پنجم فصلشبکه الیه

4-2

application

transportnetworkdata linkphysical

application

transportnetworkdata linkphysical

networkdata linkphysical network

data linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysical

networkdata linkphysicalnetwork

data linkphysical

هنگامي كه بخواهيم بينLAN هاي مختلف ارتباط برقرار كنيم وظايف اليه شبكه شروع مي شود.

هنگاميكه بسته هاي اطالعاتي روي شبكهWAN منتشر مي شود بايد مكانيزمي براي هدايت بسته ها از

مبدا به مقصد وجود داشته باشد تا ميان شبكه ها با توپولوژي ها و ساختارهاي مختلف بتوانند حركت كنند

گفته مي شود مسير يابيكه به اين عمل هدايت همان

اليه شبكه در اينترنت

سوئیچینگ مداری منابع موجود در یک برای تماس رزرو

میشوند.منابع

پهنای باند◦بافر سوئیچ◦

منابع به قسمت های کوچیکتر تقسیممی شوند و هر قسمت کوچکتر به یک

تماس اختصاص داده می شود.◦ TDM◦FDM

منابع اختصاص یافته حتی اگر استفادهنشود در اختیار دیگران قرار نمی گیرد.

.احتیاج به برقراری تماس وجود داردconnection oriented

سوئیچینگ بسته ایهر داده به بسته هایی تقسیم

میشود. هر بسته از تمامی پهنای باند

استفاده می کند. منابع در صورتی که نیاز باشند

مورد استفاده قرار می گیرند.استفاده بهینه از منابع

کانال تقسیمخاص تماس به اختصاص

منبع رزرو

.احتیاجی به برقراری تماس نمی باشد (Connectionless)

منابع به صورتon demand بر( اساس تقاضا( در اختیار کاربران قرار می

گیرند. امکان این وجود دارد که بعضی از پیغام

ها مجبور باشند برای استفاده از منابع (Delayمثل کانال مدتی صبر کنند. )

6

: آماری تسهیم ای بسته سوئیچینگ

. شود می استفاده ای بسته سوئیچینگ از اینترنت درچیست؟ سوال: امر این دلیل

A

B

C100 Mb/sEthernet

1.5 Mb/s

D E

statistical multiplexing

queue of packetswaiting for output

link

85مهر

IPآدرس آدرس جهاني و مشخص کننده ماشين به صورت يکتا و

فارغ از ساختار شبکه اي

((Routerمسيرياب

ماشيني با تعدادي ورودي و خروجي

دريافت بسته هاي اطالعاتي از ورودي و هدايت و انتخاب کانال خروجي مناسب بر

اساس آدرس مقصد

مسيرياب

85مهر

(Network اليه اينترنت )

خطوط ارتباطي با پهناي باند : ( Backboneستون فقرات ) ) نرخ ارسال ( بسيار باال و مسيريابهاي بسيار سريع و

هوشمند در قسمت زيرشبکه

زير ساخت : Subnet) زيرشبکه )ارتباطي شبکه ها

85مهر

قرارداد حمل و تردد بسته هاي اطالعاتي •

مديريت و سازماندهي مسيريابي صحيح •بسته ها از مبدأ به مقصد

:IPپروتکل

به اليه IPواحد اطالعات که به صورت يکجا از اليه انتقال تحويل داده مي شود يا بالعکس اليه شبکه آنرا

جهت ارسال روي شبکه به اليه پیوند داده تحويل داده می شود.

