شبکه های کامپیوتریمقدمه: اول فصل

رامین رضوی: ارائه توسط

@konkurcomputer :کانال

www.konkurcomputer.ir

ramin_razavi@: یوزر تلگرام

به نام خدا

رفرنس‌ها

Andrew Tanenbaum. Computer Networks, Fifth Edition, Prentice

Hall

James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking - A Top-

Down Approach (6th Edition)

W. Stallings. Data and Computer Communications. Prentice Hall

D. Comer. Computer Networks and Internets. Prentice Hall.

W. Stevens. TCP/IP Illustrated: The Protocols, Vol 1. Addison-

Wesley.

J. Walrand. Communication Networks. Aksen Associates.

2

ریشه‌شبکه‌های‌دیتامخابراتیبکه هایششکل گیریببینیمباید استآمدهکجاازدیتاشبکه هایببینیمکهسوالاینبهپاسخبرای

بودهشکلچهبهکردپیدارشدتلفنارتباطاتمحوریتبامخابراتیشبکه هایتلفنسوئیچ هایازاستپیوسته ایبهممجموعه

و جنگ آمریکا و روسیه۶۰شروع جنگ سرد در دههDARPA(Defense advance research projects agency)

اط اش این سوال را مطرح کرد که آیا میشه شبکه ای داشت که نحوه برقراری ارتبcircuit switch (۶)نباشه؟

تالش هایی برای پاسخ به این سوال منجر به ایجاد ایدهARPANET در سالشد۶۰

Structure of the telephone

system

Baran’s proposed

distributed

switching system3

شبکه‌های‌دیتاایجاد‌1969دسامبردرآرپانتایجاد

December 1969 July 1970 March 1971

September 1972

کم کم نهادهای دیگری هم شبکه های خودشون و راه اندازی کردند

NSF(National science foundation) شببکه آکادمیببNSFNET را راه اندازی کرد و...

از اتصال این شبکه ها بهم اینترنت شکل گرفت

4

بررسی‌اینترنتکامپیوتریشبکه هایگفتنمیشهاینترنتبهدیگهکردهمتصلهمبهراوسیلهمیلیونصدهاکهاستشبکهی اینترنتافزارینرموافزاریسختاجزاازمجموعه ایاینترنتمی دهدسرویسکاربردیبرنامه هایبهکهاستزیرساختیاینترنت

◦Web, VoIP, email, games, e-commerce, social nets

می شونداجراانتهاییسیستم هایرویفقطاینترنتبرنامه های◦= hosts = end systemsdevices

هستندشبکهکاربردیبرنامه هایاجرایمحلومیزباناینهاچون:(میزبان)هاستمیگنچرامشتری:انددستهدوهاهاست(client)دهندهسرویسو(server)

smartphone

PC

server

wireless

laptop

wired

links

wireless

links

اتی و سیستم های انتهایی بوسیله لین های مخابر•روتر ها و سویئچ ها به همدیگر وصل میشوند

•fiber, copper, radio, satellite

خواص متفاوتی دارند لین های مخابراتی ••transmission rate واحد :bits/sec

میزان نویز•هزینه•

router

IP picture frame

Internet

refrigerator

5

تست

جزبههستندانتهاییسیستمیامیزبانزیرمواردهمهWeb)(گوگلهایدهندهسرویسمثل)وبهایدهندهسرویس1.

servers)

mail)الکتریکیپستهایدهندهسرویس2. servers)

روترها3.

اینترنتبهمتصلبازیکنسول4.

(WebTVs)اینترنتبهمتصلتلویزیون5.

.6PDA(Personal Digital Assistant)اینترنتبهمتصل

6

بررسی‌اینترنت

mobile network

global ISP

regional ISP

home

network

institutional

network

هم کالینت ها و هم سرویس دهنده ها بر روی هاست ها هستند و در •دارندلبه اینترنت قرار

به ( های دسترسیISPاغلب )هاISPهاست ها از طریق اتصال به •

اینترنت متصل میشوند

های دسترسی این است که سیستم های انتهایی و بهISPکار •

اینترنت وصل کنند

(۲)های دسترسی متفاوت استISPنحوه وصل شدن به •

•ADSL،WiFi،telephone modems(56kbps)

ها باید بهم وصل باشندISPخود ••ISPها سلسله مراتب دارندمعموال رده پایین ها از طریق رده باال ها بهم وصل میشوند•

7

Internet structure: network of networks

کنیم؟وصلبهمراموجوددسترسیISPمیلیون هاچگونه:سوال

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnetaccess

net

accessnet

8

Internet structure: network of networks

کنیموصلدیگردسترسیهایISPتمامبهمستقیمارادسترسیISPهر:ی حلراه

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnetaccess

net

accessnet

این طرح مقیاس پذیر نیست و تعداد استO(𝑁2)اتصاالت از مرتبه

9

Internet structure: network of networks

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnetaccess

net

accessnet

های دسترسی به این متصل شوندISPجهانی بسازیم و تمام ISPی : راه حل دو

global

ISP

10

Internet structure: network of networks

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnetaccess

net

accessnet

های ISPجهانی سودآوری بسازد، شرکتهای دیگر هم وارد این بازار می شوند و ISPاگر شرکتی بتواند ....مختص خود را می سازند جهانی

ISP B

ISP A

ISP C

IXP

IXP

peering link

Internet exchange point

ولی اینها هم باید به هم وصل شوند

11

Internet structure: network of networks

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnetaccess

net

accessnet

… and regional networks may arise to connect access nets to ISPS

ISP B

ISP A

ISP C

IXP

IXP

regional net

12

Internet structure: network of networks

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnet

accessnetaccess

net

accessnet

شبکه مستقل خودشون را هم ( Google, Microsoft, Akamai)شبکه های ارائه دهنده محتوا مثل دارند، در اینصورت می توانند کنترل بیشتری در ارائه سرویس به کاربران شان داشته باشند

ISP B

ISP A

ISP B

IXP

IXP

regional net

Content provider network

13

Internet structure: network of networks

A tier-1 ISP connects to all other tier-1 ISPs; a tier-2 ISP connects to only a

few of the tier-1 ISPs. Also, a tier-2 ISP is a customer of one or more tier-1.

“tier-1” commercial ISPs (Level 3, Sprint, AT&T, NTT),national &

international coverage

access

ISP

access

ISP

access

ISP

access

ISP

access

ISP

access

ISP

access

ISP

access

ISP

Regional ISP Regional ISP

IXPIXP

Tier 1 ISP Tier 1 ISP Google

IXP

نگاهی‌دقیق‌تر‌به‌ساختار‌شبکهشبکهلبه

clients:هاست ها◦ and serversدمی گوینشبکهلبهرادسترسیشبکه هایبعالوههستندبزرگسنترهایدیتادراغلبگردیسرورها◦

دسترسیشبکه هایEdge)شبکههستهمسیریاباولینبهراهاستی کهشبکه ای◦ router)متصل

(میکندقراربرراشبکهنقطهاولینتاکنندمصرفبینارتباطکهچیزهاییتمام)میکند◦wired, wirelessمودماز،استفادهvoice bandبرایDial up،Wimaxتلویزیون،کابللین هاوسوئیچ هاشبکه،کارت◦

شبکههستهشبکه هایهمهکهلین هاوهاسویئچوروترهاازمجموعه◦

می کنندمتصلبهمرادنیادردسترسیشبکهروترهایداخلیاتصال◦

coreدرمعموال:۳الیهسویئچو(مسیریاب)روتر• network

accessدرمعموال:(پیوندالیه)۲الیهسویئچ• network

Tokenسوئیچ،اترنت:دوالیهسوئیچچند• Ring

17

شبکه‌های‌دسترسی

سوئیچ ها، ،(لینک ها)آبیضخیمخطوطدسترسیشبکه هایانواعداخلیروتر های

هستندمعرفیآیندهدردسترسیشبکه هایانواع

می شوند

21

هسته‌شبکه

روترهای بهم پیوسته با توپولوژی مش

23

صورت‌در‌هسته‌شبکه‌انتقال‌می‌یابد۲دیتا‌به‌

درcircuit switchدرکهصورتیدرمی شودارسالوقفهبدونواستریمبصورتداده هاpacket

switchانتقالروشازروتر هاومی شودارسالبستهبستهبصورتداده هاstore and forward

می کننداستفاده

کامپیوتریشبکه هایpacket switchedارمی کنندارائهمتصلسرویسفقطشبکهالیهدرکهایمی گویندمجازیمدارشبکه های

کامپیوتریشبکه هایpacket switchedسرویسفقطشبکهالیهدرکهایconnection less

می گویندdatagramشبکه یرامی کنندارائه

اینترنت،مثلدیتاگرامcircuit switch(تلفن)مثلPSTN،VCsمثلATM،Frame Relay24

packet-switching

Datagram network Virtual circuit network

25

Virtual circuit network

Datagram network

26

Connection less or connection oriented service

Connection less:ومذاکرهانجامبهالزمsetupنیستاولیه ای

Connection oriented:مذاکرهی سرویسایجادازقبل...انتهابهتهاانسرویسانتقالالیهصورتیکهدرمی کندارائهمیزبانبهمیزبانسرویس هایشبکهالیه

می کندارائه

هستمتفاوتهمباشبکهالیهدرمتصلسرویسوانتقالالیهدرگرااتصالسرویسارائه

می شودپیاده سازیانتهاییسیستم هایدروشبکهلبهدرانتقالالیهگرایاتصالسرویس

فقطودارندشرکتاتصالآنطرفینانتهاییسیستمدوفقطانتقالالیهاتصالی برقراریدرچیزهیچشبکهمسیریاب هایومی کنندتعیینرااتصالپارامترهایکههستندانتهاییسیستم های

نمی دانندآندرباره

آگاه اندصالاتازهستندمقصدومبدامسیردرکهمسیریاب هاییتمامشبکهالیهاتصالی برقراریدرمی دارندنگهرااتصالازاطالعاتیو

27

packet-switching

پیامارسالبرایهاست هاmessageمی شکندبسته هابهراانتقالالیههایمقصدوبدامبینثابتیمدارومی شوندارسالدیگرروتربهروتری ازمقصدبهمبداازمسیررویبربسته ها

نداردوجودبروندمقصدسمتبهمتفاوتیمسیرهایازاستممکننشستی درمختلفبسته های◦

نیستبسته هاارسالترتیببهلزومامقصددربسته هارسیدنترتیب◦

نمی شودرزروبسته ایسوئیچینگدرریسورسیهیچ

می شودگذاشتهخطرویلین هرنرخباالترینمعادلنرخیبابستههر

L=بستهطول

R=حسببرارسالنرخbits/secلین ظرفیتیا(link capacity)لین باندپهناییا(link bandwidth)

داردبستگیکانالریتبیتحداکثرنتیجهدروباندپهنایبهانتقالتاخیر

store and forward:داردارسالاجازهبعدوکنددریافتکاملبطوررابستهکلبایدروترهردر:توجهcircuit switchارسال اشمقصدسمتبهجاهمانمی توانیممامی رسدروتربهکهبیتاولین

کنیمخروجیبافرهایدربندیصف تاخیرانتشار،تاخیرمثلدیگریتاخیرهایخطرویفریمارسالتاخیربرعالوه

داردوجود...وروتر ها

𝑇𝐹 =𝐿

𝑅

28

مثال

بینسالارنرخدارد،اگروجودبستهسوئیچی فقطگیرندهوفرستندهبینکنیدفرضروشازسوئیچوباشد𝑅2گیرندهوسوئیجبینارسالنرخو𝑅1سوئیچوفرستنده

Store and forwardبههبستی ارسالبرایکلانتهایبهانتهاتاخیرکنداستفادهکنیدنظرصرف زش.پرداوانتشارصف،تاخیرهایازاست؟چقدرLطول

