1. شبکه های کامپیوتری ارائه دهنده: دکتر سید محمود دانشور فرزانگان
ارائه دهنده: دکتر سید محمود دانشور فرزانگان
زمستان 93

2. فصل پنجم
لايه شبکه
زمستان 93

3. لايه شبكه در اينترنت
هنگامي كه بخواهيم بين LANهاي مختلف ارتباط برقرار كنيم وظايف لايه شبكه شروع مي‌شود.
هنگاميكه بسته‌هاي اطلاعاتي روي شبكه WAN منتشر مي‌شود بايد مكانيزمي براي هدايت بسته‌ها از مبدا به مقصد وجود داشته باشد تا ميان شبكه‌ها با توپولوژي‌ها و ساختارهاي مختلف بتوانند حركت كنند كه به اين عمل هدايت ، مسير‌يابي گفته مي‌شود.
زمستان 93

4. اصول طراحي لايه شبكه سوئيچينگ بسته به روش store-and-forward
خدمات تهيه شده براي لايه انتقال
پياده سازي خدمات اتصال گرا و غيراتصال گرا
مقايسه زيرشبكه هاي داده گرام و مدارمجازي
زمستان 93

5. الف) سوئيچينگ به روش ذخيره و ارسال
اجزاء اصلي اين سيستم:
1- تجهيزات حامل
2- تجهيزات مشتريان
محیطی که پروتکل های لایه شبکه در آن عمل می کنند.
زمستان 93

6. ب) خدمات تهيه شده براي لايه انتقال
اهدافي که اين خدمات بر اساس آن ها تدارك ديده شده است :
1- خدمات بايد مستقل از تكنولوژي مسيرياب باشد .
2- لايه انتقال بايد از تعداد، نوع و توپولوژي مسيرياب هاي حاضر حمايت كند.
3- آدرس هاي شبكه اي كه براي لايه انتقال تهيه مي شوند حتي در صورت وجود شبكه هاي محلي و گسترده بايد از شماره گذاري يكنواختي استفاده كند.
زمستان 93

7. ج) خدمات اتصال‌گرا و غیر‌اتصال گرا
غیر‌اتصال گرا :
اگر خدمات بدون اتصال باشد ، بسته ها جداگانه به شبكه وارد شده و جدا از يكديگر و مستقلا“ مسيريابي مي شوند. بسته ها را داده گرام مي نامند.
زير شبكه مورد استفاده ، زير شبكه داده گرام ناميده مي شود.
زمستان 93

8. اتصال‌گرا :
يك مسير از منبع به مقصد بايد ايجاد شود قبل از آنكه بسته ها فرستاده شود. اين اتصال مدار مجازي ناميده مي شود.
زير شبكه مورد استفاده ، زير شبكه مدار مجازي ناميده مي شود.
زمستان 93

9. مقایسه زیرشبکه مدار مجازی و داده گرام
مورد
زيرشبكه داده گرام
زير شبكه مدار مجازي
تنظيم مدار
نيازي نيست
نياز است
آدرس دهي
هر بسته آدرس دقيق و كامل مبدا و مقصد را با خود حمل مي‌كند
هر بسته فقط يك شماره کوتاه مدار مجازي(VC) با خود دارد
اطلاعلات وضعيت
مسيرياب نيازي به نگهداري اطلاعاتي در خصوص وضعيت هر اتصال ندارد
به ازاي هر مدار مجازي تمام مسيرياب ها بايد اطلاعاتي در خصوص وضعیت آن نگاه دارند
مسيريابي
هر بسته بطور مستقل مسيريابي مي‌شود
مسير فقط يكبار و آنهم در هنگام تنظيم مدار مجازي انتخاب مي‌شود و تمام بسته‌ها از همان مسير حركت مي‌كنند
تاثير خرابي مسيرياب
بي تاثير، مگر در مورد بسته‌هايي كه در حين خرابي از بين رفته‌اند
تمام مدارات مجازي كه از مسيرياب خراب مي‌گذشته‌اند قطع مي‌شوند
تضمين كيفيت خدمات
دشوار
اگر براي هر مدار مجازي منابع لازم از قبل تخصيص يابد بسيار آسان است
كنترل ازدحام
اگر براي هر مدار مجازي از قبل منابع لازم تخصيص يابد بسيار آسان است
زمستان 93