ديتاگرام

:IPبسته

85مهر

قالب سرایند IPبسته

85مهر

فيلد Versionچهار بيت

مشخص کننده نسخه پروتکل IP Version= 0100 IP پروتکل4نسخه شماره

IP پروتکل 6نسخه شماره

IHL )IP Headerفيلد Length(

چهار بيتي

مشخص کننده طول کل سرآيند بسته بر مبناي کلمات بيتي32

حداقل مقدار فيلد IHP 5 عدد

85مهر

Type of seviceفيلد

بيتي8 فيلد

مشخص کننده درخواست سرويس ويژه اي توسط ماشين ميزبان از مجموعه

زيرشبکه براي ارسال ديتاگرام

P2 P1 P0 D T R - -

بسته تقدم تأخير توان خروحي

قابليت

اطمينان

بالاستفاده

بخشهاي :فيلد

تعيين کننده اولويت بسته

IP

توسط 1قراردادن عدد ماشين ميزبان در اين بيتها جهت انتخاب مسير مناسب

توسط مسيريابها

85مهر

Total Lengthفيلد

بيتي16فيلد

مشخص کننده طول کل بسته IP مجموع اندازه ( سرآيند و ناحيه داده(

حداکثر طول کل بسته IP 65535بايت

فيلد Identification بيتي16 فيلد

مشخص کننده شماره يک ديتاگرام واحد در صورتی که قطعه قطعه شده باشد

85مهر

Fragmentفيلد Offset

بيت( :DF )) Don’t Fragmentالف

هيچ IPبا يک شدن اين بيت در يک بستهمسيريابي اجازه قطعه قطعه نمودن

بسته را ندارد

بيت( :) MF )More Fragmentب

MF=0 : مشخص کننده آخرين قطعهIP از يک ديتاگرام

MF=1 : وجود قطعات بعدي از يک ديتاگرام

Fragment offsetج( o 13بيتي o نشان دهنده شماره ترتيب هر قطعه ازيک

ديتاگرام شکسته شدهo 8192 حداکثرتعداد قطعات يک ديتاگرام

85مهر

Time To Liveفيلد

بيتي8 فيلد

مشخص کننده طول عمر بسته IP

حداکثر طول عمر بسته IP = 255

فيلد پروتکل

نشان دهنده شماره پروتکل اليه باالتر متقاضيارسال ديتاگرام

بيتي8 فيلد

85مهر

Header Ckecksum فيلد

بيتي16 فيلد •

کشف خطاهاي احتمالي در •IPسرآيند هر بسته

روش محاسبه كد كشف خطا:

Header Checksum

85مهر

Source Addressفيلد

بيتي32فيلد •

مشخص کننده آدرس ماشين مبدأ•

Destinationفيلد Address• بيتي32فيلد

ماشين IP مشخص کننده آدرس •مقصد

85مهر

فيلد اختياريOption

بايت40حداکثر •

محتوي اطالعات جهت يافتن مسير •مناسب توسط مسيريابها

85مهر

آدرسها در اينترنت و اينترانت

شناسايي تمام ابزار شبکه )ماشينهاي ميزبان, مسيريابها, چاپگرهاي IPشبکه ( در اينترنت با يک آدرس

IPآدرس بيتي 32 •

به صورت چهار عدد IPنوشتن آدرسهاي •دهدهي که با نقطه از هم جدا شده اند جهت

سادگي نمايش

85مهر

به قسمتهاي :IP آدرس بيت32تقسيم

آدرس ماشين/ آدرس زيرشبکه/ آدرس شبکه

A کالس

IP آدرس کالسهايE کالس

D کالس

C کالس

کالسB

85مهر

15

آدرسهاي کالسA

0مقدرا پرارزشترين بيت = • IP بيت از يک بايت اول = مشخصه آدرس 7 •

شبکه بايت باقيمانده مشخص کننده آدرس 3 •

ماشين ميزبان 127 بايت پرارزش در محدوده صفر تا • آدرس برای آدرس شبکه وجود 2-128در کل •