=زماندر:پاسخ

𝐿

𝑅1𝑇1ارانشتاخیرچونومی رساندپایانبهراداده هایشارسالفرستنده

دریریابمسچونومی رسدمیانیسوئیچبهبستهنیزلحظههمیندرگرفتیمنظردرصفرراند،کشروعراگیرندهبهبستهارسالمی تواندلحظهایندرکردهدریافترابسته𝑇1لحظه

𝑇2=𝑇1داشتخواهیمبنابراین +𝐿

𝑅2=𝑇2:داشتخواهیمنهایتدرپس

𝐿

𝑅1+

𝐿

𝑅2

source𝑅1 bps

destination

L bits

𝑅2bps29

packet switchدر‌شبکه‌های‌بیتیLزمان‌الزم‌برای‌ارسال‌سه‌بسته‌

sourceR bps

destination123

L bitsper packet

R bps

1

0

ماز زمان تاخیر انتشار، صف و پردازش صرف نظر می کنی•

1

2𝐿𝑅

1

𝐿𝑅

2

𝐿𝑅

2

3𝐿𝑅

2

2𝐿𝑅

3

2𝐿𝑅

3

4𝐿𝑅

3

3𝐿𝑅

شماره بستهزمان

در این زمان هر سه بسته می رسند

30

مسیریاب‌(‌N-1)لینک‌یا‌Nارسال‌روی‌مسیری‌با‌زمان‌الزم‌برای‌

شبکه هایدربستهیکارسالانتهایبهانتهاتاخیرpacket switch:

شبکه هایدربستهیکارسالانتهایبهانتهاتاخیرcircuit switch:

ارسالانتهایبهانتهاتاخیرPدربستهpacket switch:

ازبعداولبسه𝑁𝐿

𝑅دومبستهمی رسد،

𝐿

𝑅سومبستهمی رسد،مقصدبهاولبستهازبعد

𝐿

𝑅ودومبستهازبعد

2𝐿

𝑅...ومی رسدمقصدبهاولبستهازبد

بستهبنابراینPام𝑃 − 1𝐿

𝑅می رسدمقصدبهاولبستهازبعد

ارسالانتهایبهانتهاتاخیرPدربستهcircuit switch:

𝑑𝑒𝑛𝑑−𝑡𝑜−𝑒𝑛𝑑 = 𝑁𝐿

𝑅

𝑁𝐿

𝑅+ 𝑃 − 1

𝐿

𝑅= 𝑁 + 𝑃 − 1

𝐿

𝑅

ماز زمان تاخیر انتشار، صف و پردازش صرف نظر می کنی

𝐿

𝑅

𝑃𝐿

𝑅31

تاخیر‌صف‌بندی‌و‌تلف‌شدن‌بسته‌ها

هر لین خروجی روتر ی بافر یا صف خروجی دارد(output buffer or output queue)ری باشد بسبته اگر سوئیچ بخواهد بسته ای را روی ی لین خروجی بفرستد ولی آن لین مشغول فرستادن بسته دیگ

(۱)تازه وارد شده باید برود در بافر خروجی آن لین تاخیر صف مقدار ثابت و مشخصی ندارد و تابع ازدحام شبکه است اگر بسته ها با توزیع پواسن با میانگینλ پواسبن ببا بسته در ثانیه وارد صف شوند و نرر سرروید داده رو تو یر

: باشد تاخیر صف μمیانگین 1

μ−λ البته در صورتی کهμ ب رگتر اλدباشد در غیر اینصورت سیستو ناپایدار و تاخیر صف بی نهایت می شو

را را دور اگر بافر خروجی پر باشد بسته ورودی جایی ندارد و سوئیچ مجبرور برا سیاسرت ایی مررداری ا بسرته بندا د

A

B

CR = 100 Mb/s

R = 1.5 Mb/sD

E

queue of packetswaiting for output link

32

Forwarding table and Routing protocols

ی روترهرForwarding tableداردصد،کارمقآدرسازبخشییاتمامازاستفادهباومی کندنگاهخودجدولدرروترمی رسد،روتربهکهبسته

می دهدانجامرامسیریابی

می شودپرمسیریابیپروتکل هایتوسطخودکاربصورتجداول

متمرکزغیریاباشدمتمرکز می تواندمسیریابیالگوریتم

routing algorithm

local forwarding table

header value output link

0100

0101

0111

1001

3

2

2

1

1

23

dest address in arriving

packet’s header33

circuit switching

قبل از تبادل دیتا با فازconnection setup اولیه مبداریثابت بین مبدا و مقصد ایجاد می شود

اولیه داریمبنابراین تاخیر

در تمامdeviceرو های میانی منابع به اندازه حداکثر نیاز رزمی شوند

ت در در اینجا چون منابع اختصاص می یابند کسی نیباز نیسبصف منتظر بماند

بافر روتر ها، پهنای باند، منابع پردازشی روترها◦

ه فرستنده می تواند داده های خود را با آهنگ تضمین شبده ببگیرنده ارسال کند

م داشتبسته ها به ترتیب به مقصد می رسند و تلفات نخواهی

در صورت عدم استفاده کاربرهدر رفتن ظرفیت

ز مدار تشکیل شده یعنی می تواند در آن واحد ا۴هر لین ازاتصال همزمان پشتیبانی کند۴

شدهعموما در شبکه های تلفنی سنتی استفاده می

34

مثال

لین هررویقبلصفحهمداریسوئیچشبکهدرکنیدفرضnهمزمانبطورمی تواندمدار(شوندپلکسمالتیFDMیاTDMبصورتمی توانندمداراتاینکه)باشدداشتهوجودباشد؟داشتهوجودمی تواندهمزماناتصالچندحداکثرلحظههردرشبکهایندر

4n:پاسخ

باشداسترسمتپایینسوئیچوچپسمتباالسوئیچبینارتباطاتهمهباالسوالدراگراست؟چقدرباشدداشتهوجودمی تواندکههمزمانیاتصاالتتعدادحداکثر

پایین ترینازاتصالnودهیمعبورراستگوشهسوئیچباالترینازاتصالnمی توانیم:پاسخداشتخواهیماتصال2nکلدربنابرایندهیم،عبورچپگوشهسوئیچ

35

Multiplexing in Circuit-Switched Networks

FDM

frequency

timeTDM

frequency

time

4 users

Example:

می توانیم انتقال بدهیمsloteتعداد بیت هایی که در ی ×تعداد فریم در واحد ثانیه : نرخ انتقال هر مدار 36

Packet switching versus circuit switching

روشpacket switchظرفیت خطوط انتقال بهتر استدر اشتراک گذاشتن

بنبابراین ( نامیب دی)سوئیچینگ بسته ای منابع را رزرو نمی کند و پهنای باند لین مخابراتی را بر حسب تقاضای کاربران به آنها تخصیص می دهبد ◦

بسته ای عدم اتالف پهنای باند خواهد بودمزیت های سوئیچینگ یکی از

پیاده سازی روشpacket switch ساده تر و کم هزینه تر است

packet switch تاخیر اولیهsetupکردن را ندارد

تعداد کاربران مجاز با استفاده از سوئیچینگ بسته بیش از سه برابر سوئیچینگ مدار هست

Packet switch بدلیل تاخیر انتها به انتها متغیر و غیرقابل پیش بینبی ببرای سبرویس هبایreal time ای نظیبر

تماس های تلفنی و ویدیو کنفرانس مفید نیست

◦Packet switch دارایJitterاست.

ال گبارانتی شبکه سوئیچینگ مداری می تواند مقدار مشخصی از پهنای باند انتها به انتها را برای مدت زمان برقراری اتص

ذردهی برخی از پارامترهای کیفیت سرویس نظیر حداکثر تاخیر، حداکثر تلفات بسته، و گب packet switchکند ولی

.را تضمین تمی کند

یکی دیگر از مزیت های شبکه سوئیچ بسته ای عدم نگهداری اطالعات وضعیت در سوئیچ های میانی است37

packet switching allows more users to use network!

1 Mb/s link

هر یوزردرصد زمان فعال هست۱۰◦

◦100 kb/sهنگام فعال بودن

Nusers

1 Mbps link

packet switching

یوزر داشته باشیم۳۵اگر م کاربر فعال داشته باشبی ۱۰اگر کمتر مساوی

د و بسته ها بدون تاخیر از لین عبور مبی کننب تبباخیر صببفی وجببود نخواهببد داششببت، مثببل

circuit switch

تا کاربر بطور همزمبان بخواهنبد عمبل ۱۱اگر 1.1انتقال و انجام بدهند پهنای باند مورد نیباز

Mbpsخواهد بود که از پهنای باند در دسترسود و لین به اشتراک گذاشته شده فراتر مبی ر

در نتیجه تاخیر صف به وجود می آید نفبر ۱۰احتمال اینکه در ی لحظبه ببیش از

هست۰.۰۰۰۴فعال باشند صف خروجی روتر : کاربر همزمان ۱۰بیشتر از

شروع به زیاد شدن می کند

circuit-switching

100بطور دائم برای هر یوزر Kbsکنار بگذاریم۱۰یوزر همزمان می توانیم در کل داشته باشیم

38

مثال1لین ی درکاربر۳۵کنیدفرضMbpsبهمشغولاتصالزماندرصد۱۰درکاربرهر.شری اند

100نرخباپیوستهطوربهلحظاتایندرواستدادهارسال Kbpsمطلوبمی پردازد، دادهارسالبهاستند؟کناستفادهلین اینازمی توانندکاربرچندهمزمانشوداستفادهمداریسوئیچینگازاگر(الفشد؟اهدخوتشکیلصفروترورودیدربعدبهکاربرچندازشوداستفادهبسته ایسوئیچینگازاگر(باست؟چقدرباشدفعالکاربر۱۱زمانازلحظهی درآنکهاحتمال(ج

.1۱۰،۱۰،3511

0.9 11 0.1 24

.2۱۱،۱۰،3510

0.1 11 0.9 24

.3۱۱،۱۰،3511

0.1 11 0.9 24

.4۱۰،۱۰،3511

0.1 11 0.9 24

نکتهمی بودند،مشترکلین درکاربرmسوالایندراگرکلیبطور

لحظهی درآنکهاحتمالباشد،pکاربرهرفعالیتاحتمالبطوریکهnبااستبرابرباشد،فعالکاربر:

𝑚

𝑛𝑝 𝑛 1 − 𝑝 𝑚−𝑛

دباشنارسالحالدرهمزمانبطوربیشتریانفرnآنکهاحتمالو

𝑖=𝑛

𝑚𝑚

𝑛𝑝 𝑛 1 − 𝑝 𝑚−𝑛

احتمال تشکیل صف در این سیستم

𝑖=11

3535

𝑖0.1 𝑖 0.9 35−𝑖

39

Packet switching allocates link use on demand.

