network1-5

Report
‫فصل دوم‪:‬‬
‫الیه فیزیکی‬
‫‪ -1‬بیت ‪ /‬بایت‬
‫‪ ‬بیت(‪ )bit‬مخفف رقم دو دویی (‪ )binary digit‬است و می تواند صفر یا یک باشد‪.‬‬
‫‪ ‬بیت در یک کامپیوتر با وجود شارژ الکتریکی یا عدم وجود شارژ مشخص می شود‪.‬به طور‬
‫مثال بیت صفر باینری ممکن است با ولتاژ صفر ولت و بیت یک باینری با مقدار الکتریکی‬
‫پنج ولت نمایش داده شود‪.‬‬
‫‪ ‬هشت بیت تشکیل یک بایت (‪ )byte‬را می دهند که بایت می تواند نمایش یک کاراکتر یا‬
‫داده در روش کد گذاری اسکی (‪)ascii‬باشد‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ -1‬بیت ‪ /‬بایت‬
‫نمایش واحدهای اطالعات‬
‫مثال‬
‫تعریف‬
‫واحد‬
‫‪On / off‬‬
‫‪0 or 1‬‬
‫)‪Bit (b‬‬
‫نمایش یک کاراکتر اسکی مثال ‪A‬‬
‫‪8 bit‬‬
‫)‪Byte (B‬‬
‫یک ‪Email‬ساده در حدود ‪3 KB‬‬
‫‪1K=1024 B=2^10 B‬‬
‫)‪Kilo Byte (KB‬‬
‫حجم یک فالپی دیسک ‪1/44‬‬
‫‪ MB‬یا حجم یک‬
‫‪CD= 700MB‬‬
‫‪1M=1024 KB=1024 *1024 B= 2^20 B‬‬
‫)‪Mega Byte (MB‬‬
‫حجم یک هار دیسک‬
‫‪120 GB‬‬
‫=‪1GB=1024 MB=1024*1024 KB‬‬
‫‪1024*1024*1024 B=2^30 B‬‬
‫)‪Giga Byte (GB‬‬
‫مقدار داده ارسالی در یک فیبر‬
‫نوری در یک ثانیه‬
‫‪1TB=1024 GB=1024*1024‬‬
‫=‪MB=1024*1024*1024 KB‬‬
‫‪1024*1024*1024*1024 B=2^40 B‬‬
‫)‪Tera Byte (TB‬‬
‫‪3‬‬
‫‪ -2‬پهنای باند )‪(Band width‬‬
‫‪ ‬یکی از مشخصه های شبکه های کامپیوتری است‪.‬‬
‫‪ ‬در اصطالح مخابراتی پهنای باند یک رسانه انتقال‪ ،‬محدوده فرکانسی است که ان رسانه می‬
‫تواند منتقل کند‪.‬‬
‫‪ ‬در اصطالح شبکه های کامپیوتر های‪ ،‬حداکثر مقدار اطالعاتی است که در واحد زمان از‬
‫یک نقطه به نقطه دیگر می تواند انتقال یابد‪.‬‬
‫‪ ‬واحد اصلی انتقال داده بیت و واحد زمان ثانیه است در نتیجه واحد جدید ‪ b/s‬که واحد‬
‫پهنای باند است بوجود می آید‪.‬‬
‫نمایش واحدهای انتقال‬
‫معادل‬
‫خالصه‬
‫واحد پهنای باند‬
‫واحد اصلی پهنای باند=‪1bps‬‬
‫‪bps‬‬
‫‪bits / second‬‬
‫‪1Kbps=10^3 bps‬‬
‫‪Kbps‬‬
‫‪Kilobits / second‬‬
‫‪1Mbps=10^6 bps‬‬
‫‪Mbps‬‬
‫‪Megabits / second‬‬
‫‪1Gbps=10^9 bps‬‬
‫‪Gbps‬‬
‫‪Gigabits / second‬‬
‫‪1Gbps=10^12 bps‬‬
‫‪Tbps‬‬
‫‪Terabits / second‬‬
‫‪4‬‬
‫‪ -2‬پهنای باند )‪(Band width‬‬
‫• برای توضیح بیشتر پهنای باند‪ ,‬می توان از یک جاده یا بزرگراه بین شهری مثال زدبه طوری‬
‫که پهنای باند مانند تعداد خطوط یک بزرگراه (عرض آن) است‪.‬‬
‫• بزرگراه می تواند دارای یک‪,‬دو یا چهار خط باشد‪ .‬تعداد خط ها به معنای پهنای باند است و‬