10. مسير‌يابي الگوريتم مسير‌يابي
وظيفه اصلي لايه شبكه مسيريابي و هدايت بسته ها از منبع به مقصد مي باشد . در بيشتر زير شبكه ها بسته ها براي آنكه به مقصد برسند نياز دارند كه چند پرش انجام دهند.
عبور یک بسته از یک مسیریاب را یک پرش (hop) گویند.
الگوريتم مسير‌يابي
الگوريتم مسيريابي بخشي از نرم افزار لايه شبكه است كه تعيين مي كند بسته ورودي به كدام خط خروجي بايد منتقل شود.
فرآیندهای موجود در یک مسیریاب هدایت (Forwarding)
الگوریتم مسیریابی
زمستان 93

11. خواص يك الگوريتم مسيريابي
1- صحت عملکرد
2- سادگي يا سهولت
3- تحمل عيب
4- پايداري
5- عدالت و بهينگي
زمستان 93

12. تناقض بین عدالت و بهينگي
زمستان 93

13. الگوريتم هاي مسيريابي به دو گروه کلی تقسيم مي شوند :
الگوريتم هاي غير وفقي :
تصميمات مسيريابي خود را بر اندازه گيري يا تخمين توپولوژي و ترافيك فعلي بنا نمي نهند ، درعوض براي انتخاب يك مسير مورد استفاده ، از قبل محاسبه و هنگامي كه شبكه راه اندازي شد به شبكه بار مي شود .
الگوريتم هاي وفقي :
الگوريتم وفقي تصميمات مسيريابي خود را بر اساس تغييرات در توپولوژي و ترافيك تغيير مي دهد .
زمستان 93

14. اصل بهينگي
آن اصل بيان مي كند كه اگر مسيرياب J از مسيرياب I به مسيرياب Kدر مسير بهينه اي قرارگيرد آنگاه مسير بهينه اي از J به K نيز درهمان مسير قرارمي گيرد .
نتيجه اي كه از اين اصل دريافت مي شود اين است كه ما مي توانيم ببينيم كه مجموعه اي از مسيرهاي بهينه از تمام منابع به يك مقصد معين، به شكل درختي مي باشد كه ريشه آن ، گره مقصد است. چنين درختي را sink tree مي ناميم .
زمستان 93
(a) یک زیر شبکه (b) درخت sink tree برای مسیریاب B

15. الگوريتم هاي مسيريابي مسيريابي كوتاهترين مسير مسيريابي سيل‌آسا
مسيريابي بردار فاصله(DV)
مسيريابي حالت پيوند(LS)
مسيريابي سلسله مراتبي
زمستان 93

16. 1) مسيريابي كوتاهترين مسير
براي انتخاب مسيري بين دو مسير ياب معين، الگوريتم فقط كوتاهترين مسير بين آن ها را در گراف مشخص مي كند.
زمستان 93

17. 2) الگوريتم سيل‌آسا
در آن هر بسته ورودي بر روي خطوط خروجي بجز خطي كه عمل دريافت از آن طريق صورت گرفته فرستاده مي شود.
مزيت انتخاب كوتاهترين مسير(كمترين تاخير) به عنوان الگو براي مقايسه
عيب ترافيك بالا (بسته هاي تكراري زياد)
راهكارهاي جلوگيري از ترافيك زياد :
قرار دادن شمارنده پرش در سرآيند هر بسته
life time
نگهداري اطلاعات هر بسته توسط مسيرياب
زمستان 93

18. 3) الگوريتم مسيريابي بردار فاصله (DV)
نحوه عملكرد بدين ترتيب است كه باعث مي شود هر مسيرياب جدولي را كه نشان دهنده بهترين فاصله به هر مقصد و خطي كه براي رسيدن به آنجا نياز است را به همراه داشته باشد . اين جداول ، با تبادل اطلاعات با جداول همجوارشان نوسازي مي شوند.
زمستان 93