1 Mb/s link

۱۰ یوزرفعالتا غیرفعال و یکی ۹◦

هر یوزر◦100 kb/sهنگام فعال بودنMbit 1ارسال فایل ◦

10users

1 Mbps link

circuit-switching

ی دهم ظرفیت کانال را در اختیار دارد۱۰ثانیه طول می کشد

packet switching

چون هیچ کاربری فعال نیسبت یبوزر فعبالکندمی تواند از تمام ظرفیت لین استفاده

۱ثانیه طول می کشد ثانیه۲: نفر فعال باشند ۲اگر ثانیه ۳: نفر فعال باشند ۳اگر

40

pachektانواع‌تاخیر‌در‌شبکه‌های‌ switch

گرهدرپردازشتاخیر(nodal processing delay)ثابت = dproc

بندیصفتاخیر(queuing delay)= dqueueمتغیر

انتقالتاخیر(transmission delay)= dtransثابت

انتشارتاخیر(propagation delay)= dpropثابت

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

A

B

propagation

transmission

nodal

processing Queueing(waiting for

transmission)

41

pachektانواع‌تاخیر‌در‌شبکه‌های‌ switch

dproc: nodal processing بستهسرآیند بررسیمشخص کردن لین خروجیبررسی خطاهای بیتtypically < msec

dqueue: queueing delayبرایخروجیصفدرانتظارزمان

ارسالبسته هاییتعدادبهواستمتغیر

وردمبستهازجلوترکهداردبستگیهستندصفدرنظر

(۱)dtrans: transmission delay(دادهبیروه)ارسالبرایال و ماه

جیخرولینکرویبستهبیت ایتماو

نوددوبیهفاصلهباارتباطی یچندارد

L: packet length (bits)

R: link bandwidth (bps)

dtrans = L/R

dprop: propagation delayازبیتی شدنمنتشربرایالزمزمان

لین ی انهایتاابتداسرعتبرابرلین هررویبیت هاحرکتسرعت

(۲)استلین آنرویالکترومغناطیسامواجانتشار

d: length of physical link

s: propagation speed in medium (2x108 m/sec to 3x108 m/sec )

dprop = d/s = D/V42

(end to end delay)تاخیر‌انتها‌به‌انتها‌یک‌بسته‌با‌در‌نظر‌گرفتن‌تاخیر‌صف

قصدمدرکهلحظه ایتابفرستیمرابستهمی گیریمتصمیمکهلحظه ایازمی شوددریافت

سوئیچتوسطبستهی هرپردازشتاخیرi(سورسدرو)بااستبرابرdproc𝑖

بااستبرابرلین هرانتشارسرعت𝑆𝑖نوددرصفتاخیرمتوسطiبااستبرابرdqueue𝑖

source

𝑅1 bps

destination

L bits

𝑅2bps

𝑑1 m 𝑑2 m

𝑆1𝑚

𝑠𝑆2

𝑚

𝑠

𝑑𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =

𝑖=1

𝑁𝐿

𝑅𝑖+

𝑖=1

𝑁𝑑𝑖𝑆𝑖+

𝑖=0

𝑁−1

dproc𝑖 +

𝑖=1

𝑁

dqueue𝑖

43

مثال2.5انتشارسرعتاگر× 108 𝑚𝑠۲برابردادهانتقالنرخو

دربایتی۱۰۰۰بستهی انتشارزمانمدتباشدثانیهبرمگابیتاست؟چقدرکیلومتری۲۵۰۰مسیری ثانیهمیلی۱۰(۴ثانیهمیلی۰.۵(۳ثانیهمیلی۰.۰۱( ۲ثانیهمیلی۴(۱

استصحیح۴گزینه:پاسخ

𝑇𝑝=

𝑑

𝑠= 2500×103

2.5×108= 10×10−3

لحظهازشدهگفتهبستهارسالزمانمدتکلباالسوالدر:سوالاست؟چقدرمقصددردریافتپایانلحظهتامبدادرارسالشروع

𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝐿

𝑅+

𝑑

𝑠= 1000×8

2×106+ 10 ms = 14 ms

44

(تصویری‌از‌تاخیر‌صف)مثالوقتیاست، شدههدایتروتریخروجیپورتبهبسته ای:مثال

بسته۱۰کهمی کندمشاهدهمی شودخروجیپورتآنصفوارد۵وبیتی۱۰۰۰بسته۳بیتی،7۵۰بسته۲دارد،قرارآنجلودرچقدرصفتاخیرباشد10kbsانتقالنرخاگربیتی،۲۰۰۰بستهاست؟

پاسخ:

Dqueue =𝐿1

𝑅+

𝐿2

𝑅+⋯+

𝐿10

𝑅=(2×750+3×1000+5×2000) 𝑏

10×103 𝑏/𝑠

45

مثالکامپیوترAصدای می خواهدReal timeکامپیوتربهبستهسوئیچشبکهی رویراB،بفرستدA

64دیجیتالبیتاستریمی بهراآنالوگصدای kbpsبصورترابیت هااینسپسومی کند،تبدیل2ارسالآهنگبالین ی BوAبین.می آورددربایتی۴۰۰بسته های Mbpsدارد،اگروجودپسBوارسالBبهراآنبستهی ایجادازبعدبالفاصلهAباشد،کیلومترB،۵۰۰وAبینفاصلهاولینAیکهزمانازمی نماید،تبدیلآنالوگسیگنالبهرابستهبیتهایبسته،ی کاملدریافتازآنالوگصدایبهرابیتایندوبارهBزمانیکهتامی کندتولیدآنالوگصدایازرادیجیتالبیت

×2.5رالین درانتشارسرعت)می کشد؟طولچقدرمی کندتبدیل 108𝑚

𝑠(بگیریدنظردر

:پاسخ

امراینکهشوندتولیدبایداولبستهبیت هایکلیهمقصدبهاولبیتارسالازقبل400×8 𝑏

64×103 𝑏𝑝𝑠= 50 ms

𝑇𝑓نیزامراینکهشودارسالبایدشدهایجادبستهسپس.می کشدطول =𝐿

𝑅𝐿𝑖𝑛𝑒=

400×8 𝑏

2×106𝑏𝑝𝑠= 1.6𝑚𝑠

𝑇𝑝بابودخواهدبرابرنیزانتشارتاخیرزمان.می کشدطول =𝐷

𝑆=

500×103𝑚

2.5×108𝑚

𝑠

= 2𝑚𝑠کلزمانبنابراین

۵۳.۶می شودکهعددسهاینمجموعبااستبرابر

46

تست انتهاییسیستمازکهبگیریدنظردررابایت۱۵۰۰طولبهبستهیAحرکتبهشروع

3ثابتانتقال هاینرخبالین ۳طریقازومی کند Mbpsتاخیرکهبستهسویئچدوو5سوئیچهرپردازش msنایانتشارسرعتمی رود،مقصدانتهاییسیستمسمتبهاست×2.5برابرومساویهمبالین سه 108

𝑚

𝑠،۵۰۰۰ترتیببهلین هاطولاگر.است

صرفصفتاخیراز)است؟چقدربستهانتهایبهانتهاتاخیرباشد،کیلومتر۴۰۰۰،۱۰۰۰(کنیدنظرثانیهمیلی۵۲(۴ثانیهمیلی۵۰(۳ثانیهمیلی۵۲(۲ثانیهمیلی۶۲(۱

دریافتمحضبهونکنداستفادههدایتوذخیرهروشازبستهسویئچباالتستدراگر:سوالاست؟چقدرانتهابهانتهاتاخیرکندارسالراآنهابستهی بیت های

3دیگراینجادر:پاسخ𝐿

𝑅𝐿فقطوداشتنخواهیم

𝑅داریم

47

سوال

کدامازکه کند میتعیینسپسومی کنددریافترابستهی بسته،سوئیچی کنیدفرضد،می رسخروجیپورتاینبهبستهاینوقتیشود،خارجمقصدسمتبهخروجیپورتخروجیپورتاینطورهمینودارد،وجودارسالصفدرآنازجلوتربسته۴کهمی بیندارسالنرخوباشندبایتی۱۵۰۰بسته هاهمهاگراست،دیگربستهی ارسالوسطدر

2خروجیلین Mbpsبود؟خواهدچقدربستهاینبرایصفتاخیرباشددرمگابیت۲نرخبالین توسطبایت۶7۵۰تاکندصبربایدابتدامی رسدکهبسته ای:پاسخکندپیداانتقالثانیه

وباشیدRسووئیچخروجیلین ارسالنرخوباشندبیتیLبسته هاهمهاگرکلیبطور:نکته

Xوباشدشدهمخابرهفعلیارسالحالدربستهازبیتnصفتاخیرباشدصفدردیگربسته

𝑁𝐿:بااستبرابرصفبهشدهواردبستهآخرینبرای + 𝐿 − 𝑋

𝑅

6750×8 𝑏𝑖𝑡

2×106𝑏𝑖𝑡

𝑠

= 27 𝑚𝑠

48

سوال‌مهمکنیدفرضNسالاررابسته ایهیچآندرکهمی شوندلینکیواردهمزمانبطوربسته

ارسالآهنگوبایتLبستههرطول.نداردارسالصفدرهمبسته ایهیچونمی کنداست؟چقدربستهNاینصفتاخیرمیانگیناست،Rسوئیچخروجیلین

ارسالیبستهدومینبرایو۰ارسالیبستهاولینارسالبرایتاخیر:پاسخ𝐿

𝑅برایو

Nارسالیبستهامین(N-1)𝐿

𝑅:بااستبرابرتاخیرمیانگینبنابراین

Average deley = 𝐿

𝑅+2𝐿

𝑅+⋯+ 𝑁−1

𝐿

𝑅

𝑁=𝑁−1

2×

𝐿

𝑅

Lاگر فرض کنیم در هر :سوال 𝑁

𝑅بسته وارد این لین می شود میانگین تاخیر Nثانیه

صف ی بسته چقدر است؟

Nبسته Nهر : پاسخ𝐿

𝑅تایی Nطول می کشد تا ارسال شود، بنابراین وقتیکه ی دسته د بودجدیدی از راه می رسد بافر خالی است، بنابراین میانگین برابر با عدد باالیی خواه

49

Queueing delay

هرجایی که ما ی سرویس دهنبده و یکسبری سبرویس گیرنبده هبایییرند ی داریم که باید در انتظار باشند تا از سرویس دهنده سرویس بگ

صف خواهیم داشت

مشخصببه بصببورت ۳یبب صببف تنهببا ببباA/S/C معرفببی مببی شببود(Kendall's notation)

.1A : ورود فریم ها به صف( نرخ و زمان)نوع

.2S : سرویس دادن سرور به فریم ها( نرخ و زمان)نوع

.3C :تعداد سرورهای موازی

زیردر تحلیل صف یکی از مدلهای ساده و رایج مدلی است با فرضهای

ن حافظه ترافیکی که دارد وارد صف می شود ترافیکی است که در آن نرخ ورود داده ها دارای توضیع تصادفی و بدو1.

یه ماه بیه وارد شده فریو ای مختلف دارای تو ی نمایی با میانگ)فریو در ثانیه λپواسن با میانگین 1

λ

1ثانیه است،یعنی هر

λ(ثانیه ی فریم وارد صف خواهد شد

(۱)فریو در ثانیه باشدμنرخ سرویس دادن سرورمان به فریم ها دارای توزیع پواسن با میانگین 2.

