۳-۲-۲-۱- اندازه میدان ۴۶
۳-۲-۲-۲- پیچیدگیهای محاسباتی ۴۶
۳-۲-۳- طرح جامع کدمحور پویا ۴۷
۳-۲-۳-۱- اندازه میدان ۴۹
۳-۲-۳-۲- پیچیدگی محاسباتی ۵۰
عنوان صفحه
۳-۳- تحلیل اجرا ۵۱
۳-۳-۱- تحلیل طرح ۵۱
۳-۳-۱-۱- پهنای باند انتقال ۵۱
۳-۳-۱-۲- تاخیر انتقال مجدد ۵۶
۳-۳-۲- تحلیل طرح ۵۸
۳-۳-۲-۱- پهنای باند انتقال ۵۸
۳-۳-۲-۲- تاخیر انتقال مجدد ۵۹
۳-۴- نتایج عددی ۶۰
۳-۴-۱- محیط شبیه سازی ۶۰
۳-۴-۲- پهنای باند انتقال ۶۰
۳-۴-۳- تاخیر انتقال مجدد ۶۳
۳-۵- نتیجه گیری ۶۴
فهرست منابع و مأخذ ۶۵
پیوست
– واژه نامه فارسی به انگلیسی ۶۸
– واژه نامه انگلیسی به فارسی ۷۲
فصل اول
مقدمه
امروزه با پیشرفت تکنولوژی اطلاعات نیاز به استفاده از امکانات روز جهت تبادل داده ها با سرعت و دقت بالا و رهایی از محدودیتهای محیطی بیشتر احساس می شود بنابراین لازم است از امکانات و تجهیزاتی که بتواند به سادگی و آسانی راه اندازی شود استفاده نمود.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
یکی از راحتترین، سادهترین و کم هزینهترین روشها استفاده از شبکه های کامپیوتری بخصوص شبکه های کامپیوتری بیسیم است.
با توجه به نیاز به اشتراک گذاشتن به موقع داده ها ایده ایجاد شبکه شکل گرفت. کامپیوترهای شخصی ابزارهایی جالب برای تولید انواعی از اطلاعات هستند، اما به شما این اجازه را نمیدهند که به سرعت داده های تولیدی خود را به اشتراک بگذارید. بدون شبکه، اسناد باید چاپ شوند تا دیگران بتوانند آنها را ویرایش کنند یا مورد استفاده قرار دهند. در بهترین حالت میتوانید فایل مربوطه را در اختیار آنها قرار دهید تا در کامپیوتر خود ذخیره کنند. اگر دیگران در آنها تغییراتی ایجاد کنند هیچ راهی برای ترکیب تغییرات وجود ندارد. اگر چند کامپیوتر و یا حتی وسایل دیگری مانند چاپگر و … به یکدیگر متصل شوند، یک شبکه ایجاد می شود که میتوانند اطلاعات را بین یکدیگر به اشتراک گذارند.
در بخش ۱ این فصل به بررسی مفهوم شبکه پرداخته و اجزای شبکه را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در بخش دوم به بررسی شبکه های کامپیوتری میپردازیم. در بخش سوم
شبکه های بیسیم مورد مطالعه قرار خواهند گرفت و بخش ۴ به معرفی شبکه های سیار می پردازد.
-
- شبکه [۱]
یک شبکه از اتصال تعداد بسیاری گره[۲] که جریانی مطلوب در آن وجود دارد به وجود می آید. گرهها نقاطی هستند که در آنها بیش از دو شاخه یا خط ارتباطی[۳] که جریان از طریق آنها عبور می کند، یکدیگر را ملاقات می کنند. شکلی که در ادامه می آید یک شبکه با پنج گره A ، B ،C، D وE را نشان میدهد. این گرهها با خطوط ارتباطی یا شاخه های گوناگونی مانند ، ، ، و… با هم مرتبط شده اند.