‫تعداد ماشین هایی که در هر خط حرکت می کنند را می توان به صورت پیغام های‬
‫اطالعاتی در نظر گرفت‪.‬‬
‫• پهنای باند به محیط فیزیکی رسانه انتقال و نیز تکنولوژی انتقال بستکی دارد‪.‬‬
‫‪5‬‬
(Band width) ‫ پهنای باند‬-2
‫پهنای باند و محدوده فیزیکی در بعضی از رسانه های انتقال‬
‫رسانه انتقال‬
6
‫پهنای باند‬
‫حداکثر فاصله فیزیکی‬
50-ohm coaxial
(ethemet 10Base2,Thin net)
10-100Mbps
185M
75-Ohm coaxial cable
(ethemet 10base5,Thick net)
10-100Mbps
500M
Category 5 unshielded twisted pair(utp)
(ethemet 10 baset)
10Mbps
100M
Category 5 unshielded twisted pair(utp)
(ethemet 100 basetx)(fast Ethernet)
100Mbps
100M
Multimode(62.5/125µm)
optical fiber 100 base-fx
100Mbps
2000M
Singlemod(10µm core)
optical fiber 1000 base-lx
1000Mbps(1.000Gbps)
3000M
wireless
10Mbps
100M
‫‪ -3‬توان عملیاتی یا گذردهی )‪(Throughput‬‬
‫‪ ‬یک شبکه ‪ LAN‬با پهنای باند ‪ 10Mbps‬مفروض است‪.‬آیا بارگذاری یک فایل از سرور به‬
‫یک کامپیوتر کالینت‪ ،‬پهنای باند تبلیغ شده به دست می آید؟‬
‫‪ ‬گذردهی به معنی پهنای باند واقعی و اندازه گیری شده در هنگام انتقال اطالعات (مثال‬
‫بارگذاری یک فایل) در ساعات خاصی از روز است‪.‬‬
‫‪ ‬گذردهی به دالیل زیر از پهنای باند یک رسانه انتقال کمتر است‪:‬‬
‫‪ -1 ‬وجود دیگر کاربران(ممکن است پهنای باند اعالم شده مابین آنها به اشتراک گذاشته شود‪).‬‬
‫‪ -2 ‬نوع توپولوژی و طراحی شبکه‬
‫‪ -3 ‬نوع داده انتقالی (فایل متنی‪ ،‬فیلم‪ ،‬صفحات وب ‪)....‬‬
‫‪ -4 ‬سرعت کامپیوتر کاربر‬
‫‪ -5 ‬سرعت کامپیوتر سرور‬
‫‪ -6 ‬زمان استفاده‬
‫‪ -7 ‬وضعیت آب وهوایی‪ ،‬بخصوص در هنگام انتقال داده در اینترنت‬
‫‪7‬‬
‫‪ -4‬محاسبه حداکثر نرخ ارسال داده‬
‫حداکثر نرخ ارسال داده (پهنای باند) در یک رسانه انتقال یا کانال را توسط رابطه نایکوئیست به‬
‫صورت زیر می توان تعیین کرد‪.‬‬
‫‪C(b/s)=2B(Hz)logM2‬‬
‫که در آن‪c‬ظرفیت کانال‬
‫‪ B‬پهنای باند رسانه انتقال و‬
‫‪ M‬تعداد سطوح سیگنال در هنگام ارسال اطالعات است‪.‬‬
‫‪8‬‬
‫قضیه نایکوئیست‬
‫به طور مثال اگر پهنای باند خط تلفن ‪ 4KHZ‬باشد و فرستنده ای از ‪ 16‬سیگنال مختلف برای ارسال‬
‫اطالعات استفاده نماید‪.‬‬
‫آنگاه با استفاده از خط تلفن حداکثر ‪ 32000‬بیت در ثانیه را می توان انتقال داد‪.‬‬
‫زیرا داریم‪:‬‬
‫‪C=2×4×103(HZ)log162=8×103×4=32×102‬‬
‫قضیه شانون‬
‫حداکثر نرخ ارسال داده در یک رسانه انتقال دارای نویز توسط رابطه‬
