Basics of COMPUTER NETWORKS Chapter 1 Network Fundamentals Computer Engineering Faculty of Engineering Kurdistan University ( Email : ghasem.mohammadi@gmail.com)

سرفصل‌هاي درس فصل 1: مفاهيم اوليه فصل 2: لايه فيزيكي فصل 3: لايه پيوند داده فصل 4: لايه شبكه فصل 5: لايه انتقال فصل 6: لايه كاربرد فصل 7 :‌كابل كشي ساخت يافته

مفاهيم اوليه مقدمه شبکه کامپيوتري چيست؟ تقسيم بندي شبکه ها اجزاء شبکه توپولوژي شبکه ها مشخصه هاي انتقال مدلهاي لايه اي ابزارهاي شبکه مفهوم پهناي باند تحليل تاخير در شبکه

مقدمه

سوالاتي كه در زمان طراحي شبكه پيش مي آيد؟ بايد ا ز كجا شروع كرد؟ چه پارامترهايي بايد در نظر گرفته شود؟ هدف از برپاسازي شبكه چيست؟ انتظار كاربران از شبكه چيست؟ آيا مي خواهيم شبكه موجود را ارتقا دهيم يا شبكه را بايد از ابتدا طراحي كنيم؟ چه سرويسها و خدماتي بر روي شبكه ارائه مي دهيم؟

Definition of Computer Networks تعريف شبكه ساده ترين تعريف: شامل دو يا بيش از دو كامپيوتر و ابزارهاي جانبي مثل چاپگرها هستند كه از طريق يك محيط ارتباطي به همديگر متصل شده اند و از قوانين ارتباطي مشخصي به نام پروتكل پيروي مي كنند. Computer network connects two or more autonomous computers.

دلايل استفاده از شبكه هاي كامپيوتري Basics of Computer Networks دلايل استفاده از شبكه هاي كامپيوتري اشتراك منابع كاهش هزينه ها قابليت اطمينان قابليت توسعه ايجاد بستر ارتباطي Resource Sharing Reduce Costs Increase Reliability Scalability Create Communication Infrastructure

مواردي كه قبل از راه اندازي مدنظر قرار گيرد Basics of Computer Networks مواردي كه قبل از راه اندازي مدنظر قرار گيرد اندازه سازمان سطح امنيت نوع فعاليت و برنامه هاي كاربردي سطح مديريت مقدار ترافيك بودجه Resource Sharing Reduce Costs Increase Reliability Scalability Create Communication Infrastructure

دسته بندي شبكه ها مقياس يا فاصله نحوه تبادل اطلاعات نحوه سرويس

انواع شبكه از لحاظ مقياس Basics of Computer Networks انواع شبكه از لحاظ مقياس Network in small geographical Area (Room, Building or a Campus) is called LAN (Local Area Network) Network in a City is call MAN (Metropolitan Area Network) Network spread geographically (Country or across Globe) is called WAN (Wide Area Network) Internet : Consist of LAN’s, MAN’s and WAN’s

LAN شبكه محلي يا اساسا در محيطهاي كوچك قابل اجراست از سرعت نسبتا بالايي برخوردار است داراي ارتباط دايمي بين كامپيوترها از طريق شبكه و يا بصورت بيسيم مي باشند. اجزاي يك شبكه كامپيوترها كارت واسطه شبكه پروتكل ارتباطي ‌(اترنت، حلقه نشانه، گذرگاه نشانه و شبكه محلي بيسيم) سوييچ يا هاب محيط ارتباطي (سيمي يا بيسم)

انواع شبكه از لحاظ نوع سرويس شبكه هاي سرويس دهنده/سرويس گيرنده (Client/Server) شبكه هاي نظير به نظير سيستم خاصي براي نگهداري وجود ندارد و همه نقش دارند. مزاياي آن: احتمال ايجاد اختلال پايان ست امكان اشتراك گذاري داده ها با رعايت حقوق دسترسي نيازي به مدير شبكه نيست و مديريت شبكه تقسيم شده است. هزينه آن پايين است. معايب آن : كاهش سرعت كامپيوتر هنگام دسترسي به فايلهاي آن امنيت پايين است امكان خرابي فايلها توسط كاربران ديگر براي شبكه هاي بزرگ جوابگو نيست