شکل ۱-۱- ساختار شبکه
در مهندسی برق یک مثال ساده از شبکه، یک شبکه الکتریکی است که خطوط ارتباطی آن اجزای الکتریکی مانند مقاومت[۴]، خازنها[۵]، القاکنندهها[۶] و اجزای فعال هستند که جریان از طریق این شاخهها عبور و گرههای بسیاری را ملاقات می کند. جریان عبوری از طریق تعدادی از شاخهها به یک گره میرسد و از طریق تعدادی شاخه دیگر از گره خارج میشوند.
در شبکه های حمل و نقل جادهای جادههای مختلف در تقاطعها و یا چهارراه ها، که میتوان از آنها به عنوان یک گره یاد کرد، با یکدیگر برخورد می کنند. جادهها مانند خطوط ارتباطی عمل می کنند و وسایل نقلیه در آنها جریان دارند. دریک تقاطع یک وسیله نقلیه از یک جاده
می آید و به جاده دیگری که در نظر دارد میرود. به صورت مشابه شبکه های ریلی و خطوط هوایی را داریم. شبکه های پستی شبکه هایی هستند که در آنها پیام از مبدأ به مقصد فرستاده می شود. امروزه با ابداع ارتباطات الکترونیکی به شبکه های تلفنی، اطلاعاتی و رادیویی تلویزیونی دسترسی داریم.
سازماندهی شبکه های ارتباطی به صورت گام به گام مورد بحث قرار میگیرند. یک شبکه از گرهها و شاخهها به منظور تسهیل جا به جاییهای فیزیکی تشکیل شده است. جریان از طریق یک گره وارد شبکه می شود و از یک گره به نام گره مقصد از شبکه خارج می شود که این گره به گره مصرف کننده معروف است. هر گرهای می تواند به عنوان یک گره مبدأ و یا مصرف کننده باشد.
-
-
- مولفههای شبکه های ارتباطی
-
گره
در یک شبکه ارتباطی یک گره نقطهای است که در آن بیش از دو شاخه یکدیگر را ملاقات می کنند ممکن است یک شبکه ارتباطی دارای تعداد بسیار زیادی گره باشد که یک گره لزوما به تمام گرهها مرتبط نیست. کار یک گره از شبکه، اتصال مسیر وارد شونده به مسیر خارج شونده است، از این رو سیگنالها میتوانند مسیر خود را به مسیر مطلوبشان برای انتقال پیش رو تغییر دهند. به صورت متعارف در یک شبکه تلفنی، مراکز تلفنی و یا تلفن خانهها نقش گره را بازی می کنند. در یک شبکه اطلاعاتی یک گره یک بسته سوییچ[۷] است که به آن مسیریاب[۸] گفته می شود. برخی از گرهها به خصوص گرههای تغییر پیام یا بسته، دارای بافر و حافظه برای پیامها هستند. چنین گرههایی همانند سوییچهای ذخیره و ارسال کار می کنند. گرهها اعمال دیگری چون یکسان سازی پیامهای دریافتی، آزمایش کردن خروجیها و … را نیز انجام می دهند.
شاخه
شاخه شبکه های ارتباطی اساسا یک رسانگر انتقال[۹] است که یک سیم یا یک کانال رادیویی است. رسانگر انتقالات سیمی می تواند به هر یک از شکلهای جفت سیمهای مسی، کابلهای چند جفتی، کابلهای هممحور[۱۰] و یا فیبر نوری[۱۱] باشند. این سیمها سیگنالها را از یک گره به گره دیگر میبرند. یک کانال بیسیم یک طیف الکترومغناطیسی از فرکانسهای بسیار پایین تا فرکانسهای بسیار بالا شامل موجهای میلیمتری و نوری گسترده شده اند. پهنای باند[۱۲]
کانالهای سیمی یا بیسیم دارای برد عرضی بالایی است می تواند نسبت داده های عبوری را از چند بیت در ثانیه تا چند گیگا – پنتا بیت در ثانیه پوشش دهد. طول این خطوط انتقال با توجه به دلایل متنوعی مانند پراکنش محدود است. در یک شبکه ارتباطی چند منظوره لزومی ندارد که تمام خطوط ارتباطی از یک نوع باشد، بعضی میتوانند خطوط سیمی و بعضی خطوط بیسیم باشند.