19. مشكل بينهايت گرائي(count-to-infinity problem):
زمستان 93

20. 4) مسيريابي حالت پيوند (LS)
ايده مسيريابي حالت پيوند در پنج بخش بيان مي شود . هر مسيرياب بايد :
1- همسايه هايش را تشخيص داده و آدرس هاي شبكه آن ها را بداند.
2- تأخير يا هزينه تا همسايه هايش را اندازه گيري كند.
3- ايجاد بسته اي كه گوياي تمام اطلاعات بدست آمده باشد.
4- اين بسته ها را به تمام مسيرياب ها ارسال نمايد.
5- كوتاهترين مسير به هر مسيرياب ديگر را محاسبه كند.
زمستان 93

21. الف) كسب اطلاعات همسايه ها :
- ارسال و دريافت بسته HELLO
- نام (آدرس) همسایه ها باید سراسری و منحصر به فرد باشد .
ب) اندازه گيري هزينه خط :
- ارسال و دريافت بسته ECHO
- در نظر گرفتن میزان بار در تاخیر به همراه پهنای باند خط تغییرنوسانی جداول مسیریابی
- جلوگیری از تغییرنوسانی جداول مسیریابی فقط دخیل کردن پهنای باند
توزیع بار بین خطوط علاوه بر در نظر گرفتن پهنای باند
عدم استفاده مناسب از مسیر بهینه
زمستان 93

22. ج) ساخت بسته هاي حالت پيوند :
(a) A subnet (b) The link state packets for this subnet.
زمستان 93

23. د) توزيع بسته هاي حالت پيوند :
استفاده از الگوريتم سيل آسا
یک واحد افزایش شماره ترتیب بسته به ازای تولید هر بسته LS جدید.
هر مسیریاب آدرس مسیریاب مبدا و شماره ترتیب بسته دریافتی را ذخیره می کند. وقتی یک بسته دریافت شد ، تکراری نبودن آن بوسیله مسیریاب چک شده و سپس ارسال می شود.
مشکلات این الگوریتم :
1) صفر شدن شماره ترتیب در اثر چرخشی بودن آن استفاده از شماره ترتیب 32 بیتی
2) صفر شدن شماره ترتیب در اثر از کار افتادن یک مسیریاب و راه اندازی مجدد آن
3) خطادار شدن شماره ترتیب
راه حل کلی استفاده از طول عمر بسته (فیلد سن در بسته)
زمستان 93

24. The packet buffer for router B
اصلاح الگوریتم جهت افزایش قدرت :
استفاده از فضای انتظار (بافر) تشخیص بسته های تکراری
استفاده از بسته اعلام وصول (Ack) پیشگیری از بروز خطا
ه) محاسبه مسيرهاي جديد :
استفاده از الگوريتم دايكسترا
The packet buffer for router B
زمستان 93

25. 5) مسيريابي سلسله مراتبي
با استفاده از مسيريابي سلسله مراتبي مسيرياب ها به قسمت هايي تقسيم مي شوند
كه آن ها را منطقه (Region) مي ناميم .
هر مسيرياب تمام جزئيات منطقه خود را درباره اينكه چطور بسته ها به مقصد ارسال مي شود، مي داند ولي از ساختار داخلي ساير مناطق خبر ندارد.
مهمترین هدف مسیریابی سلسله مراتبی ، صرفه جوئی در حافظه مورد نیاز برای جداول در مسیریاب است.
صرفه جوئی در حافظه ، موجب افزایش طول برخی مسیرها یعنی عدم بهینگی کامل
مسیرها می شود مسیر بهینه از 1Aبه 5C از منطقه 2 می گذرد در حالیکه از منطقه 3 عبور کرده است.
برای یک زیرشبکه با N مسیریاب ، بهترین تعداد سطوح سلسله مراتب برابر با Ln(N) است و هر مسیریاب جمعا“ به e.Ln(N) درایه (Entry) نیاز خواهد داشت.
زمستان 93

26. مسیریابی سلسله مراتبی دو سطحی با پنج منطقه
زمستان 93

27. الگوريتم هاي كنترل ازدحام
1- الگوريتم سطل سوراخ دار
2- الگوريتم سطل نشانه
زمستان 93

28. 1) الگوريتم سطل سوراخ دار
الگوريتم سطل سوراخ دار الگوي خروجي ثابتي را با سرعت ميانگين و بدون توجه به ميزان ترافيك اجرا مي كند.
هر ميزبان بوسيله رابطي كه حاوي سطح سوراخ دار است (كه يك صف داخلي متناهي است) به شبكه متصل مي شود . اگر بسته اي به صف برسد ، و صف پر باشد آن بسته در نظر گرفته نمي شود.
زمستان 93