‫شانون و به صورت زیر محاسبه می شود‪:‬‬
‫‪ :s‬توان سیگنال‬
‫)(‬
‫)(‪C(b/s)=B(Hz)log2(1+‬‬
‫‪ :N‬توان نویز‬
‫که در آن ‪ c‬ظرفیت کانال ‪ s,‬توان سیگنال‪ N‬توان نویز ‪ B,‬پهنای باند است‬
‫قضیه شانون‬
‫به طور مثال اگر پهنای باند خطوط تلفن ‪ 4KHZ‬باشد و نسبت توان سیگگنال به توان نویز ‪1023‬‬
‫باشد‬
‫آنگاه با استفاده از خط تلفن ‪ 40000‬بیت در ثانیه را می توان انتقال داد زیرا داریم‪:‬‬
‫‪C=4×103(HZ)LOG2(1+1023)=40×103=4×104‬‬
‫‪-5‬تاخیر)‪(delay- latency‬‬
‫تاخیر بیانگر این است که چه مدت طول می کشد یک پیغام از زمانی که اولین بیت از فرستنده ارسال شود به‬
‫طور کامل در گیرنده دریافت شود‪.‬‬
‫تاخیر از ‪ 4‬جز تشکیل می شود‪:‬‬
‫‪ ‬زمان تاخیر انتشار یا زمان انتشار پیغام)‪،(propagation time‬‬
‫‪ ‬زمان ارسال پیغام )‪،(transmission time‬‬
‫‪ ‬زمان انتظار در صف و‬
‫‪ ‬تاخیر پردازش‪.‬‬
‫زمان انتشار‪:‬‬
‫بیانگر زمان مورد نیاز برای انتقال کامل یک بیت از فرستنده به گیرنده است‪ .‬زمان انتشار از رابطه زیر محاسبه می شود‪:‬‬
‫سرعت انتشار یک سیگنال به رسانه انتقال و فرکانس سیگنال بستگی دارد‪.‬‬
‫به طور مثال در خال‪ ،‬نور با سرعت ‪ 3 × 108‬متر بر ثانیه منتشر می شود‪ ،‬نور با سرعت‬
‫کمتر در هوا و خیلی کمتر در کابل منتشر می شود‬
‫زمان ارسال‪:‬‬
‫زمان مورد نیاز برای اینکه اولین بیت پیغام از سمت فرستنده ارسال شود تا زمانی که آخرین‬
‫بیت نیز توسط فرستنده ارسال شود‪.‬‬
‫زمان ارسال بستگی به طول پیغام و پهنای باند کانال دارد و از رابطه زیر محاسبه می شود‪:‬‬
‫زمان انتظار در صف‪ :‬زمان مورد نیاز برای هر وسیله انتهایی یا میانی نظیر مسیریاب برای‬
‫نگهداری پیغام قبل از اینکه پردازش شود‪.‬‬
‫تاخیر پردازش‪ :‬زمان الزم برای بررسی و پردازش پیغام توسط مسیریاب است‪.‬‬
‫‪ -6‬حاصلضرب پهنای باند در تاخیر‬
‫پهنای باند و تاخیر دو معیار کارایی یک کانال هستند و حاصلضرب هردو بیانگر تعداد بیت‬
‫هایی است که می تواند یک کانال را به طور کامل پر کند‪.‬‬
‫متفاوت بودن عمل انتقال اطالعات‬
‫کامپیوترها عملیات خود را به صورت باینری انجام می دهند( عملیاتی مثل محاسبات و‬
‫عملیات ورودی خروجی)‪.‬‬
‫عمل انتقال اطالعات در شبکه های کامپیوتری با توجه به نوع رسانه انتقال مشخص می شود‪.‬‬
‫•یعنی در رسانه الکتریکی‪ ،‬مقدار باینری ‪ 1‬می تواند ‪ 5‬ولت و باینری ‪ 0‬برابر ولتاژ ‪ 0‬باشد‪.‬‬
‫•در رسانه نوری‪ ،‬وجود نور برای ‪ 1‬باینری و عدم وجود نور برای باینری ‪ 0‬می باشد‪.‬‬