هم اکنون یک شبکه ارتباطی را میتوان به صورت گردایهای از گرهها که توسط خطوط ارتباطی با یکدیگر مرتبط هستند تعریف کرد که اطلاعات را از طریق سیگنالها به شکل الکتریکی یا نوری منتقل می کنند. بنابراین گرهها، خطوط ارتباطی و انتقال اطلاعات ویژگی اساسی هر شبکه ای هستند. برخی از معمولترین و شناخته شدهترین و عریضترین شبکه های پیامی[۱۳]، شبکه های پستی[۱۴]، شبکه های تلگرافی[۱۵]، شبکه های تلفنی[۱۶] (ثابت، معمولی و سیار)، شبکه های کامپیوتری[۱۷] و
شبکه های سرگرمی[۱۸] (پخش کننده های تلویزیون یا صوتی) میباشند.
-
-
- مثالهایی از شبکه
-
یک شبکه با توجه به کاربردی که دارد طراحی و به کار گرفته می شود. گونه های بسیاری از شبکه موجود است. شبکه تلگرافی برای ارسال تلگرافها از یک مکان به مکان دیگر مورد استفاده قرار میگیرند. در آنها از سوییچهای پیام به عنوان گره استفاده می شود و اساسا سرویسی با سرعت بسیار پایین ارائه میدهد. از سویی دیگر شبکه های تلکس مانند شبکه های تلفنی کار می کنند و کاربران میتوانند مستقیما پیامهای متنی خود را بدون کمک اپراتور به مقصد مورد نظر ارسال نمایند. شبکه تلفنی برای ارتباطات صوتی بین دو کاربر مورد استفاده قرار میگیرد. یک شبکه کامپیوتری به کاربران این اجازه را میدهد که با بهره گرفتن از شبکه کامپیوتری با هم ارتباط برقرار کنند. داده های صوتی و تصویری میتوانند از طریق شبکه پخش[۱۹] به طور همزمان از یک مبدأ به تعداد زیادی از استفادهکنندهها ارسال شود.
به منظور بیشتر مشخص شدن مفهوم شبکه، شبکه کامپیوتری را مورد بحث قرار میدهیم.
۱-۲- شبکه کامپیوتری
با توجه به استفاده گسترده از کامپیوترها، دیگر استفاده از آنها به یک مکان خاص محدود نمی شود و نیاز به اینکه کامپیوترها در مکانهای مختلف با یکدیگر مرتبط شوند احساس می شود. یک شبکه کامپیوتر که اغلب از آن به عنوان شبکه یاد می شود، از گروهی از کامپیوترها و وسیله ها تشکیل شده است که توسط کانالهای ارتباطی با یکدیگر مرتبط هستند و ارتباط بین کاربران را آسان میسازد. یک شبکه به کاربران این اجازه را میدهد که از منابع و اطلاعات به صورت مشترک استفاده کنند. بر اساس پراکندگی جغرافیایی کامپیوترها اساسا سه نوع شبکه موجود است که در ادامه به آنها اشاره میکنیم [۷].
شبکه های محلی (LAN)[20]
در این نوع شبکه، کامپیوترها و دیگر وسایل ارتباطی در یک محیط کوچک به یکدیگر مرتبط هستند. محیط می تواند یک ساختمان یا مجموعه ای از ساختمانها در یک محوطه باشد. نمونه ای از شبکه محلی، شبکه کتابخانهای است که مورد استفاده قرار میگیرد[۷].
شبکه های شهری (MAN)[21]
اساسا یک شبکه شهری بزرگتر از شبکه های محلی است و عموما از ساختاری مشابه استفاده می کنند که می تواند گروهی از دفاتر مجاور و یا در یک شهر را پوشش دهد و می تواند خصوصی و یا عمومی باشد [۷].
شبکه های گسترده (WAN)[22]
در این شبکه کامپیوترها میتوانند از یکدیگر دورتر باشند و شهرها، کشورها و یا حتی قارهها را پوشش دهند. کامپیوترها میتوانند از طریق خطوط تلفن[۲۳]، امواج رادیویی[۲۴] و فیبر نوری به یکدیگر متصل شوند [۷].