ی سرور داشته باشیم3. چنین صفی راM/M/150(۲)می گویند

Queueing delay

برابرصفدرانتظارزمانمیانگینصفیچنیندر:

μا ب رگترباید میشهλمروربهومی شود یادکو کوصفطولنباشداینگونهاگر:باشد

می کندمیلبی نهایتسمتبه ماه

اگرمی گویندبعضیμا ب رگتر میشهλنمی شودتشکیلصفاست

ستاتصادفیفریو ابهدادهسروید ماه مینطوروصفبهفریو اورود ماهچوه:استاشتباهاما◦

۱۵ ودادهسرویدنر وشودصفواردساعتدرفریو۱۰میانگیهبطوراستقرارکنیدفرض◦

چی یبعدیدقیره۵۹مثالوشوندوارداولدقیرهدرمی توانند مهفریو۱۰اماباشدساعتدرفریو

می شودتشکیلصفاینصورتدرنشودوارد

1

μ−λ

اگر فرض کنیم که طول صف خیلی بزرگ است•

•λ

μ~ میانگین تاخیر صف تقریبا صفر است،بسته ها با ی صف خالی مواجه می شوند: 0

•λ

μ> زیاد می شودlossصف بزرگ و بزرگتر می شود تاخیر صف به سمت بی نهایت میل می کند،: 1

•λ

μ< 51استλبزرگتر از μدر اینصورت : 1

شدت‌ترافیکبه

λ

μ:می دهندنشانIباراآنوگویندترافی شدت

راثانیهواحددربستهی ارسالزمانهمانیابستهی بهدادنسرویسزماناگربنابراینید،می آبدستکنیمارسالثانیهواحددرمی توانیمکهبسته ایتعدادکنیممعکوس

I=λ

μ

I=𝑎

μ=

𝑎𝑅

𝐿

=𝑎𝐿

𝑅

μ =1

𝑇𝑓=1

𝐿𝑅

=𝑅

𝐿راسکتابدرaهمانλ،می شودترافی شدتبنابرایناست

داشتخواهیمآوریمبدستترافی شدتاساسبرراصفتاخیرمیانگینبخواهیماگرحال:

𝑇𝑞𝑢𝑒𝑢𝑒 =1

μ − λ=

1

𝑅𝐿− 𝑎

×𝐿

𝑅𝐿𝑅

1 −𝐿𝑅𝑎=𝐿

𝑅×

1

1 − I

52

Littleفرمول‌

لین بهبسته هاورودنرخمیانگینaباشدثانیهدربستهبرابربستههرکلتاخیرمیانگینd(انتقالتاخیربعالوهصفتاخیر)باشدN:فعلیارسالحالدربسته یبعالوهصفبافردرموجودبسته هایتعداد

𝑁 = 𝑎 × 𝑑

واستبسته8حاویمیانگینبطورآنبافرکهبگیریدنظردرراصفی:سوالتلفاتاینکهفرضبامی باشد،ثانیهمیلی۲۰بستههربرایکلتاخیرمیانگینورودنرخمیانگینشودگرفتهنظردرناحدودبافریعنیباشدنداشتهوجودبستهاست؟چقدرصفاینبهبسته ها𝑁: پاسخ = 𝑎 × 𝑑 → 8 = 𝑎 × 20 × 10−3𝑠 → 𝑎 = 400

53

Throughput

استانتهابهانتهاگذردهیکامپیوتریشبکه هایدرکاراییارزیابیمعیارهایازدیگریکی

Throughput(گذردهی):ثانیه/بیتبرحسبگیرندهوفرستندهبین هابیتانتقالنرخ◦Instantaneous Throughput(لحظه ایگذردهی):زمانازلحظهی درگیرندهتوسطدادهدریافتنرخ

◦Average Throughput(میانگینگذردهی):طوالنیزمانمدتی دردادهدریافتنرخ

:بااستبرابرمیانگینگذردهیآنگاهبکشد،طولثانیهTدادهبیتFانتقالاگر•

می زنندتقریبفرضدوباراگذردهیباشدنداشتهوجودشبکهدردیگریترافی مشتریبهسرورازارسالیترافی جزبه◦

باشدداشتهوجودشبکهدرنیزدیگریکنندهتداخلترافی هایمشتریبهسرورازارسالیترافی جزبه◦

𝐹

𝑇

server, withfile of F bits

to send to client

link capacityRs bits/sec

link capacityRc bits/sec

server sends bits (fluid) into pipe

pipe that can carryfluid at rateRs bits/sec)

pipe that can carryfluid at rateRc bits/sec)54

Throughput

Rs

< Rc :در این حالت میانگین گذردهی انتها به انتهاbps𝑅𝑠است

Rs bits/sec Rc bits/sec

Rs > Rc :در این حالت میانگین گذردهی انتها به انتهاbps𝑅𝑐است

for this simple two-link network the throughput is min{Rc, Rs}, that is,

it is the transmission rate of the bottleneck link.

bottleneck link

Rs bits/sec Rc bits/sec

زمان تقریبی انتقال فایلی با اندازه یF بیت از سرویس دهنده به مشتری معادل𝐅

min{Rc, Rs}است

55

Throughput

transmission rates of the N links

being R1, R2,..., RN

throughput for a file transfer from

server to client is min{R1, R2,...,

RN}

which is once again the

transmission rate of the

bottleneck link along the path

between server and client

The server is connected to the

network with an access link of

rate Rs

client is connected to the

network with an access link of

rate Rc

suppose that all the links in the

core of the communication

network have very high

transmission rates

Also suppose that the only bits

being sent in the entire network

are those from the server to the

client.

throughput = min{Rs, Rc}

Therefore the constraining

factor for throughput in today’s

Internet is typically the access

network.

example motivated by today’s Internet.

56

Throughput

generally the throughput depends not

only on the transmission rates of the

links along the path, but also on the

intervening traffic

10 simultaneous downloads taking

place, involving 10 client-server pairs

Suppose that these 10 downloads are

the only traffic in the network at the

current time.

If R, is larger than both Rs and Rc

throughput for each download:

min{Rs, Rc}

per-connection end-to-end throughput:

min(Rc,R

s,R/10)

in practice: Rc

or Rs

is often bottleneck

10 connections (fairly) share backbone

bottleneck link R bits/sec

Rs

Rs

Rs

Rc

Rc

Rc

R

57

مثال

میزبانبستهسوئیچشبکهی درA8فایلی می خواهد MbمیزبانبرایراB

=𝑅1ارسالآهنگ هایبالین سهازBبهAمسیراگرکند،ارسال 3 Mbpsو𝑅2= 2 Mbpsو𝑅3= 5 Mbpsترافی هیچاینکهفرضباباشد،شدهتشکیل

چقدرBمیزبانبهفایلانتقالزمانباشدنداشتهوجودشبکهاینرویدیگریاست؟

ثانیه۴ازبیشتر1)ثانیه۴ازکمتر2)ثانیه۳۲ازبیشتر3)ثانیه۳۲ازکمتر4)

.یممیگیرنظردرصفرراآنهانکردهصحبتیتاخیر هابقیهمورددروقتی:پاسخ

𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =𝐿

𝑅~

𝐋

min{Rc, Rs}= 8×106×8

2×106= 32s

58

مثالکنیدفرضزیر،شکلبهتوجهباMآنهابینلینکیهیچوداردوجوددهندهسرویسومشتریبینمسیر

𝑅1ارسالآهنگ هایبالین NازامKمسیرکنیدفرضحال،تنیسمشترک𝑘تا𝑅𝑁

𝑘اگر.استشدهتشکیلبکنداستفادهبتواندمسیری ازفقطخودمشتریبهدادهارسالبرایدهندهسرویس ی

چیست؟یابددستآنبهمی توانددهندهسرویساینکهگذردهی حداکثر(الف

گذردهیحداکثرکند،استفادهمسیرMتمامیازبتواندخودمشتریبهدادهارسالبرایسرویسی اگر(باست؟چقدریابددستآنبهمی توانددهندهسرویساینکه

59

می کندارائهدهندهسرویسبهراگذردهیبیشترینمسیرMاینازی کدامببینیمباید(الفپاسخ

max 𝑚𝑖𝑛 𝑅11, 𝑅2

1, … , 𝑅𝑁1 , 𝑚𝑖𝑛 𝑅1

2, 𝑅22, … , 𝑅𝑁

2 , … ,𝑚𝑖𝑛 𝑅1𝑀, 𝑅2

𝑀, … , 𝑅𝑁𝑀

کنیمجمعهمبابایدرامسیرهاتمامیگذردهی(بپاسخ

𝐾=1

𝑀

𝑚𝑖𝑛 𝑅1𝐾 , 𝑅2

𝐾 , … , 𝑅𝑁𝐾

یراحتمال‌خراب‌شدن‌یا‌نشدن‌بسته‌در‌مسشاملمسیری درn متوالیلینلین هردرشدنمفقوداحتمال:P

باشدلین هادیگرازمستقللین هربرایاحتمالاین

1 − 𝑝 𝑛 :ندهاحتمال دریافت موفقیت آمیز بسته توسط گیر

:احتمال مفقود شدن بسته در طول را=احتمال مفقود شدن در طول مسیر کل − بستهسالم رسیدن احتمال → 1 − 1 − 𝑝 𝑛

آنارهدوبدهندهسرویسشودمفقودمشترییهرسیدنمسیردربستهیکاگربرسدمشتریبهموفقیتبابستهیکآنکهبرایمی کند،ارسالرا

شود هر بسته بطور میانگین چند بار توسط سرویس دهنده ارسال می1

1 − 𝑝 𝑛

1ی شود هر بسته بطور میانگین چند بار توسط سرویس دهنده ارسال مجدد م

1 − 𝑝 𝑛− 1

60

ک‌لینکحاصلضرب‌پهنای‌باند‌در‌تاخیر‌انتشار‌ی

R ×dprop

اشدبلین رویمی تواندلحظههردرکهبیت هاییتعدادحداکثر:بااستبرابر

61

width of a bit =length of link

bandwidth−delay product=𝑆

𝑅

min(bandwidth delay product, packet size)

: بر حسب متر(پهنای هر بیت)عرض ی بیت

سوال

میزباندوکنیدفرضAوBیکدیگرازکیلومتر۲۰۰۰۰کهودشده انوصلهمدیگربهمستقیملین ی بادارندفاصله=sلین اینرویانتشارسرعت 2.5 × 108

𝑚

𝑠ازایبهاست،

شد؟خواهدبرابرلین طولبابیتی پهنایRازمقدارچه

62

𝑆

𝑅= 20000𝑘𝑚 → 𝑅 =

2.5 × 108𝑚𝑠

20000 × 103= 12.5𝑏𝑝𝑠

سوال

میزباندوکنیدفرضAوBفاصلهیکدیگرازکیلومتر۲۰۰۰۰که=Rمستقیملین ی بادارند 2𝑀𝑏𝑝𝑠وشده اندوصلهمدیگربه=sلین اینرویانتشارسرعت 2.5 × 108

𝑚

𝑠ی مبدااست،

مقصدسمتبهبیتی۴۰۰۰۰بسته۲۰بصورترابیتی8۰۰۰۰۰فایلی گرداندمبرتصدیقی بستههردریافتبرایگیرندهمی کند،ارسالtransmission)ارسالزمانازکه time)کرد،پوشیچشممی توانآن

رابعدیبستهبسته،هرتصدیقگرفتنازقبلنمی تواندفرستندهمی کشد؟طولچقدرفایلاینارسالشرایطاینباکند،ارسال

63

20 × (𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 + 2 𝑡𝑝𝑟𝑜𝑝 )= 20 ×40000

2×106+ 2 ×

20000×103𝑚

2.5×108𝑚

𝑠

= 3600𝑚𝑠

سوال

وداردقرارمتریمیلیون۳۶ارتفاعدرکهماهوارهی بینکنیدفرض10مایکروویولین ی آنزمینیایستگاه Mbpsماهوارهاین.داردوجودزمینیایستگاهبهومی گیرددیجیتالعکسی دقیقههردر

2.4راانتشارسرعت.می فرستد × 108𝑚

𝑠اندازهاگر.بگیریدنظردرلین اینتاباشدچقدرxمقدارحداقلکنیم، فرضxراعکسهر

کند؟ارسالپیوستهبطورمایکروویوبهومی گیرددیجیتالعکسی دقیقه،هردرماهوارهچون:پاسخپیوستهبطورمایکروویولین بخواهیماگرومی فرستد،زمینیایستگاهیقهدقی معادلحجمیحداقلعکسبایدبنابراینباشد،ارسالمشغولباشدداشتهارسال

64

𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑎𝑡𝑒 × 𝑠𝑒𝑛𝑑 𝑡𝑖𝑚𝑒 = 10 × 106 × 60 = 6 × 108 = 600 𝑀𝑏𝑖𝑡

(message segmentation)قطعه‌سازی‌پیامشبکهویرومی کندتقسیمکوچکترپیام هایبهراکاربردالیهبزرگ پیام هایمبدامیزبان

ندمی کبازسازیرااصلیپیام بسته هااینچسباندنبهمبانیزگیرندهمی فرستد،مزایا

(بعدیمثال)می کندپیداکاهشسازیقطعهباانتهابهانتهاتاخیر◦

ارسالارقطعههماندوبارهمابشود،خراباگرقطعاتازکدامهرمی کنیم،تقسیمقطعهیکسریبهوقتی◦کنیمارسالراقطعهکلنیستالزمومی کنیم

کنارفضاهمهبرایبتوانندکهباشندبزرگبسیاربایدمیانیروترهایبافرنشوندقطعهقطعهبسته هااگر◦نیستپذیرامکاناینکهبگذارد