29. مثال براي حجم داده MB 1 ورودی سطل سوراخ دار خروجی سطل سوراخ دار
زمستان 93

30. 2) الگوريتم سطل نشانه
در اين الگوريتم ، سطل سوراخ دار ، نشانه ها را نگهداري مي كند . اين نشانه ها توسط يك ساعت با سرعت يك نشانه در هر Tثانیه ايجاد مي شود .
هر بسته اي كه مي خواهد منتقل شود يك نشانه را ذخيره و سپس از بين مي برد.
(a) Before (b) After.
زمستان 93

31. محاسبه مدت زمان لازم برای ارسال داده انفجاری : S = C/(M - ρ)
نرخ تولید نشانه حداکثر سرعت خروجی ظرفیت سطل نشانه
مشکل سطل نشانه :
این است که اجازه تولید و ارسال انفجارگونه بسته ها را می دهد .
استفاده از سطل سوراخ دار پس از سطل نشانه به طوری که نرخ خروجی آن از سطل نشانه بیشتر و از
حداکثر نرخ شبکه کمتر باشد .
راه حل
زمستان 93

32. لايه شبكه در اينترنت
زمستان 93

33. پروتكلIP داده نگاشت (دیتاگرام/ بسته) IP شامل 2 بخش مي باشد: 1- سرآيند
شامل يک بخش ثابت 20 بايتي و يک بخش اختياري با طول متغيير مي باشد.
2- متن
زمستان 93

34. فيلد هاي بخش سرآيند
Version : مشخص مي کند که بسته براساس چه نسخه اي از پروتکل IP سازماندهي
و ارسال شده است.
IHL : بدين منظور در سرآيند تعبيه شده تا با كلمات 32 بيتي طول سرآيند را مشخص نمايند .
Type of service : بين حالات مختلفي از service تمايز ايجاد مي كند .
Total Length : طول کل بسته را مشخص مي نمايد.
Identification : مشخص مي کند قطعه دريافتي به کدام ديتاگرام متعلق است.
DF : به مسيرياب دستور مي دهد كه بسته را قطعه بندي نكند.
MF : بيانگر قطعات بيشتر است . در تمام قطعات یک بسته به جزء آخري مقدار اين بيت یک است.
زمستان 93

35. Fragment Offset : مشخص مي كند كه قطعه در كجاي بسته قرار دارد.
Time to live : شمارنده اي است كه طول عمر بسته را محدود مي كند.
Protocol : تعيين مي كند كه بسته را به كدام فرآيند لایه انتقال تحويل دهد .
Header chechsum : اين جمع كنترلي براي تشخيص خطاهاي حاصل از كلمات حافظه در يك مسيرياب مفيد است .
Source/Destination Adress : شماره شبكه و شماره ميزبان را نشان مي دهد.
Options : اجازه مي دهد نسخه هاي بعدي پروتكل حاوي اطلاعاتي باشند كه در طراحي اوليه وجود ندارد.
زمستان 93

36. Optionsفيلد
Some of the IP options.
زمستان 93

37. آدرس هايIP
هر ميزبان و مسيرياب اينترنتي يك آدرس IP دارد كه شماره شبكه و شماره ميزبان خود را كدگذاري مي كند . اين تركيب منحصر به فرد است .
همه آدرس هاي IP به طول 32 بيت هستند و در فيلد آدرس مبدأ و آدرس مقصد بسته هاي IP به كار مي روند.
آدرس هاي IP در واقع به رابط شبكه اشاره دارد و نه به ميزبان ، بنابراين اگر يك ميزبان بخواهد بر روي دو شبكه باشد ، بايد دو آدرس IP داشته باشد .
زمستان 93

38. فرمت هاي آدرس IP
زمستان 93

39. آدرس هايIP ويژه
زمستان 93

40. زير شبكه ها
A campus network consisting of LANs for various departments.
زمستان 93

41. آدرس هاي زير شبكه A class B network subnetted into 64 subnets.
زمستان 93

42. ماسك زير شبكه
زمستان 93

43. زمستان 93