‫•در انتقال بی سیم‪ ،‬دو شکل موج مختلف نشان دهنده ‪ 1‬و ‪ 0‬باینری است‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫پدیده های رسانه ای انتقال‬
‫اما در هنگام ارسال بیتها بایستی ‪ 7‬پدیده را در نظر گرفت‪:‬‬
‫‪-1‬تاخیر انتشار )‪(Propagation Delay‬‬
‫‪ -2‬تضعیف )‪(Attenuation‬‬
‫‪ -3‬انعکاس )‪(Reflection‬‬
‫‪ -4‬نویز )‪(Noise‬‬
‫‪ -5‬برخورد )‪(Collision‬‬
‫‪ -6‬جیتر )‪(Jitter‬‬
‫‪ -7‬اعوجاج تاخیری )‪(Distortion Delay‬‬
‫‪17‬‬
‫تاخیر انتشار )‪(Propagation Delay‬‬
‫زمانی که یک فرستنده یک بیت اطالعات را ارسال می کند‪ ،‬همان لحظه‬
‫آن بیت به گیرنده نمی رسد بلکه آن بیت بایستی رسانه انتقال را در‬
‫زمانی (زمان انتشار) طی می کند‪ .‬این زمان براساس رابطه زیر بدست می‬
‫آید‪:‬‬
‫‪t= X / V‬‬
‫‪ :X‬فاصله بین فرستنده و گیرنده بر حسب متر است‪(m) .‬‬
‫‪ :V‬سرعت انتقال اطالعات در رسانه (بر حسب ‪ )m/s‬است‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫تاخیر انتشار )‪(Propagation Delay‬‬
‫مثال‪ :‬اگر فاصله خورشید تا زمین ‪ 150‬میلیون کیلومتر باشد و سرعت نور نیز ‪ 300‬هزار کیلومتر بر ثانیه‬
‫باشد نور فعلی خورشید در چه زمانی انتشار یافته است‪.‬‬
‫ ‪150×106‬‬
‫‬
‫دقیقه ‪8‬ثانیه و ‪ =20‬ثانیه‪T==300×103/=500‬‬
‫با توجه به این که هیچ اطالعاتی سریع تر از سرعت نور نمی تواند منتشر شود بنابراین‬
‫تمامی رسانه های انتقال حتی رسانه های نوری نیز دارای تاخیر انتشار هستند ‪.‬‬
‫متاسفانه راه حلی برای از بین بردن پدیده تاخیر انتشار وجود ندارد مگر تعویض رسانه‬
‫انتقال با رسانه ای که تاخیر انتشار کمتری داشته باشد‪.‬‬
‫‪19‬‬
‫تضعیف )‪(Attenuation‬‬
‫به معنی از دست رفتن توان و قدرت سیگنال ارسالی است‪.‬‬
‫•در یک رسانه الکتریکی مثل کابل‪ ،‬اگر طول کابل بسیار طوالنی باشد‬
‫ارسال یک بیت ‪ 1‬از طرف فرستنده‬
‫پدیده تضعیف‬
‫دریافت یک بیت ‪ 0‬در طرف گیرنده‬
‫از دست رفتن دامنه انرژی اطالعات‬
‫• در یک رسانه نوری نیز پدیده تضعیف روی می دهد‪ ،‬زیرا نور به صورت پخشی منتشر می شود و به تدریج‬
‫انژی آن از بین می رود‪.‬‬
‫سه روش جهت کم رنگ کردن تضعیف در رسانه نوری‪:‬‬
‫تغییر رنگ نور (طول موج نور)‬
‫استفاده از فیبر نوری تک حالته‬
‫دیودهای لیزری‬
‫•در امواج رادیویی و مایکرو یو نیز وجود دارد‪ ،‬بدلیل جذب و پراکنده شدن این امواج توسط بعضی از ذرات‬
‫مولکولهای جو زمین‬
‫‪20‬‬
‫راههای مقابله با تضعیف‬
‫‪ -1‬استفاده از رسانه انتقال با تضعیف کمتر‬
‫‪ -2‬استفاده از تکرارگر )‪ (Repeater‬در فواصل معین مابین فرستنده و‬