وشندبکصفعظیمبسته هایاینپشتمی شوندمجبورکوچکتربسته هایباشد،بزرگبسته هااگر◦می برندرنجناعادالنه ایتاخیرازبنابراین

معایب.شوددادهقرارمقصددرترتیببهبایدبسته◦

تمامایبرمعموالبستههرهدراندازهکهآنجاازواست،کوچ بستهزیادیتعدادپیامقطعه سازینتیجه◦می یابدافزایشهدربایت هایمجموعمقداراست،یکسانآنهااندازهازفارقبسته ها

65

مثال

8طولبهپیامیمی خواهیمزیربستهسوئیچشبکهدرکنیدفرض × مبداازرابیت1062لین هاهمهوبفرستیم،مقصدبه 𝑀𝑏𝑝𝑠،بهمبداازپیاماینانتقالکلزمانهستند

(بگیریدنادیدهراپردازشوانتشار،صفتاخیرهای)است؟چقدرمقصد

66 source destination

8× 108 bits

2 𝑀bps 2 𝑀bps2 𝑀bps

3 ×𝐿

𝑅= 3 ×

8 × 106

2 𝑀𝑏𝑝𝑠= 12 𝑠𝑒𝑐

شده،شکستهبیتی۱۰۰۰۰بسته،8۰۰بهشبکهدرارسالبرایپیاماینکنیدفرضحالگردد؟ارسالگیرندهبهفرستندهازفایلتامی کشدطولچقدرحال

5𝑚 𝑠𝑒𝑐 × 3 ℎ𝑜𝑝𝑠 + 799 × 5 𝑚 𝑠𝑒𝑐 = 4.01 𝑠𝑒𝑐

تست‌مهم

فایلی می خواهیمکنیدفرضFمیزبانازرابیتیAمیزبانبهBارسالازدحامدارایلین هاوداردوجوددواینبینلین ۳کنیدفرضکنیم،وجودصفتاخیرکهمعناستاینبهاین=هستندuncongested)نیستند8۰بستههربهوکردهتقسیمبیتیSتکه هایبهرافایلAمیزبان(ندارد𝐿بصورتبستههرفرمبنابراینمی نماید،اضافهسرباربیت = 80 + 𝑆Rانتقالنرخدارایلین هر.است bpsمقدار.استSکهبیابیدطوریرا(دکنینظرصرفانتشارتاخیراز)باشدحداقلBبهAازفایلانتقالتاخیر

۱)40 𝐹۲)2 10𝐹۳)20𝐹۴)20𝐹

67

حل‌تستبااستبرابربستههرانتقالتاخیر:

68

𝐿

𝑅=80 + 𝑠

𝑅

80: فایلتاخیر کل ارسال + 𝑠

𝑅× 3 +

𝐹

𝑆− 1 ×

80 + 𝑠

𝑅=80 + 𝑠

𝑅×

𝐹

𝑆+ 2

حسببرکلتاخیرازsدارمقتامی دهیمقرارصفربرابررامشتقاینومی کیریممشتقs

آوریمبدسترامی شودحداقلBبهAازفایلانتقالتاخیرآنازایبهکهای

𝑑

𝑑𝑠

80 + 𝑠

𝑅

𝐹

𝑆+ 2 = 0

𝐹

𝑆+ 2

𝑑

𝑑𝑠

80 + 𝑠

𝑅+

80 + 𝑠

𝑅

𝑑

𝑑𝑠

𝐹

𝑆+ 2

𝐹

𝑆+ 2 ×

1

𝑅+

80 + 𝑠

𝑅×−𝐹

𝑆2→ 𝑠 = 40𝐹 = 2 10𝐹

Network Operation Principles

می گیردصورتپیچیدهبسیارمحیطی درهمبانودهاتعاملکامپیوتریشبکه هایدرمی شودپیاده سازیشدنترموثروساده ترباعثپیچیدهوبزرگسیستمی کردنپیمانه ایالیه ایمعماریمزایای

یداخلیسرویس هایپیاده سازینحوهکردنعوضپیاده سازی،درانعطافراحت تر،سازی،مدیریتپیادهشدنساده تر◦سیستم حت تر،راعیب یابیدیگر،الیهی باالیهی کردنجابجاشود،ایجادسیستمکلدرتغییریهیچآنکهبدونالیه

افزایشم،کنیاضافهبهشتخصصیوجدیدویژگی هایمی توانیمکنیمتعریفخوبراالیههراگرمی شود،پذیرمقیاس(کمترهخطاشبنویسنالیهاونمتخصص هایوالیههروقتیReliablityافزایش)اطمینانقابلیت

هدرهااینتغییروپردازشزمانطورهمینومفیدغیردیتایلحاظاز:داردسربار:الیه ایمعماریمعایببندیمتقسیالیه هاازمجموعه ایبهمفهومینگاهی درراپروتکل هامناسبساختاریایجادمنظوربهشبکهدر

می کننداستدوهرازترکیبییاافزارینرمافزاری،سختبصورتالیهی پیاده سازیمی دهدخودشازپایین ترالیهدستبهراپیام اشالیههرولیاستمقصددرآننظیرالیهالیههرمخاطبمی گیردپایین ترشالیهازراسرویسومی دهدارائهباالترشالیهبهراسرویسیالیههرآننظیرهالیوالیهی بیناستچیزیواستکارشونانجامبرایهممتناظرالیهدوگفتگویمجموعهپروتکل

پایینی اشالیهوالیهی بیناستچیزیسرویسوگیرندهدربدونمکنیجایگزین اشرادیگریوکنیمعوضکالراالیهی می توانیمکنیمتعریفخوبراسرویس هااگر

بیادوجودبهشبکهدراختاللیاینکه69

84تست‌سراسری‌

شبکه هایالیه ایمدلمورددرزیرعبارت هایازی کداماست؟صحیحکامپیوتری

کاهشطراحیپیچیدگیمی شودبیشترالیه هاتعدادهرچه1.می یابد

یابدمیکاهشسیستمسربارمی شودبیشترالیه هاتعدادهرچه2.

رپیچیده تتغییراتاعمالمی شودبیشترالیه هاتعدادهرچه3.می شود

ی شودمپیچیده ترپیاده سازیمی شودبیشترالیه هاتعدادهرچه4.

70

88تست‌سراسری‌وتریکامپیشبکه هایپیاده سازیبرایالیه ایمدلازاستفادهدالیل

می باشد؟کدامساده ترپیاده سازی1.آسان ترنگهداریساده تر،پیاده سازی2.کمترهزینهباتغییراتاعمالآسان تر،نگهداریساده تر،پیاده سازی3.کمترسربارکمتر،هزینهباتغییراتاعمالآسان تر،نگهداریساده تر،پیاده سازی4.

شتربیزمانیسربارهمومکانیسربارهمالیه هاتعدادافزایشبا:پاسخرابیشتریهدرهایمیانینودهایتمامچونزمانیسربارمی شود،کار یومی کننداضافهو(می کنندپردازش)می کنندبررسیمی کنند،می شودانجامزیادیبارتعداداضافی

71

ارتباط‌بین‌الیه‌ها

Interface :واسط بین ی الیه و الیه پایینی اش، می تواند سخت افزاری یا نرم افزاری باشد

تعریف خوبinterfaceسرویس باعث میشه که عوض شدن ی الیه باعث نشود که الیه پایینی نتواندرد مناسبی به این الیه بدهد یا الیه باالیی این الیه نتواند سرویس مناسبی از این الیه بگی

72

ارتباط‌بین‌الیه‌ها

SAP:باالیی اشیهالبهمی خواهدپایینالیهوقتی.گرفتنسرویسبرایپایینیالیهبهباالییالیهاتصالمحلمی گیردصورتSAPتعدادیطریقازیاالیه هابینinterfaceطریقازبدهدسرویس

IDU:استبخشدوشاملکهمی دهدقرارپایین ترالیهاختیاردرباالترالیهکهاطالعاتیکل:

.1ICI : اال بخشی از اطالعاتی که الیه ببیه الیه پایین اش می دهد مصرف اشنی در الیه پایینی اسبت، الیبه پبایی

برای دادن سرویس مناسب به الیبه ببباالیی اطالعبباتی را از الیببه ببباالیی

خودش طلب می کند

.2SDU : هدری بهش اضبافه میشبه وای ICIامکبان دارد SDUهدر بعالوه

ی اش بهش اضافه شود و به الیه پایینداده شود

73

Network Operation Principles

ن کار با دو الیه نظیر برای انجام درست وظایف خودشون باید بین هم اطالعاتی را رد و بدل کنند، که ای(۱)اضافه کردن هدر ها و تریلر انجام می شود

چیزهای اضافه شده را اصطالحاoverheadاون الیه می گویند

تولید کنندهprotocol overhead ها فرستنده و مصرف کننبدهprotocol overhead طبرف هباگیرنده در همان الیه هستند

در مببببدل الیببببه ای بببببدلیل •protocol overheadها

با افزایش تعبداد الیبه هبا سبربار م زمانی و مکانی بیشتری خبواهی

داشت

ته بسته ای در الیبه ای شکسب اگر •شببود، هببدر آن الیببه بببه تمببام قطعه های شکسبته شبده متصبل

می شود74

راندمان‌و‌سربار‌پشته‌پروتکل

راندمانیابهره وری(Utilization)اباستبرابرپروتکلپشته:

Utilization =

داده قسمتمفیدداده کل

Overheahیا سربار پشته پروتکل:

protocol overhead =

بسته تریلرهای و هدرهاداده کل

بدستمقادیرخواستندراسرباردرصدیاوریبهرهدرصداگر.کنیدضربدرصد۱۰۰درراباالدرآمده

75

84تست‌سراسری‌دارایایالیهمدلاگرnالیههروباشدالیهhسرآیندبیت(header)8۰یبهره وربهرسیدنبرایکند،اضافهدریافتیبستهبه%

است؟چقدرhوnحسببرداده هابستهطولحداقل۱)8nh۲)6nh۳)4nh۴)2nh

:پاسخیدنگیرنظردرراآننمی زندحرفیتریلرازسوالی دروقتی:۱نکتهویدمی گسوالوقتیولینداردهدرفیزیکالالیهکهمی دانیمما:۲نکته

nدرهدرهمفیزیکالالیهبرایدارد،هدری الیههرکههستالیهتامی گیریمنظر

=بهره وریمفید=کل

80

100

𝑘

𝑘+𝑛ℎ =

80

100 10k = 8k + 8nh 2k = 8nh k=4nh

76

86تست‌سراسری‌سال‌درسرآیندبایت۲۰وانتقالالیهدرهدربایت۲۴انتقال،الیهبایتی۱۰۰۰هایپیامارسالبرای

واحدهربهداده هاپیوندالیهدر(Trailer)دنبالهبایت۴وسرآیندبایتبایت۲۲وشبکهالیهانتقالبهرهباشد،بایت۲۵۰دادهپیوندالیهدرفریمطولمحدودیتاگر.می شوداضافهدادهبود؟خواهدچقدر

(17۴.۱%۲)8۵.۲%۳)87.۱%۴)8۹.۹%دادهوندپیالیهدرمااینکه.دادهپیوندالیهیانتورکالیهیابشکنیمانتقالالیهدرما:پاسخ

می کنداعمالرامحدودیتالیههمینکهنیستمعنااینبهداریممحدودیتاینردفریمدادهبنابرایناست، تریلروهدرشاملفریمواستباید۲۵۰فریمطولمحدودیتگفتهیعنیایناست،بایت۲۵۰فریمدردادهطولمحدودیتمیگفتاگرباشد،بایت۲۲۴می تواندحالت.استبایت۲7۶یعنی۲۵۰+۲۲+۴فریمطول۲۲۴ازرگتربزبسته هاینمی تواندکههستشبکهالیهونمی کندقطعهقطعهرابستهلین دیتانبایدانتقالالیهبنابرایناست، بایت۲۰شبکهالیهخودهدر.بدهددادهپیوندالیهبهرابایت