انواع شبكه از لحاظ نوع سرويس(ادامه) شبكه هاي سرويس دهنده/سرويس گيرنده (Client/Server) يك سيستم سرويس دهنده و ديگران از سرويس استفاده مي كنند مزاياي آن: مي توان شبكه هايي با امنيت بالا ايجاد كرد. پشتيبان گيري با قابليت اطمينان بالا و به سادگس قابل انجام است پردازش بر روي سيستمهاي با توان پردازشي بالاست دسترسي به منابع ساده تر است. معايب آن: هزينه برپاسازي آن بالاست. نياز به متخصص براي راه اندازي و نگهداري است از كار افتادن سرويس دهنده ممكن است كل شبكه را مختل كند مثلا DHCP server

Computers: Clients and Servers Basics of Computer Networks Computers: Clients and Servers In a client/server network arrangement, network services are located in a dedicated computer whose only function is to respond to the requests of clients. The server contains the file, print, application, security, and other services in a central computer that is continuously available to respond to client requests.

انواع شبكه از لحاظ نحوه تبادل اطلاعات شبكه هاي نقطه به نقطه : اطلاعات از طريق كامپيوترهاي مياني ار سال مي شود و در زمان ارسال 2 عنصر فرستنده و گيرنده به داده ها دسترسي دارند. شبكه هاي همه پخشي : اطلاعات بر روي محيط اشتراكي ارسال مي شود و تمام دستگاهها به آن دسترسي دارند. Point to Point Broadcast

اجزاء شبكه هر شبكه اساسا از 4 بخش اصلي زير تشكيل شده است: ابزارهايي كه به پيكره بندي اصلي شبكه وصل مي شوند مانند كامپيوترها و چاپگرها و هابها رسانه انتقال كه كامپيوترها را به يكديگر متصل مي كنند محيط انتقال سيمي محيط انتقال بي سيم سازگار كننده ها (Adapters) براي اتصال رسانه انتقال به كامپيوترها مانند كارت شبكه سيستم عامل يا NOS كه بر روي سرويس دهنده ها نصب مي شود

Basics of Computer Networks همبنديهاي شبكه The network topology defines the way in which computers, printers, and other devices are connected. A network topology describes the layout of the wire and devices as well as the paths used by data transmissions. نحوه اتصال كامپيوترها به هم را همبندي گويند

Basics of Computer Networks Star & Tree Topology The star topology is the most commonly used architecture in Ethernet LANs. When installed, the star topology resembles spokes in a bicycle wheel. Larger networks use the extended star topology also called tree topology. When used with network devices that filter frames or packets, like bridges, switches, and routers, this topology significantly reduces the traffic on the wires by sending packets only to the wires of the destination host. مزايا نصب آن اسان است توسعه شبكه آسان است خرابي يك كامپيوتر تاثيري بر روي شبكه ندارد معايب وابستگي بكه به هاب يا سويييچ

Basics of Computer Networks Ring Topology A frame travels around the ring, stopping at each node. If a node wants to transmit data, it adds the data as well as the destination address to the frame. The frame then continues around the ring until it finds the destination node, which takes the data out of the frame. Single ring – All the devices on the network share a single cable Dual ring – The dual ring topology allows data to be sent in both directions.

Basics of Computer Networks Bus Topology Commonly referred to as a linear bus, all the devices on a bus topology are connected by one single cable.

Basics of Computer Networks Mesh Topology The mesh topology connects all devices (nodes) to each other for redundancy and fault tolerance. It is used in WANs to interconnect LANs and for mission critical networks like those used by banks and financial institutions. Implementing the mesh topology is expensive and difficult.

Hybrid Topology تركيبي از چند توپولو‍ژي اين توپولوژي ها با كابل اصلي يا Backbone وصل مي شوند.