دارد )چرا؟(

0

Network ID = 7 Bit

0 Network Host ID0

32 bits

85مهر

Network Host ID

B کالس

10مقدار دو بيت پرارزش = •

بيت از دو بايت سمت چپ = آدرس 14 •شبکه

دو بايت اول از سمت راست = آدرس •ماشين ميزبان

Network ID = 14 Bit

Host ID Network ID10

32 bits

85مهر

C کالس

مناسب ترين و پرکاربرد ترين کالس از •IPآدرسهاي

110 مقدار سه بيت پرارزش = •

بيت از سه بايت سمت چپ = 21 •مشخص کننده آدرس شبکه

بيت سمت چپ = آدرس ماشين ميزبان8 •

Network ID Host ID110

32 bits

85مهر

1110

Multicast Address32 bits

D کالس

1110 مقدار چهار بيت پرارزش = •

تعيين آدرسهاي چند مقصده بيت =28•) آدرسهاي گروهي (

کاربرد = عمليات رسانه اي و چند پخشي•

85مهر

E کالس

مقدار پنج بيت پرارزش = •11110

Unused Address Space

11110

32 bits

85مهر

آدرسهاي خاص

با پنج گروه از آدرسها IPدر بين تمام کالسهاي آدرس نمي توان يک شبکه خاص را تعريف و آدرس دهي نمود.

0.0.0.0آدرس آدرس خاص

. NetID 255آدرس

آدرس 255.255.255.255

XX.YY.ZZ127.آدرس HostID. 0آدرس

85مهر

:0.0.0.0آدرس

خودش مطلع نيست اين آدرس را IPهر ماشين ميزبان كه از آدرس . بعنوان آدرس خودش فرض مي كند

:HostID. 0آدرس

اين آدرس زماني به كار مي رود كه ماشين ميزبان ، آدرس مشخصة NetIDشبكه اي كه بدان متعلق است را نداند. در اين حالت در قسمت

شمارة مشخصة ماشين خود را قرار HostIDمقدار صفر و در قسمت .مي دهد

85مهر

:255.255.255.255آدرس

ارسال پيامهاي فراگير براي تمامي ماشينهاي ميزبان بر روي شبكة محلي جهت .كننده به آن متعلق است كه ماشين ارسال

. :NetID 255آدرس

ارسال پيامهاي فراگير براي تمامي ماشينهاي يك شبكة راه دور كه ماشين جهت. ميزبان فعلي متعلق به آن نيست

: xx.yy.zz.127آدرس

اين آدرس بعنوان “آدرس بازگشت” شناخته مي شود و آدرس بسيار مفيدي براي .اشكالزدايي از نرم افزار مي باشد

آدرسIP:: بیتهای با subnetقسمت ◦

درجه باال )سمت چپ(: بیتهای با hostقسمت ◦

درجه پایین )سمت راست(◦Subnetچیست؟ واسط دستگاههایی که ◦

درون subnetقسمت آنها یکی IPآدرس

می باشد.بدون مداخله هیچ روتری ◦

می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

سه شامل subnetشبکه ای

LAN

Subnetیا زیرشبکه

Subnetیا زیرشبکه subnet:ها

223.1.1.0/24223.1.2.0/24223.1.3.0/24223.1.9.0/24223.1.7.0/24223.1.8.0/24

223.1.1.1

223.1.1.3

223.1.1.4

223.1.2.2223.1.2.1

223.1.2.6

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

223.1.1.2

223.1.7.0

223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1

223.1.9.1

223.1.9.2

IPکالسهای آدرس

در آدرس دهی با استفاده از کالسها تعداد بیتهای •subnet باشد.24 و یا 16، 8 می بایست

مشکالت:• host استفاده شود تعداد Cبه عنوان مثال اگر از کالس •

ها در یک شبکه بسیار محدود می شود. استفاده شود برای سازمانهایی که تعداد Bاگر از کالس •

host های نه چندان زیادی دارند تعداد زیادی آدرسIP بالاستفاده می ماند.

کالس host 2000به عنوان مثال برای شبکه ای با •C کافی نیست و در کالس B آدرس 63000حدود

خالی می ماند.

CIDR: Classless InterDomain Routing یا مسیریابی بین دامنه ای بدون کالس

برخالف آدرس دهی با کالس، IP در آدرس subnetقسمت ◦می تواند هر طول دلخواهی داشته باشد.