انتقالبنابرایناستبایت۲۴انتقالالیهخودهدرحالبدهد،شبکهالیهبه۲۰۴ازبزرگترسگمنت.(هدراحتساببدون)بگذاردسگمنت اشدرونتا۱8۰ازبیشتردیتاینبایدمی گیردصورتانتقالالیهدرشدنقطعهقطعهکهمی کنیمفکرداریممااالن

77

بسته تعداد =1000

180= 6 راندمان = 1000

1000+6× 24+20+22+4× 100% = 71%

حل‌با‌فرضیات‌دیگرکندقطغهقطعهشبکهالیهاگر

می دهدشبکهالیهبهراتایی۱۰۲۴سایزبابستهانتقالالیه

78

بسته تعداد =1024

204= 6 راندمان = 1000

1000+24+6× 20+22+4× 100% = 77%

کندقطعهقطعهرابستهدادهپیوندالیهاگر

بسته تعداد =1044

224= 5 راندمان = 1000

1000+24+20+5× 22+4× 100% = 85%

source

application

transport

network

link

physical

Ht

Hn

M

segment Ht

datagram

destination

application

transport

network

link

physical

network

link

physical

link

physical

Ht

Hl

Hn

M

Ht

Hn

Hl

M trailer

router

switch

message M

Ht

M

Hn

frame

Ht MH

n

Ht MH

n

Ht MH

n

Ht M

M

Ht

Hn

MtrailerHt MH

nH

l

Encapsulation

1-79

TCP/IP Reference Model(Internet protocol stack)

Application:دارندقراراینجادرشبکهکاربردیبرنامه های◦

,FTP:استمتعددیپروتکل هایشاملالیهاین◦ SMTP, HTTP,DNS

endرویالیهاینپروتکل های◦ systemمی شوندتوزیعها

message:بسته هانام◦

application

transport

network

link

physical

Transport:◦process-process data transfer

◦End-to-end communication

می توانند این کار را انجام دهندUDPو TCPهر ی از دو پروتکل انتقال ◦

segment: نام بسته ها ◦

TCP: transmission control protocol

Reliable

Connection-oriented

Flow control

Congestion control

Sequencing

Fragments byte stream into IP messages

UDP : user datagram protocol

Unreliable

Connectionless

No sequencing

No flow control

No Congestion control

80

Network Layer

main goal : routing

Packet forwarding (moving network-layer packets from one host to another)

Packets travel independently to the destination

Possible out-of-order delivery(1)

Connectionless

Congestion control

IP(Internet Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol)

Packets name : datagram

Addressing

Protocol matching

81

TCP/IP Reference Model(Internet protocol stack)

routes a datagram through a series of routers between the source and destination

some link-layer protocols provide reliable delivery(Reliable transmission)

Flow control

Error control

Broadcast networks: channel sharing ( medium access control=MAC)

Examples of link layer protocols include Ethernet,WiFi,DOCSIS,802.111,PPP

Packet name : frames

Link Layer

Physical Layer

physical layer move the individual bits within the frame from one node to the next

Channel characteristics (Electrical) (1)

Timing, Multiplexing, sampling, Quantization, Modulation, Coding, Connector

The protocols in this layer are again link dependent and further depend on the actual

transmission medium of the link(2)82

OSI Reference Model

اینناموشوندسازماندهیالیه7درکامپیوتریشبکه هایکهکردپیشنهادISOموسسهمیالدی7۰دههدر•OSIرامدل (Open Systems Interconnection)گذاشت

application

presentation

session

transport

network

link

physical

Presentation layer

در ابتدا فرمت واژگان کامپیوترها خیلی با هبم متفباوت ببوده و هبدفاستاندارد کردن نحوه بیان و نمایش داده ارسالی و دریافتی است

نداجازه میده به برنامه ها تا مفهوم داده های مبادله شده را تفسیر کن

Compression and Decompression

Encryption/Decryption

Session layer

سرویس هایی برای همرمانی مبادله داده فراهم می کند

synchronization after crash

build a checkpointing

recovery scheme

اگرTcp/IPاین دو الیه را ندارد یعنی نیازی نیست به سرویسهای اینها؟

اگر این سرویس ها نیاز باشد باید درapplicationپیاده بشود83

Comparing OSI and TCP/IP

OSI

◦ Top-down design

◦ Transport layer supports only connection-

oriented service

◦ Network layer supports both connectionless

and connection-oriented communication

◦ The concepts clearly distinguishes(Services,

Interfaces, Protocols)

TCP / IP

◦ Bottom-up design

◦ grew out of practice

◦ Transport layer supports both connectionless

and connection-oriented communication

◦ Network layer supports only connection-

oriented service

84

87تست‌سراسری‌

دادهپیوندالیهوظایفجزوگزینهکدام(Data Link)نیست؟یفشرده ساز1)ارسالخطایتشخیص2)گیرندهوفرستندهسازیهمزمان3)دادهدریافتوارسالکنترل4)

:پاسخمدلدرفشرده سازیOSIالیهوظایفجزpresentationمدلدرواستTCP/IP

.استApplicationالیهوظایفجزلین ی سردورویخطاتشخیصمی گفتکهبودایندقیق تردوگزینهدرالیهدهعهبهبیتسطحدرسازیهمزمانباشند،سنکرونهمبابایدگیرندهوفرستنده

.استsessionعهدهبهکالنسطحدرودیتالین عهدهبهفریمسطحدروفیزیکال

85

Model course

We will follow a hybrid, 5-layer model in this course

Data Link Layer includes Multiple Access Control (MAC)

functionalities

86

رسانه‌های‌فیزیکیمی شوندتقسیمدسته۲بهفیزیکیرسانه های

guided)پذیرهدایترسانه های1. media)

unguided)پذیرغیرهدایترسانه های2. media)

guided media:حرکتجامدرسانهی امتداددرامواج..ومحورهمکابلنوری،فیبرمسی،سیممثلمی کنند

unguided media:زمینماورایفضاییااتمسفردرامواجماهوارهکانال هاییابی سیمLANمانندمی شوندمنتشر

87

Twisted pair(TP : )زوج سیم مسی بهم تابیده شده

خابراتیمفیزیکیمحیطمصرفترینپرومهمترین،ارزانتریناستزمینکرهروی

8شده اندبافتهدیگهبهمدوبهدوکهرشتهتامجاورسیم هایالکتریکیتداخلکاهشبرایتابیدگیاین

تادباشیکساندوهررویبرهم شنواییونویزاثرتاهستباشدصفرآنهارویبرنویزاثرپتانسیلاختالف

88

Twisted pair

RJ-45کانکتور نر و ماده

االن در سطحLAN همه جا ازTPاستفاده میکنیم

کانکتوری که در اینجا استفاده میکنیمRJ-45 هسبتهست( سوکت تلفن)RJ-11که خیلی شبیه کانکتور

ون تفاوت اینها در ضخامتش•و نحوه بهبم پیچیبدن زوج

سیم هاشون هستول تابش بیشتر در واحد ط•

ش افت کمتر توان و افزای= نرخ انتقال

MHz 2فرکانس تا •

89

Twisted pair

bridge tapبدون

bridge tapبا پاسخ فرکانسی سیم مسی

افزایش افت توان= افزایش فرکانس

شیب خط و افت توان با طول سیم تناسب دارد

bridge tap :هر سیم مسی که ی سرش در مرکز مخابرات است، طرف مصرف کننده چندتا سر بزارند

استفاده ازBTشانس استفاده از سیم مسی را افزایش می دهد

4در Khz اول نمودار آبی و سبز با هم فرقی ندارند برای همینBTبرای ویس مشکلی ایجاد نمی کند

BT برای سرویس هایی که عرض باند زیادی ازTPالزم دارند مشکل ایجاد میکنند

91

Coaxial cableکابل‌هم‌محور‌

برای منتقل کردن دیتا این خیلی بهتر ازTP هست ولیگران تر و کلفت تر است

کاهش تضعیف، نویز و هم شنوایی بدلیل ساختارشکمپانی های تلویزیون کابلی برای دادن سرویس

تفاده تلویزیون و سرویس اینترنبت کبابلی از ایبن کاببل اسب میکنند

داشتن ی دستگاه گیرنده بنامSet-top box

92

Coaxial cable

Shielding بهتری نسبت بهTPدارد پهنای باند باالتر نسبت بهTP در نتیجه کابل های مدرنcoax 1پهنای باندشون به GHzهم می رسد 800برای کاربرد توزیع سیگنال ویدیویی تا طیف باالی GHzهم استفاده میشود می شود از این بعنوان یب رسبانه هبدایت پبذیر مشبترک(guided shared medium )

استفاده کرد

93

تا ی کابل ۲۰۰۰تا ۵۰۰برای هرcoax

ت به هر در پخش سیگنال تلویزیونی الزم نیسکسی ی کابل بدهید

ازFeederصورت تا منازل سیگنال تلویزیونی بمیشهfeedآنالوگ

سر اینپشت Feederها شبکه ای است مبتنیبر فیبرنوری

ر چون در این سیستم از کابل هم محبور و فیببHFC(hybridنببوری اسببتفاده شببده بببه آن

fiber coax )می گویند

پهنای باندHFCودبین کاربران تقسیم می ش

روی کانالdownstream تمام بسبته هبا ازارسبال head endی سبورس واحبد بنبام

مببی شببوند بنببابراین هببیچ تببداخلی در کانببال Downstream94وجود ندارد

Power Lines

PLC : ن ببی ارسال سیگنال آنالوگ روی سیم هبای ببرقبرق به منظور کارهای کنترلیمراکز پست های

نتقال داده سیستم انتقال برق محیط فیزیکی خوبی برای انیست برای همین آن چنان موفق نشد

دش در شبکه برق وسیله ای است بنام ترانس که ببرق را از خبو ◦عبور می دهد اما دیتا را از خودش عبور نمی دهد

برق هم مثلcable TV ی محیط مشترک بین همبهاست

95

Power Lines

سیستم برق برای جابجا کردن دیتا دو تا بازار بزرگ داردبزرگISPتبدیل شدن به ی 1.اتصال همه وسبیله هبای درون یب )درست کردن ی شبکه داخل خانه2.

(خانه با استفاده از پریزهای برق

96

Optical Fiber

شودواردرکمتشکستضریببامحیطبهبیشترشکستضریببامحیطازنورپرتوی اگر

(α1)استتابشزاویهازبیشتر(β1)می آیدوجودبهکمترشکستضریببامحیطدرکهزاویه ای

زاویه تابش از ی حدی بیشتر شبود نبور دچبار انعکباس اگر •ببر کلی میشود یعنی پرتبوی تابیبده شبده کبامال ببه محبیط

می گرددlossاز ویژگی های بازتاب کلی این است کبه انعکباس ببدون •

استهبا اگر دو سطح موازی باشد این اتفاق تبا رسبیدن نبور ببه انت •

تکرار می شود

97

Optical Fiber

می شودتشکیلقسمتسهازنوریانتقالسیستمحوزهازودیتاکهباشیمداشتهایdeviceبایدفرستندهطرفدر:فرستندهطرفنوریمنبع1.

E/Oکندتبدیل اشنورحوزهبهالکتریکال

•LEDوSLD(semi conductor laser diode)

O/Eمی کندتولیدالکتریکیجریانبهشنوربرخوردباکهگیرندهطرفدرنوریسازآشکار2.

ترانزیستوفتویادیودفتو•

نوریفیبر3.

هستیکطرفهماارتباطاتنوریفیبردردریافتبرایرشتهی وارسالبرایرشتهی ◦

98

Optical Fiber

فیبرنوریانواع(Multimode Stepped index)چند حالته با ضریب شکست پله ای1.(Multimode Graded Index)چند حالته با ضریب شکست تدریجی2.(Single Mode or Monomode)ت حالته 3.