مشخصه هاي انتقال نوع سيگنال انتقالي(ديجيتال يا آنالوگ) تغييرات آنالوگ پيوسته ولي ديجيتال گسسته است حساسيت به نويز در ديجيتال كمتر است. سرعت انتقال سيگنال در يك كانال: تعداد بيتهايي كه در يك ثانيه منتقل مي شود و واحد آن bps است. اصطلاح ديگر Baud Rate است به معني تعداد تغييرات سيگنال در يك ثانيه است. بسته به اينكه يك بيت با بيش از يك سطح ولتاژ يا چند بيت با يك سطح ولتاژ نشان داده شود بيشتر يا كمتر از bps است. جهت حركت سيگنال(يكطرفه، دوطرفه يا نيمه دوطرفه) تك كاناله يا چندكاناله بودن: يك سيگنال يا چند سيگنال با فركانسهاي مختلف ارسال مي شود.

مدلهاي لايه اي پروتكل : مجموعه قوانين و مقرراتي كه يك ارتباط را مديريت مي كنند. پروتكل زبان مشترك كامپيوترهاي يك شبكه هستند. تعيين كننده مشخصه هاي شبكه، روش دسترسي، توپولوژي، سرعت انتقال و نوع كابل‌كشي است. مزاياي طراحي لايه‌اي: طراحي محصولات بر اساس استاندارد، تغيير هر لايه مستقل از لايه ديگر،طراحي ماژولار و راحتي يادگيري و ياددهي مدل OSI مدل TCP/IP

مدل OSI يك مدل سيستم باز است و توسط سازمان ISO ارائه شده است. سيستم باز سيستمي است كه به دو وسيله با هر معماريي اجازه مي دهد با همديگر ارتباط برقرار كنند. اين مدل يك مدل آموزشي است و پياده سازي واقعي نشده است. در اين مدل نشان داده شده است چطور مي توان طراحي داشت كه با تقسيم وظايف بين لايه ها تغييرات در آينده را مديريت كرد. هر تغييري در يك لايه، لايه هاي ديگر را تحت تاثير قرار نخواهد داد. هر كدام از اين لايه ها بخشي از فرايند انتقال را انجام مي دهند.

مدل لايه اي OSI

The interaction between layers in the OSI model

An exchange using the OSI model

لايه فيزيکي واحد انتقالي در اين لايه : بيت وظايف آن : انتقال بيتهاي خام بر روي كانال ارتباطي با خواص فيزيکي واسطها و رسانه انتقال سروكار دارد چه ولتاژيهايي براي 1 و 0 درنظر گرفته شده است.(نمايش بيتها) چه نرخي براي انتقال داده استفاده شود. نحوه شروع و خاتمه ارتباط

لايه فيزيكي مسول انتقال بيتها از يك گره به گره بعدي مي باشد توجه لايه فيزيكي مسول انتقال بيتها از يك گره به گره بعدي مي باشد

لايه پيوند داده واحد انتقالي در اين لايه : فريم(رشته اي از بيتها) لايه پيوند داده واحد انتقالي در اين لايه : فريم(رشته اي از بيتها) هر فريم داراي قسمتهاي مختلفي جهت نشان دادن شروع فريم،پايان فريم، اندازه فريم، كنترل خطا و اطلاعات كنترلي است. وظايف آن : ايجاد و مديريت فريمها كنترل خطا كنترل جريان كنترل دسترسي به رسانه آدرسدهي فيزيکي Flag FCS داده Control Address

در لايه پيوند داده مسئول انتقال فريمها از يك گره به گره بعدي است نكته در لايه پيوند داده مسئول انتقال فريمها از يك گره به گره بعدي است

لايه شبکه واحد انتقالي در اين لايه : بسته بسته ها واحدهاي اطلاعاتي مستقل هستند كه با استفاده از يك سري اطلاعات اضافي (Header) مي‌توانند مسير خود را پيدا كنند. هر بسته ممكن است از مسير مستقلي عبور كند. وظايف آن : آدرسدهي منطقي مسيريابي

لايه شبكه مسئول انتقال بسته ها از ميزبان مبدا به ميزبان مقصد است. نكته لايه شبكه مسئول انتقال بسته ها از ميزبان مبدا به ميزبان مقصد است.