تعداد بیتهایی است که مربوط x که a.b.c.d/xفرمت آدرس: ◦ می باشد.subnetبه قسمت

CIDRآدرس دهی بدون کالس یا

11001000 00010111 00010000 00000000

subnetpart

hostpart

200.23.16.0/23

شبکه قسمتی از آدرس را که مربوط به فضای آدرس پاسخ: ISP.او است را بدست می آورد

بدست می آوریم؟IPچگونه

ISP's block 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20

Organization 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Organization 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Organization 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. ….Organization 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23

از منبع هدايت بسته ها و مسير يابي وظيفه اصلي اليه شبكهبه مقصد مي باشد . در بيشتر زير شبكه ها بسته ها براي آنكه

انجام دهند. پرش ندچبه مقصد برسند نياز دارند كه

الگوریتم مسیریابیالگوريتم مسير يابي بخشي از نرم افزار اليه شبكه است كه ◦

تعيين مي كند بسته ورودي به كدام خط خروجي بايد منتقل شود.

مسير يابي

یک الگوریتم مسیریابی می بایست دارای موارد زیرباشد:

صحت◦سادگی◦تحمل عیب◦پایداری◦عدالت و بهینگی◦

الگوريتم مسيريابي

انواع الگوريتمهاي مسيريابي

ايستا

از ديدگاه روش تصميم گيري و ميزان الف(هوشمندي الگوريتم

پويا

از ديدگاه چگونگي جمع آوري و پردازش ب( زيرساخت ارتباطي شبكهاعاتطل

سراسري / متمركز

غيرمتمركز

الگوريتم ايستا

عدم توجه به شرايط توپولوژيكي و ترافيك لحظه اي شبكه • جداول ثابت مسيريابي هر مسيرياب در طول زمان• الگوريتم هاي سريع•تغي­ير • در ص­ورت ب­ه ط­ور دس­تي ج­داول مس­يريابي تنظيم

توپولوژي زيرساخت شبكه تغيير مسيرها به کندي در اثناي زمان•

الگوريتم پويا

ب­ه ص­ورت • مس­يريابي ج­داول هنگ­ام س­ازي ب­ه و توپول­وژيكي آخ­رين وض­عيت ب­ر اس­اس دوره اي

ترافيك شبكه تغيير سريع مسيرها•ش­بكه • فعلي وض­عيت اس­اس ب­ر تص­ميم گيري

جهت انتخاب بهترين مسيرتص­ميم گيري • هنگ­ام بح­راني تأخيره­اي ايج­اد

بهترين مسير به جهت پيچيدگي الگوريتم

الگوريتم سراسري

همبن­دي • از مس­يريابها تم­ام كام­ل اطالع شبکه و هزينه هر خط

)Link State )LSالگوريتم هاي •

الگوريتم غير متمركز

ب­­ا • ارتب­­اط هزين­­ه ارزي­­ابي و محاس­­به ب­ه ك­ه )مس­يريابهايي همس­ايه مس­يريابهاي ارتب­اط در آن ب­ا ف­يزيكي و مس­تقيم ص­ورت

هستند(ه­­ر • توس­­ط مس­­يريابي ج­­داول ارس­­ال

ب­­راي منظم زم­­اني فواص­­ل در مس­­يرياب مسيريابهاي مجاور

پيچيدگي زماني كم•Distance Vector الگوريتم هاي•

Network Layer4-40

Routing and Forwarding

1

23

0111

value in arrivingpacket’s header

routing algorithm

local forwarding tableheader value output link

0100010101111001

3221

Network Layer4-41

شبکه گراف

u

yx

wv

z2

2

13

1

1

2

53

5

Graph: G = (N,E)

N = روترها= { u, v, w, x, y, z }

E = لینکها یا { (y,z) ,(w,z) ,(w,y) ,(x,y) ,(x,w) ,(v,w) ,(v,x) ,(u,x) ,(u,v) }=کانالها

Network Layer4-42

: هزینه ها شبکه گراف

u

yx

wv

z2

2

13

1

1

2

53

5 • c)x,x’( ( هزینه کانال =x,x)’c)u,w(=5مثال : • باشد و یا با1هزینه هر کانال می تواند همواره •پهنای باند و میزان ازدحام کانال مرتبط باشد.•

Cost of path )x1, x2, x3,…, xp( = c)x1,x2( + c)x2,x3( + … + c)xp-1,xp(

روتر: بین مسیر ترین هزینه کم روتر uسوال چیست؟ zو

: کند می انتخاب را مسیر ترین هزینه کم که الگوریتمی مسیریابی .الگوریتم

الگوریتم مسیریابی سیل آسا (Flooding) هر روت­ر بس­ته را ب­ه هم­ه روتره­ای مج­اور خ­ود ارس­ال

می کند.