مبرای فرستادن ی تعداد زیادی اشعه می فرستی

اشعه ها همزمان به مقصد نمی رسند در نتیجبه پبالسباری در ورودی در خروجی پهن مبی شبود بنبابراین

نرخ ارسال از ی حد نمی تواند بیشتر شود

درMSI ضریب شکست مغزی و غالف بصورت آنبیو ببه عوض میشود در نتیجه پرتو نور کامال می شکند

مغزی بر می گردد

درMGI ضببریب شکسببت بصببورت تببدریجی کببمصورت می شود در اینصورت نور یکدفعه برنمیگردد و ب

سینسوسی بر می گردد

درSM تند به جای اینکه نور بفرستند لیزر مبی فرسباسبت ببه ( LD)بنابراین فرستنده الزاما دیود لیبزری )

بنابراین همه پرتوها با هم می رسند(LEDجای 99

Optical Fiber

استمتفاوتهمباپوششوهستهشکستضریب

پروفایل افت فیبر نوری•ضی از کاری کرده اند که افت بسیار کمی تو بع•

النداها داشته باشدنانومتر افت فیبرنوری در حدود ۱۵۵۰در •

0.2 DBدر کیلومتر است

100

مزایای‌فیبر‌نوری

خیلی افت اش کم استهای کمی الزم استrepeaterدر نتیجه در فواصل طوالنی تعداد ◦

تداخل(interference )الکترومغناطیسی نه درست میکنه و ازش تاثیر می پذیردجنس اش شیشه است در نتیجه خوردگی ندارد(سیلیکون)وزن پایین و مواد اولیه فراوان

فیبر نوری و در کنار هم قرار می دهندcoreاالن چند صد ◦

Tapکردن فیبر نوری خیلی سخت استمیشکنیمش و مبدا و مقصد حتما متوجه این امر می شوند◦

خیلی زیباد چند مبدا می توانند روی ی فیبر دیتا بفرستند چون فیبر نوری ظرفیت اشمی گویندWDM(wave length division multiplexing)است به این کار

Gbps 10تا الندا که هر النبدا micro band ،۳۲۰ 1.55االن فیبرهایی هستند که در عرض باند ◦

هست ارسال می کنند

عمر طوالنی و مقاومت در برابر دما و رطوبت101

Wireless transmission

امواج الکترومغناطیس می توانند در فضا و خال منتشر شوند

3امواج الکترومغناطیس صرف نظر از فرکانس آنها در خال با سرعت ثابت نور x 108m/secحرکت می کنند

سرعت این امواج در سیم مسی یا فیبر نوری به حدودc2

3کاهش می یابد

رابطه بینλ وf وV :

فرا ا ناحیه ای رادیویی،ماکرویو،مادوه قرم و مرئی ایه طیف می تواه با مدوالسیوه دامنره،فرکاند و

برای انترال اطالعات استفاده کرد

بیبت اطالعبات 8بیت و در فرکانسهای باال تا ۳تا ۲می توان در فرکانس های پایین به ازای هر هرتز از پهنای باندمنتقل کرد

750بنابراین ی کابل کواکسیال با پهنای باند MHz می تواند در هر ثانیبه تبا چنبدین گیگبا بایبت اطالعباتمنتقل کند

V = λ x f

102

Wireless transmission

اندازی کنیدمهمترین ویژگی اش این است که الزم نیست بین مبدا و مقصد ی کانال فیزیکی نصب و راه سیمیگاهی اوقات ایجاد ی سرویس با استفاده از مخابرات بیسیم ارزان تر است تا ایجاد آن با مخابرات حوزه ارتباطات بیسیم بازه های مختلف فرکانسی را برای کاربردهای مختلف اش استفاده کرده

فرکببانس هببای ببباالتر ازX-ray بببرای انسببانخطرنبباک هسببتند و از اجسببام شببفاف عبببور

سبت نمی کنند و تولید و مدوالسیون آنها مشکل ا اندحال کاربرد کاربرد مخابراتی نداشتهتا به و

۱۰۱۱تا فرکانسHzرا مخابرات رادیویی گویند

۱۰۱۳ را مخابرات نوری می گویند۱۰۱۵تا میزان داده قابل جابجا شبدن توسبط یب مبوج

گی الکترومغناطیس به عرض باند اون مبوج بسبت دارد

ری هرچه به سمت راست میریم عرض باند بیشبتوجود دارد

عببرض بانببدی کببه بببرای ارتببباط حببول و هببوش۱۰۱۴Hz وجببود دارد بببه مراتببب از کببل رنببج

مخابرات رادیویی بیشتر است

4.3x1014𝐻𝑧 7.5 x 1014𝐻𝑧

103

امواج‌رادیویی

هستندطرفههمه.۳دارندزیادیبرد.۲می شوندتولیدآسانیبه.۱:ویژگی ها(omni-directional)فرکانسهایدر.۴(نداردوجودیگدیگربهنسبتگیرندهوفرستندهموقعیتدقیقتنظیمبهنیازیبنابراین)

می کنندعبورموانعوساختمانهاازپایین

دروی کندمافتبسرعتفاصلهحسببرآنهاتوانولیمی کنندعبورموانعازبراحتیپایینفرکانس هایدریادیزجذبومی شوندمنعکسموانعبابرخورددرومی کنندعملمستقیمخطبصورتباالفرکانسهایدارندبارانقطراتتوسط

باندهایدررادیوییامواجLFوMFازبراحتیودارندبردکیلومتر۱۰۰۰می کنند،تبعیتزمینانحنایازاستکم شانباندپهنامشکلشونمی کنند،تنهاعبورساختمان هاوموانع

باندهایدرHFوVHFازبخشیولی می شوندزمینجذبهستندزمینسطحنزدی کهامواجازقسمتیمی گردندبرزمینطرفبهیونوسفربابرخوردازپسمی روندفضاسمتبهکهامواج

104

مخابرات‌مایکرویو

100فرکانسهایاز MHz10تا GHz

می شدندمحسوبدورراهمخابراتفقراتستونفیبرنوریاختراعازقبلتا

استشدهپرمایکرویوطیفدیگرکهیافته اندگسترشچنانتلویزیونوهمراهدور،تلفن هایراهمخابراتدر

ویژگی ها◦directionalهستند

شوندتنظیمدقتبهفرستندهوگیرندهتااستالزم1.

می شودنویزبهلسیگنانسبترفتنباالباعثبشقابیآنتنهایازاستفادهباباری پرتوی درموجانرژیتمامکردنمتمرکز2.

برسدحداقلبهفرستنده هاتداخلکهمی شودباعثپرتو هابودنباری 3.

کنندهکرارتمشخصفواصلدربنابراینشدخواهدامواجرسیدنازمانعزمینانحنایباشدزیادمقصدومبداایستگاهفاصلهاگر4.می گذارند

می شوندجزئیپراکندگیدچارمسیرطولدرفرستندهدرموجشدنمتمرکزبعلت5.

موانعازعبورعدم◦

4فرکانس هایاز◦ GHz(باراندرزیادتضعیف)می شودبارانقطراتجذبامواجانرژیباالبهاستجایگزینکانالهایازاستفادهوزدهبارانکانالهایقطع:مشکلاینحلراه•

105

Wireless transmission

ببه تداخل در سیستم های رادیویی مسئله مهمی است و از آنجا که هر کس پهنای باند بیشبتری مبی خواهبد دولتهبا مجببوردخالت هستند

اشدباید مکانیزمی برای کنترل اینکه چه فرکانسهایی توسط چه کاربرانی و برای چه کاربردهایی قابل استفاده ب

وجود نهادهای کنترل فرکانس در همه کشورها

یکی از وظایف اش کنترل فضای فرکانسی آن کشور است◦تابع سیاست آن کشور•تابع صنعت•

در ایران سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی◦

FCC(Federal communication commission)در آمریکا ◦

ISM(Industrial sciencteficباندهای )اکثر باندها را می فروشند و بعضی ها هم برای استفاده آزاد گذاشته اند◦ medical bands)(

کاربران برای بعضی از کاربردها نیازی نیست پولی پرداخت کنند◦کار می کندGHz 2.4یا بلوتوث در فرکانس وصل می شود یا تلفن بیسیمAPبه GHz 5.2یا 2.4لپ تاپ ما در فرکانس •

106

infraredفرو‌سرخ‌یا‌مادون‌قرمز‌یا‌امواج‌

دمی کنناستفادهقرمزمادونامواجازهمگیتصویریوصوتیوسایلودورراهازکنترلدستگاهای(پرینترهاازخیلیوماوس)

directionalهستندکوتاهبرد

موانعازعبورعدم

آسانساختنوارزان

داردباالتریایمنیواسترادیوییامواجازمشکلترقرمزمادونامواجسمعاستراق

نداردرسمیمقاماتازمجوزکسببهنیازیرادیوییامواجبرخالف

پورتبنامپورت هاییی قدیمیتاپ هایلبوموبایل هادرIrDA(Infrared Data Association)

کنندجابجادیتاهمبامی توانستندتاپ هالپوموبایل هاinfraredطریقازکهداشتوجود

نمی شونداستفادهمخابراتبرای

107

امواج‌نوریمتصل کردن دو شبکه در ساختمان های جداگانه با استفاده از فرستنده و گیرنده های لیزری◦پرتوهای لیزر ی طرفه و بسیار باری ◦

بنابراین هر ساختمان باید فرستنده و گیرنده لیزری جداگانه خود را داشته باشد•کیلومتری همبه 7خیلی سخت درونش تداخل پیش می آید و خیلی امن هست و مثل رادیو نیست که ی آنتن داشته باشیم و تا •

بشنوند

ازمان تنظبیم یعنبی سب )پهنای باند باال،هزینه پایین،نصب ساده نصبت به تجهیزات مایکرویو،عدم نیاز مجوز◦(مقررات قانون نگذاشته که در چه الندایی در فضای آزاد نیاز به مجوز هست

عدم عبور از موانع◦...عمکرد ضعیف در روزهای بارانی و مه آلود و ◦

هوا ی محیط همگبن نیسبت و در اثبر دمبا •چگالی اش کبم و زیباد مبی شبود و همچنبین ا شرایط اش با توجه به غبار و آالینده های هبو

متفاوت است ... و ذرات آب و

108

Communication Satellites

رادیوییانعکاسسیستمنوعیفلزیپوششبامخصوصبالنهاییازاستفادهباکردندسعیمیالدی۵۰دههدربودضعیفبسیاربرگشتیسیگنالامابسازند

احلیسپایگاهایوکشتی هابینتوانستومی کندمنعکسراامواجنیزماهشدمتوجهآمریکادریایینیروینمی کردتقویترابرگشتیسیگنالماهاماکندبرقرارارتباط

کرارتی خودشکلساده تریندروکنندتقویتراآنهاسیگنال هادادنبرگشتازقبلمی توانندهاماهوارهبارانآومی کندتقویتمی گیردراخاصیفرکانسباسیگنالکههستندآسماندربزرگمایکرویوکنندهنکندتداخلورودیسیگنالباتابرمی گرداندمتفاوتفرکانسی

بهزمیندوربهماهوارهگردشدورهداردبستگیزمینسطحازآنارتفاع

می شوندبندیتقسیمگروهسهبهدیدی درماهواره ها.1GEO (Geostationary Earth Orbit)

کیلومتر۳۵۸۰۰ارتفاعدرراماهوارهزمینیناظربنابراینمی گرددزمیندوربهساعت۲۴هر

فرستندهتوسطدادهدریافتوارسالعملیاتبنابراینمی بیندثابت

کنندtrackراماهوارهنیستالزمکهمی شودانجامگیرنده هاییو

.2MEO (Medium-Earth Orbit)