لايه انتقال امكان ارتباط بين دو برنامه را در دو ميزبان مبدا و مقصد فراهم مي‌كند. سرويسهاي اتصالگرا و غيراتصالگرا ، قابل اطمينان و غيرقابل اطمينان آدرسدهي نقطه ي سرويس تکه تکه کردن و مونتاژ مجدد کنترل اتصال کنترل جريان کنترل خطا

لايه انتقال مسئول انتقال پيام از يك فرآيند به فرآيند ديگر است. نكته لايه انتقال مسئول انتقال پيام از يك فرآيند به فرآيند ديگر است.

سرويس غيراتصال گرا Data Transfer سرويس اتصال گرا Connection Setup Connection Termination

لايه نشست وظيفه آن برقراي، مديريت و خاتمه اجلاسها را بر عهده دارد. مانند اپراتورهاي قديمي تلفن همگام سازي

لايه جلسه مسئول كنترل مذاكره و همگام سازي است. توجه لايه جلسه مسئول كنترل مذاكره و همگام سازي است.

لايه نمايش ترجمه رمزنگاري فشرده سازي

لايه نمايش مسئول تبديل، فشرده سازي و رمزنگاري داده ها است توجه لايه نمايش مسئول تبديل، فشرده سازي و رمزنگاري داده ها است (در صورت نياز)

لايه کاربرد اين لايه مستقيما با كاربر سروكار دارد. دسترسي كاربران به سرويسهاي مختلف را فراهم مي كند. انتقال ، دستيابي و مديريت فايل سرويس نامه سرويس دايرکتوري

لايه كاربرد مسئول فراهم كردن سرويسها براي كاربران و كاربردهاست. توجه لايه كاربرد مسئول فراهم كردن سرويسها براي كاربران و كاربردهاست.

آنچه گذشت...

معماري پروتكل TCP/IP لايه دسترسي شبكه(معادل لايه فيزيكي و پيوند داده) لايه اينترنت (معادل لايه شبكه) لايه انتقال لايه كاربرد (معادل سه لايه كاربرد-نمايش و جلسه)

مقايسه مدل OSI و TCP/IP

در اينترنت چهار مدل آدرس وجود دارد: آدرس دهي در اينترنت چهار مدل آدرس وجود دارد: فيزيکي منطقي پورت خاص

ابزارهاي شبكه NIC(Network Card Interface) Repeater Basics of Computer Networks ابزارهاي شبكه NIC(Network Card Interface) Repeater HUB (Multiport Repeater) Switches Routers Wireless Access Points Modems etc.

NIC

Hub (layer 1 device) Just knows bits

Switch (layer 2 device) Knows MAC addresses

Router (layer 3 device) Knows Logical addresses (IP and IPX)

Basics of Computer Networks Access Point

Basics of Computer Networks مفهوم پهناي باند در تعريف آنالوگ: تفاوت بالاترين و پايين ترين فركانسهايي كه از يك كانال عبور مي كنند و واحد آن هرتز است. در تعريف ديجيتال:‌ مقدار اطلاعاتي كه مي تواند در يك مدت معين ارسال شود و واحد آن بيت بر ثانيه است. تشبيه آن به بزرگراه و يا خط لوله است.

تحليل تاخير در شبكه انواع تاخيرها Basics of Computer Networks تحليل تاخير در شبكه انواع تاخيرها پردازش : بررسي سرآيند، مشخص كردن لينك خروجي،خطايابي صف بندي:بسته هايي كه منتظر ارسال از يك كانال مي شوند. ارسال(Transmission): زماني كه لازم است تابيتهاي يك بسته L بيتي از يك كانال با پهناي R برابر L/R انتشار (Propagation): زمان لازم براي رسيدن يك بيت از ابتداي يك كانال به انتهاي كانال. طول كانالD و سرعت انتشار S سيگنال عامل تعيين كننده است. S/D تاخير كل در يك گره: Dnodal=Dprop+Dtrans+Dproc+Dque طول L بيت بر حسب متر=LS/R