‫گیرنده‬
‫قوی‬
‫گیرنده‬
‫تکرارگر‬
‫رسانه انتقال‬
‫ضعیف‬
‫فرستنده‬
‫رسانه انتقال‬
‫تکرارگر اطالعات تضعیف شده را از فرستنده دریافت کرده و دوباره همان اطالعات را بدون تغییر و با شدت اولیه‬
‫تکرار می کند‪.‬‬
‫برای رسانه های مختلف تکرارگرهای متفاوتی وجود دارد‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫تضعیف )‪(Attenuation‬‬
‫دسی بل یا‪ : DB‬برای نمایش ضعف یا قدرت یک سیگنال‪ ،‬مهندسین از واحد دسی بل استفاده می کنند‪.‬‬
‫دسی بل توان و قدرت دو سیگنال مختلف را نسبت به یکدیگر و یا توان یک سیگنال را در دو نقطه مختلف بیان‬
‫می کند که بر اساس رابطه زیر بدست می آید‪:‬‬
‫که در آن ‪ p1‬و ‪ p2‬توان سیگنال در دو نقطه ‪1‬و ‪ 2‬است( ویا توان دو سیگنال ‪1‬و‪ 2‬است) از آنجایی که توان‬
‫متناسب با مجذور ولتاژ است‪ ،‬بنابراین رابطه فوق می تواند به صورت زیر نوشته شود‪:‬‬
‫‪22‬‬
‫تضعیف )‪(Attenuation‬‬
‫به طور مثال اگر توان یک سیگنال در انتهای رسانه انتقال برابر نیمی از توان اولیه سیگنال باشد‬
‫آنگاه مقدار تضعیف برابر ‪ db-3‬می باشد‪:‬‬
‫یکی از دالیلی که مهندسین از دسی بل برای اندازه گیری توان سیگنال استفاده می کنند این است‬
‫که وقتی هدف محاسبه توان سیگنال در چند نقطه متوالی و با توجه به توان اولیه سیگنال است‪،‬‬
‫اعداد دسی بل به راحتی قابل جمع و یا تفریق کردن است‪.‬‬
‫به طور مثال اگر سیگنالی از نقطه ‪1‬به ‪ 2‬منتقل شود به طوریکه از نقطه ‪ 1‬به‪ 2‬دارای تضعیف برابر ‪3‬دسی بل باشد‬
‫آنگاه می توان گفت که مقدار نهایی سیگنال در ‪ 4‬نقطه به اندازه ‪ 1‬دسی بل تقویت شده است‪:‬‬
‫‪23‬‬
‫انعکاس )‪(Reflection‬‬
‫فرض کنید که یک سر طنابی را به دست گرفته اید و سر دیگر آن را به دیوار بسته اید‪ .‬اکنون اگر با یک ضربه‬
‫یک پالس (یک بیت یک) ایجاد کنید بعد از ارسال موج به سمت دیوار می بینید که موج کوچک تری به‬
‫صورت پالس به سمت شما بر می گردد(انعکاس می یابد)‪.‬‬
‫انعکاس در انواع رسانه انتقال روی می دهد‪.‬‬
‫وقتی که یک ولتاژ به یک گسستگی یا قطعی در کابل می رسد‪ ،‬دوباره باز‬
‫می گردد و این انعکاس سیگنال موجب از بین رفتن دیگر اطالعات می شود‪.‬‬
‫بعلت شکستگی در رسانه انتقال فیبر نوری‬
‫بعلت عبور امواج رادیویی و مایکرویو از الیه های متفاوت جو زمین‬
‫‪24‬‬
‫نویز )‪(Noise‬‬
‫‪ ‬هر پدیده ناخواسته که باعث تغییر اطالعات ارسالی در سیگنالهای‬
‫الکتریکی نوری یا الکترومغناطیسی شود را نویز می نامند‪.‬‬
‫‪ ‬نویز باعث تغییر بیت یک به صفر یا بالعکس می شود‪.‬‬