س­ريعترين الگ­وريتم ب­راي ارس­ال اطالع­ات ب­ه مقص­د در شبكه

جهت ارس­ال بس­ته هاي فراگ­ير و كن­ترلي مانن­د اعالم جداول مسيريابي

مشکل ايجاد حلقه بينهايت و از كارافتادن شبكه◦

راه حل رفع مشكل حلقه بينهايت Selective قراردادن شماره شناسايي براي هر بسته1.

Floodingقراردادن طول عمر براي بسته ها 2.

الگوریتم سیل آسا

BC

DE

A

Network Layer4-45

لینک حالت (Link State)الگوریتم

C)x,y(: هزینه لینک از نود x . در صورتی که yبه نود

همسایه نباشند y و xنودهای ∞ است.

D)v( : هزینه فعلی مسیر ازvمبدا به مقصد

P)v(: نود ماقبل در مسیر vمبدا تا نود

N :‘ مجموعه نودهایی کهکوتاهترین مسیر تا آنها

محاسبه شده است.

(:Dijkstra)الگوریتم دیکسترا همه نودها از توپولوژی شبکه و

هزینه لینکها با خبر می شوند.توسط ارسال همگانی بسته های حالت ◦

لینکهمه نودها دارای اطالعات یکسان می ◦

باشند هر نود به صورت جداگانه هزینه

خود را تا دیگر نودهای شبکه محاسبه می کند.

خود را forwardingبدین وسیله جدول ◦می سازد.

( تکراریiterative بعد از :)k تکرار نود کوتاهترین مسیر خود تا

k.نود را محاسبه می نماید

Network Layer4-46

Dijsktra’s Algorithm

1 Initialization: 2 N' = {u} 3 for all nodes v 4 if v adjacent to u 5 then D(v) = c(u,v) 6 else D(v) = ∞ 7 8 Loop 9 find w not in N' such that D(w) is a minimum 10 add w to N' 11 update D(v) for all v adjacent to w and not in N' : 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* new cost to v is either old cost to v or known 14 shortest path cost to w plus cost from w to v */ 15 until all nodes in N'

Network Layer4-47

Dijkstra’s algorithm: example

Step012345

N'u

uxuxy

uxyvuxyvw

uxyvwz

D(v),p(v)2,u2,u2,u

D(w),p(w)5,u4,x3,y3,y

D(x),p(x)1,u

D(y),p(y)∞

2,x

D(z),p(z)∞ ∞

4,y4,y4,y

u

yx

wv

z2

2

13

1

1

2

53

5

Network Layer4-48

Dijkstra’s algorithm: example )2(

u

yx

wv

z

Resulting shortest-path tree from u:

vx

y

w

z

)u,v()u,x(

)u,x(

)u,x(

)u,x(

destination link

Resulting forwarding table in u:

Network Layer4-49

نود( Link State )تمرین Aمبدا

Network Layer4-50

الگوریتم بردار فاصله

- فورد بلمن :معادله

dx)y(: نود از مسیر کمترین نود x هزینه y به

آنگاه

dx)y( = min {c)x,v( + dv)y( }

نودهای تمامی روی بر با v مینیمم می x که همسایهشود می اعمال .باشند

v

Network Layer4-51

فورد - بلمن مثال

u

yx

wv

z2

2

13

1

1

2

53

5 : دانیم میdv)z( = 5, dx)z( = 3, dw)z( = 3

du)z( = min { c)u,v( + dv)z(, c)u,x( + dx)z(, c)u,w( + dw)z( } = min {2 + 5, 1 + 3, 5 + 3} = 4

