتکل LAN ی است.
شکل 2-2 کتاب

این شکل لایه های OSI را با LAN مقایسه کرده .
1- همانطور که مشاهده می شود Ethernet کل دو لایه را می پوشاند ، یعنی شامل MAC و LLC است . ولی IEEE 802.3 ( که به غلط به Ethernet مشهور است ) تا لایه MAC بیشتر بالا نمی آید ، بنابراین IEEE 802.3 به همراه IEEE 802.2 یک پروتکل LAN می شود.
2- 100 Baset که یک پروتکل 100 مگابیتی است ، Token ring ، FDDI نیز به همراه IEEE 802.2 تشکیل LAN می دهند و به تنهایی پروتکل LANی نیستند.
LAN Media – Access Methods ( روش های دستیابی به Media )
در شبکه LAN سرعت بالاست و هنگامی که سرعت بالا می رود ، مکانیزم حرکتی باید مکانیزم مطمئنی باشد. در غیر اینصورت تصادم ایجاد می شود ، ازدحام بوجود می آید و ... لذا باید روش هایی را جهت جلوگیری از این اتفاقات وضع کنیم. به این روش ها LAN Media-Access Methods می گویند.
1- Carrier Sense Multiple Access Collision Detect (CSMA/CD) :
( مثال راهروی اختصاصی و اتاقها که نقش Nodeها را بازی می کنند ) در این صورت ممکن است دو نفر همزمان اقدام به ارسال کنند. Collision اتفاق می افتد ( یعنی برخورد ، تصادم ) بنابراین عمل انتقال داده دوباره باید انجام شود ، زیرا Data تخریب شده است . این یعنی یک بازگشت به عقب ، یعنی از دست دادن منابع و مهمترین resource در شبکه زمان است .
CSMA/CD برای حل این مشکل قول می دهد که در صورت بروز Collision ، آن را Detect کند . یعنی می فهمد بین چه Nodeهایی تصادم ایجاد شده ، به یکی از آنها اجازه عبور می دهد ( خط را اشغال می کند ) و دومی نمی تواند فعلاً از خط استفاده کند. دفعه بعد دیگر بین آنها Collision اتفاق نمی افتد.
CSMA/CD خیلی مرسوم است ( Gb Ethernet هم هنوز از این روش استفاده می کند )- مشکل آن این است که درمان کننده است و جلوی Collision را نمی گیرد ( عرض باند از دست می دهیم ) – الگوریتم بسیار ساده است
2- روش Token Passing :
استفاده مبرم روش Token – Passing در جاهایی است که توپولوژی حلقوی دارد. دو عدد توپولوژی حلقوی داریم : FDDI و Token ring
روی شبکه یک token آزاد است . ( ژتون – رمز عبور شبکه ) هر کس که آزاد است . ( ژتون – رمز عبور شبکه ) هر کس که token را تصاحب کند ، خط متعلق به اوست و می تواند پیغام ارسال کند . پس از اینکه ارسال پیغام تمام شد ، token را روی خط رها می کند . بنابراین امکان Collision تقریباً صفر است.
3- روش Demand Apriority ( اولویت درخواستی) :
در این روش درخواستها را گرفته و درون یک صف Round Robin می نشاند . بنابراین هیچ برخوردی اتفاق نمی افتد و به نوبت به اینها زمان می دهد ( زمانی که می دهد در واقع خط است ، یعنی خط را در اختیارشان قرار می دهد ) این روش فقط در یک پروتکل استفاده می شود که سرعت بسیار بالاست ( پروتکل ساخت شرکت HP ) . برای عمل Video Conferencing بسیار مناسب است چون عرض باند را از دست نمی دهد . بسیار گران است .
LAN Transmission Methods: متدهای انتقال
1- uni cast :
یک فرستنده داریم و یک گیرنده ( یک Source داریم و یک destination )
در uni cast یک single packet ( غلط مصطلح ، در اصل Frame است ) فرستاده میشود . در هر Frame که فرستاده می شود ، آدرس Source و destination مشخص است . بنابراین frame را به سمت destination ارسال می کند . دقیقاً به یک آدرس می فرستد ( مثل یک نامه خصوصی )
2- Multi cast :
پیغام به یک گروه خاصی فرستاده می شود . به تعداد افراد گروه از این پیغام کپی می شود . به هر کدام از این Frameها آدرس یکی از اعضای این گروه داده می شود به آدرس خودش را هم که اول می زند.

3- Broad cast :
حالت یکی به همه است . چون پیدا کردن آدرس تک تک اعضا و اضافه کردن آنها زمان زیادی می برد ، آدرس خودش را به عنوان Source می زند و آدرس Broad cast را به عنوان مقصد می زند ( به جای ارسال نامه برای تک تک افراد ، آن را می زنیم توی تابلو اعلانات )
بنابراین Broad cast ، Optional است ( می توانیم بخوانیم ، می توانیم نخوانیم – هرکس active یا up شود روی پروتکل ، پیغام برایش ارسال می شود )
LAN Topologies :
توپولوژی به معنی همبندی است .
1- توپولوژی Bus : Bus به معنی گذرگاه و محل عبور است . شبکه های قدیمی که از کابل های Coaxial ( هم محور ، موازی ) استفاده می کردند . کانکتوری که این کابل های Coaxial به آن می رسند BNC نام دارد . کانکتور دیگر استفاده شده T-Connector است که پایه های آن به پورت BNC کارت شبکه وصل می شود . ( دو تا سیم آزاد Coaxial می ماند که یکی به کارت شبکه وارد شده و دیگری از آن خارج می شود ) ابتدا و انتهای خط دو عدد مقاومت 50 اهمی به نام terminator جهت بسته شدن شبکه قرار می گیرد . سرعت این توپولوژی بین 1 Mbps تا 10 Mbps است ( سرعت کمی است ).
اگر جایی در Bus اتصالش قطع شود Network Partitioning پیش می آید و Collision افزایش یافته و در نهایت Connection ، Fail می شود .
حداکثر طول استاندارد کابل در این توپولوژی 184 m می باشد.