ساعت۶کیلومتر،هرهزار۲۰تا۵ارتفاعدر

می گردندزمیندوربه

.3LEO (Low-Earth Orbit):کیلومترهزار۵زیر

109نمی شودtrackثابتدیشباباال،چرخشسرعت

Communication Satellites

احتمببال تببداخل فرکانسببهای ارسببالی از مبباهواره بببافرکانسهای زمینی وجبود دارد ببرای همبین ارتبباط مبباهواره هببا بببا کببره زمببین تببوی بانببدهای فرکانسببی

اینهبا را مشبخص ITUمختلفی صورت می گیرد که کرده

برای جلوگیری از هرج و مرج در مدار زمین تخصیصانجام می شودITUمکانهای مداری توسط

تقل و ترانسپوندر دارد که هر کدام می توانند بصورت مستقل در باند فرکانسی مسب ۴۰ی ماهواره امروزی حدوددر جهت مختص خود ارسال کند

Footprint م یعنبی مبی تبوانی ( به قطبر چنبد صبد کیلبومتر )ماهواره های امروزی می تواند بسیار دقیق و کوچBeam شون و خیلیfine tuneکنیم

استاز ارتباطات نقطه به نقطه زمینی نقطه به نقطه بسیار بیشتر تاخیر ارتباطات ماهواره ایذاتا رسانه های پخشی هستندامنیت بسیار پایین، دیتاها باید رمزنگاری شوندهزینه ارسال پیام به فاصله فرستنده و گیرنده ربطی نداردنرخ خطای پایینی دارد 110زمان بهره برداری بسیار کوتاه

(Very Small Aperture Terminals) VSATs

باشد( متر۱۰به قطر )در ابتدای کار برای تبادل اطالعات با ماهواره الزم بوده دیش های آنتن خیلی بزرگ

متر و کمتر۱آمدن ترمینالهایی با قطر

با قرار دادن ترمینالهایی در نقاط مختلف بصورت زیر می توان ی شبکه ایجاد کرد

هم در این ساختار از دید ناظر زمینی مبدا و مقصد بمتصل است

اگببر خببود مبباهواره امکببان سببوئیچینگ و روتینببگداشته باشد نیازی به هاب زمینی نیست

یم تاخیر در این روش حدودا دو برابر ارتباط مسبتقاست ولی هزینه کمتری دارد

111

MEO (Medium-Earth Orbit)

بهنسبتپایین ترارتفاعبدلیلGEO ،FootprintبهنسبتنیزکمتریGEOدارندکمتردریافتوارسالبرایالزمتوان

می شوداستفادهمکان یابیوجاسوسیوعکاسیمقاصدبرایوندارندمخابراتیکاربردهای

سیستمGPS:۳۰ارسالحالدرمکررامی چرخندزمیندوربهکیلومتر۲۰۲۰۰فاصلهبامشخصمداریدرماهواره

هستندزمینبهسیگنالهایی

گیرندهاگرGPSبدبیاراخودشمکانمی تواندکنددریافتراسیگنالهااینماهوارهسهازبیشازایتبصوروارتفاعتونوعرضوطولمی توانیدبدانیدنقطه۴ازراخودتانفاصلهاگربعدی۳فضایی در

آوریدبدستدقیق

112

LEO (Low-Earth Orbit)

معرفی دو سیستم ماهواره ایLEOبرای سرویس صدا◦Iridium

◦Globalstar

Iridium :

موتوراال ایده موبایل ماهواره ای را داد، طوریکه مصرف کننده زمینی الزم به ۹۰در دههtrack نباشدماهواره ها ارائه سرویس های صدا، فکس، ناوبری و...

راه اندازی شدند۲۰۰۱ورشکسته شدند دوباره در ۹۹ماهواره ها پرتاب و در ۹7در سال

رله کردن اطالعات از مبدا به مقصد از طریق ماهواره ها صورت می گیرد

یعنی عمل سوئیچینگ و روتینگ بسته ها از مبدا به مقصد در شبکه ی

ماهواره ها صورت می گیرد

113

LEO (Low-Earth Orbit)

Globalstar

فاده می شودرقیب ایریدیوم بود ولی مکانیزم سوئیچینگ اش با آن فرق می کرد و از سوئیچینگ زمینی است

مدیریت اش از ایریدیوم راحتر است

Cost effectiveتر است چون سوئیچینگ الزم نیست در ماهواره ها پیاده سازی شود

ند ماهواره باالی سر فرستنده اطالعات را دریافت می کزمینبی ببه خبودش base stationو به نزدیکتبرین

رین ارسال می کند، حال در شبکه زمینبی تبا نزدیکیتب base station به گیرنده اطالعاتrout مبی شبود و

ود بعد به نزدیکترین ماهواره باالی مقصبد داده مبی شب که به مقصد تحویل بدهد

114

مقایسه‌ماهواره‌با‌فیبرنوری

دنباشاقتصادیکهمواقعیمگراستارتباطاتبرایغالبتکنولوژیفیبرزمینیارتباطاتدر

نیستکاربراناغلباختیاردراستماهواره هاازباالترخیلیکهفیبرباندپهنایمی رودکاربهتلفنشبکه هایکردنمتصلبرایودورراهمخابراتدراغلبفیبرنوریچون◦

(...وآسمانودریادر)ماهواره هادرسیارمخابراتداشتنامکان

(پخشیهمهمخابرات)کندتغذیهرازمینینودزیادیتعدادمی تواندارسالی درماهواره

استترصرفهبهمقرونماهواره ایمخابراتداریمسرزمینوجمعیتپراکندگیوقتی

استبهترماهواره ایسیستم هایراه اندازیونصبسرعت

استمناسب ترفیبرنوریهزینهنظراز

115

Telephone system

تاریخدرتلفنتحولسیر◦Fully interconnected network

◦Centralized switch

◦Switching hierarchy

امکان اینکه هر کس شبکه ی خصوصی خودش را تشکیل بدهد وجود نداردگیرندباید شرکت های خصوصی یا عمومی شبکه کلی برای استفاده همگانی درست کنند و در ازای خدمات از مردم پول ب◦

شبکهPSTN 4برای انتقال امواج صوتی آنالوگ به پهنای باند KHz ساخته شد

اجزای مهم سیستم تلفن◦Local loops

◦Switching centers

◦Trunks

116

Telephone system

باخانهازtwisted pairبهمی شیموصلslic/codecسوئیچمرکزسمتمی آیدهمومی رودصداهمسیمزوجاینروی◦

وظایفSLIC/CODEC

Battery supply to subscriber line

Overvoltage protection

Off/On hook detection

Ring Generation

Tone Detection

◦DTMF Decoder

Tone Generation

Hybrid

Compression/Decompression

Filtering and Amplification117

Telephone system

از سیگنال آنالوگی که از خانه ما به قسمتA/D 3.5می رسد که عرض باند اش حدودا KHz است اگر بابیت دارد نمونه برداری شود کیفیت خوبی بدست می آید8هزار سمپل در ثانیه که هر سمپل 8سرعت

ارسال اش می کنیمPCMداریم که به واسط kbps 64ی استریم دیجیتال با نرخ A/Dبنابراین بعد از ◦

به سیستم اضافه می شود که باعث می شبود نتبوانیم quantization noiseنویز و خطایی بنام D/Aو A/Dدر ◦برسیمkbps 64به نرخ ارسال

در صدا احتمال وجود نمونه های صدایی که ولتاز پایینی دارند باالتر است

بطور کلی و نه در اینجا برای کاهش خطای کوانتیزاسیون سه راه وجود داردکردنD/Aو A/Dکاهش تعداد دفعات ◦

افزایش تعداد بیت به ازای هر نمونه◦

◦Companding : عملببی اسببت کببه در آن ولتاژهببای ببباال را فشببره(compression ) و ولتازهببای پببایین را ببباز(expanding )می کننداین عمل باعث افزایش دقت در ولتاژهای پایین و کاهش دقت در ولتازهای باال می شود•

118

Telephone Modems

شدهایجادانسانهاصدایجابجاییبرایسوئیچشبکه

کمترباندضعریعنیباشدصداشبیهموجاونکهمحدودیتاینباانسانشبیهصداییجابجاییبراییا4از KHzباشدداشتهکنیماستفادهدیتاانتقالبرایظرفیتازمی خواهیمولیبزنیمدستشبکهاینبهنمی خواهیم◦

می کندیجاداانسانصدایفرکانسیباندومحدودهدرآنالوگیسیگنالومی گیرددیجیتالاستریمی

بهرودونقطهدرکهدیتاییحداکثرکهاستاینمودمسیستمدرسرعتکنندهمحدودعاملمهمترین64می شودواردسوئیچشبکه kbsاست

کنیمسازیفشردهبدهیمانتقالبخشبهاینکهازقبلرادیتامی توانبیشتردیتایارسالبرای

به علت محدودیت هبای کوانتیزاسبیونحد جابجا کردن اطالعات بین دو مودم

33 kbsاست اگر بهISPای وصل شویم که بصورت

وصل مستقیم با فیبر به مرکز مخابراتمرکببز سببوئیچ خببود اسببتریم )اسببت PCM را بهISPببه ( تحویل می دهدهم می رسیمkbs 56نرخ

119

ADSL

به مشترکان سرویس ارائه بدهیم که عالوه بر تلفن اینترنت پر سرعت هم داشته باشند

در سمت سوئیچSplitter قسمتlow pass سیگنال که مربوط به ویس می شود را بهCodec و قسمت باالتردر سمت خانه هم همین اتفاق می افتد. می دهدDSLAMرا به 8khzاز

حال سیگنال خارج شده از مودمADSL بهCodec 64و سبوئیچ نمبی رود بنبابراین عبرض بانبدش ببهkbs

محدود می شود TPمحدود نمی شود و به پهنای باند

120

ADSL

استاندارد غالبب:ADSL 2+m در جهبتup stream ،3.5Mbps و در جهبتdownstream ،24Mbps

Upstream 25kHz to 130 kbps providing up to 3.5 Mbps

Downstream 140 kHz to 1.1MHz providing up to 24 Mbps

خیلی تکنولوژی پیشرفته ای بکار می برند ◦

به علت خواصTPی شودنرخ دیتایی که مشترکین ارائه می شود هرچه از مرکز تلفن دورتر باشند کمتر م

121

FTTX

FTTX

.1FTTP/FTTH/FTTB (Fiber laid all the way to the premises/home/building)

.2FTTC/N (fiber laid to the cabinet/nod)

درFTTH یاFTTP ازISPتا خانه کال فیبر هست◦incredibly expensive

FTTC مخلوطی از ی کابل سیم مسی و فیبر نوری سنتی است

so copper is used

as an economical

substitute

122

FTTHمدلهای‌

فیبر مستقیم به خانه1.

دو معماری توزیع نوری رقیب وجود دارد: تقسیم فیبر در نزدی مقصد 2.AON(active optical network)توزیع نوری فعال1.

PON(passive optical network)توزیع نوری غیرفعال2.

اجزای معماریPON بکار رفته در سرویسFIOSشرکت ورایزون:◦ONT(optical network terminator)

◦OLT(optical line terminator) :تبدیل سیگنال نوری به الکتریکی و بالعکس

◦Splitter :فقط کار تقسیم و تجمیع نور را انجام می دهدمی شودبه تقسیم کننده نوری می رسد روی همه خط های خروجی اش پخش OLTهر بسته ای که از Downstremدر مسیر •می فرستدCOهمه نورهایی که به سمت اش می آید را با هم جمع می کند و مجموع اش را به سمت upstream ،splitterدر مسیر•

از ی طول موج دیگه در جهتupstream(۵)استفاده می شود

معماریPONبسیار محبوب شد و دو سرویس مختلف ارائه دادEthernet PONs (EPON)

Gigabit capable PONs (GPON)

123

WDM-PON

در مسیر تداخل در لین مشترک از جلوگیریupstream

با ی الندای متفاوت دیتاشون و بفرستند upstreamکدام از یوزر ها در مسیر هر ◦

124