نود نتیجه عنوان xدر نود next-hopبه به رسیدن مسیر zدرجدول .uنود forwardingدر شود می ثبت

فورد – بلمن :معادله

Network Layer4-52

الگوریتم بردار فاصله

Dx)y(: از مسیر هزینه y به x کمترین :c)x,v( نود x داند می را مجاورش نودهای تا .هزینه کند x نود می نگهداری خود در را فاصله .بردار

Dx = [Dx)y(: y є N ] نیز x نود را مجاورش نودهای فاصله بردار همچنین

کند می .نگهداری◦ نود هر مجاورت v برای در را x که زیر فاصله بردار دارد قرار

دارد می :نگهDv = [Dv)y(: y є N ]

Network Layer4-53

الگوریتم بردار فاصله

اصلی :ایده

همسایگانش برای را خود فاصله بردار نود هر زمان طی درفرستد .می

نود که اش x هنگامی همسایه از را جدیدی فاصله بردارمعادله از استفاده با را خود فاصله بردار کند، می دریافت

نماید- می روز به فورد .بلمنDx(y) ← minv{c(x,v) + Dv(y)} for each node y ∊ N

،فاصله بردارهای متوالی ارسالهای و زمان مدت طول درکوتاهترین به دیگر نودهای تا اش فاصله از نود هر تقریب

. شود می همگرا فاصله

Network Layer4-54

تکراری صورت به : همزمان در غیر تکرار هر

: اثر در نودبه ◦ متصل کانالهای هزینه تغییر

نودجدید ◦ فاصله بردار یک دریافت

همسایگان از

. بیفتد اتفاق تواند می: شده توزیع

فاصله ◦ بردار زمانی تنها نود هرمی همسایگانش برای را اشایجاد آن در تغییری که فرستد

. باشد شده

Distance Vector Algorithm )5(

wait for (change in local link cost or msg from neighbor)

recompute estimates

if DV to any dest has

changed, notify neighbors

Each node:

Network Layer4-55

x y z

xyz

0 2 7

∞ ∞ ∞∞ ∞ ∞

from

cost to

from

from

x y z

xyz

0

from

cost to

x y z

xyz

∞ ∞

∞ ∞ ∞

cost to

x y z

xyz

∞ ∞ ∞7 1 0

cost to

∞2 0 1

∞ ∞ ∞

2 0 17 1 0

time

x z12

7

y

node x table

node y table

node z table

Dx)y( = min{c)x,y( + Dy)y(, c)x,z( + Dz)y(} = min{2+0 , 7+1} = 2

Dx(z) = min{c(x,y) + Dy(z), c(x,z) + Dz(z)} = min{2+1 , 7+0} = 3

32

Network Layer4-56

x y z

xyz

0 2 7

∞ ∞ ∞∞ ∞ ∞

from

cost to

from

from

x y z

xyz

0 2 3

from

cost tox y z

xyz

0 2 3

from

cost to

x y z

xyz

∞ ∞

∞ ∞ ∞

cost tox y z

xyz

0 2 7

from

cost to

x y z

xyz

0 2 3

from

cost to

x y z

xyz

0 2 3

from

cost tox y z

xyz

0 2 7

from

cost to

x y z

xyz

∞ ∞ ∞7 1 0

cost to

∞2 0 1

∞ ∞ ∞

2 0 17 1 0

2 0 17 1 0

2 0 13 1 0

2 0 13 1 0

2 0 1

3 1 0

2 0 1

3 1 0

time

x z12

7

y

node x table

node y table

node z table

Dx)y( = min{c)x,y( + Dy)y(, c)x,z( + Dz)y(} = min{2+0 , 7+1} = 2

Dx(z) = min{c(x,y) + Dy(z), c(x,z) + Dz(z)} = min{2+1 , 7+0} = 3

Network Layer4-57

: Distance Vectorتمرین