‫‪ ‬نویز همواره وجود دارد‪.‬‬
‫‪25‬‬
‫عوامل ایجاد نویز‬
‫•دستگاههای جانبی فرسوده‬
‫•نویزهای حرارتی‬
‫•تداخل سیگنالهای چندین سیم حامل اطالعات نزدیک بهم (پدیده ‪)Crasstalk‬‬
‫•نوسانات منبع تغذیه‬
‫•اغتشاشات امواج‬
‫•تداخل امواج رادیویی )‪(Radio Frequency Interference‬‬
‫•اشعه های کیهانی‬
‫•رعد و برق ‪....‬‬
‫‪26‬‬
‫راه مقابله با نویز‬
‫بایستی نسبت توان سیگنال ارسالی به توان سیگنال نویز )‪ (S / N‬را‬
‫حتی االمکان باال نگهداشت تا نویز تاثیری بر اطالعات نداشته باشد‪.‬‬
‫درواقع ‪ SNR‬به معنای نسبت توان آنچه در نظر است (سیگنال) به آنچه مطلوب نیست(نویز) است‪ .‬اگر‬
‫مقدار ‪ SNR‬زیاد باشد یعنی سیگنال توسط نویز خراب نشده است‪.‬‬
‫از آنجایی که ‪ SNR‬نسبت توان دو سیگنال است آن را توسط واحد دسی بل و به صورت رابطه زیر می‬
‫توان بیان کرد‪:‬‬
‫‪27‬‬
‫برخورد )‪(Collision‬‬
‫‪ ‬زمانی که دو بیت از دو کامپیوتر مختلف در یک رسانه انتقال مشترک و‬
‫در یک زمان ارسال می شوند‪ ،‬برخورد رخ می دهد‪.‬‬
‫‪ ‬به طور مثال رسانه انتقال کابل ولتاژ باینری یک ارسالی توسط دو کامپیوتر باعث جمع دو ولتاژ و ایجاد سطح ولتاژ سوم‬
‫می شود که در سیستم باینری دو سطحی قابل تعریف نیست بنابراین آن بیت از دست میرود‪.‬‬
‫‪ ‬روشهای مقابله با برخورد‪:‬‬
‫‪ -1‬اجازه دادن وقوع برخورد‪ ،‬کشف آن و وضع قوانینی که احتمال برخورد را‬
‫کاهش دهد مانند شبکه محلی اترنت‬
‫‪ -2‬جلوگیری از وقوع برخورد مانند شبکه های توکن رینگ و ‪FDDI‬‬
‫‪28‬‬
‫جیتر )‪(Jitter‬‬
‫‪ ‬عملیات سیستم های کامپیوتری مانند محاسبات ‪ ،CPU‬ذخیره و بازیابی اطالعات در‬
‫‪ RAM‬و حتی ارسال اطالعات در رسانه انتقال توسط کارت شبکه با استفاده از پالس‬
‫ساعت انجام می شود‪.‬‬
‫‪ ‬اگر پالس ساعت فرستنده اطالعات با پالس ساعت گیرنده همزمان نباشد موجب جیتر‬
‫می شود‪ ،‬بدین معنی که یک بیت زودتر و یا دیرتر از مورد انتظار گیرنده دریافت می‬
‫شود‪.‬‬
‫‪ ‬جیتر توسط یک سری از روشهای همزمان سازی ساعت به صورت نرم‪ /‬سخت افزاری‬
‫برطرف می شود‪.‬‬
‫‪29‬‬
‫اعوجاج تاخیری )‪(Distortion Delay‬‬
‫• به معنی تغییر شکل موج دریافتی یک سیگنال در سمت گیرنده است‪.‬‬
‫• زیرا معموال یک سیگنال ترکیبی از چندین موج با فرکانس های مختلف‬
‫است و‬
‫• هر موج با فرکانس خاص خود دارای سرعت انتشار خاصی در رسانه‬
‫انتقال است‪.‬‬
‫• بنابراین گیرنده فرکانس های مختلف یک سیگنال را به صورت همزمان‬
‫دریافت نمی کند‪.‬‬
‫‪30‬‬

similar documents