شبکه ها به دوگروه کلی تقسیم میشوند که عبارتند از شبکه های نظیر به نظیر[۲۵] و شبکه های سرویس دهنده محور[۲۶].
تفاوت بین شبکه های نظیر به نظیر و سرویسدهنده محور بسیار مهم است، زیرا هر یک دارای قابلیت های متفاوت هستند. نوع شبکه ای که شما آن را اجرا میکنید به عوامل بسیاری از جمله اندازه سازمان، سطح امنیت، نوع کار، سطح مدیریت شبکه، حجم ترافیک شبکه و بودجه شبکه وابسته است.
شبکه های نظیر به نظیر
تعریفهای مختلفی از سیستم نظیر به نظیر ارائه شده است که به طور کلی آن را سیستمی میدانند برای اشتراک منابع و سرویسهای کامپیوتر با انجام تبادل مستقیم بین آنها و در محیطی که اتصالات پایدار و آدرس های قابل پیش بینی وجود ندارد و سیستم نمیتواند متکی به یک سرویس دهنده متمرکز باشد استفاده می شود.
در یک شبکه نظیر به نظیر هیچ سرویس دهندهای وجود ندارد و یا بین کامپیوترها درجهبندی صورت نمیگیرد. تمام کامپیوترها یکسان هستند و از این رو نظیر یکدیگر میباشند. عموما هر کامپیوتر به عنوان یک سرویس گیرنده[۲۷] و یک سرویس دهنده[۲۸] عمل می کند و هیچ یک مسئول اداره کردن کل شبکه نمیباشند. در این نوع شبکه ها کاربر هر کامپیوتر مشخص می کند که چه دادههایی در کامپیوترش در شبکه به اشتراک گذاشته شود و کاربران مسئول کامپیوتر خود و امنیت آن میباشند.
شبکه نظیر به نظیر یک نوع شبکه ساده است و از آنجایی که هر کامپیوتر خودش به عنوان یک سرویس گیرنده و یک سرویس دهنده کار می کند، دیگر نیازی به یک سرویس دهنده مرکزی و قدرتمند نیست و در نتیجه شبکه های نظیر به نظیر نسبت به شبکه های سرویس دهنده محور ارزانتر هستند.
شبکه نظیر به نظیر می تواند خالص یا ترکیبی[۲۹] باشد. در مدل خالص هیچ سرویس دهنده متمرکزی وجود ندارد. در مدل ترکیبی، هر گره از طریق یک سرویس دهنده به سیستم وارد می شود که این سرویس دهنده می تواند برای شناسایی گره و اطلاعات دارای مجوز ورود بکار رود. بعد از ورود به سیستم جفتها بطور مستقیم و بدون دخالت سرویس دهنده با هم ارتباط برقرار
می کنند.
شبکه های نظیر به نظیر هنگامی مورد استفاده قرار میگیرند که :
- تعداد کامپیوترها از ۱۰ کمتر باشد.
- تمام کاربران در یک مکان قرار گرفته باشند.
- امنیت شبکه مهم نباشد.
- در آینده نیازی به توسعه شبکه نباشد.
در ادامه نمونه ای از شبکه های نظیر به نظیر نشان داده شده است [۱۸، ۲۶].
شکل ۱-۲- نمونه ای از شبکه های نظیر به نظیر
انتخاب یک روش نظیر به نظیر معمولا به دلیل یک یا چند مورد از اهداف زیر صورت میگیرد.
تقسیم و کاهش هزینه
راه اندازی یک سیستم متمرکز که بتواند از سرویس گیرندههای زیادی پشتیبانی کند، هزینه زیادی را به سرویس دهنده تحمیل خواهد کرد. معماری نظیر به نظیر می تواند کمک کند تا این هزینه بین تمام گرهها تقسیم شود.
افزایش قابلیت اعتماد
بدلیل عدم وجود یک منبع قدرتمند مرکزی، قابلیت اعتماد در سیستم یکی از اهداف مهم به شمار می آید و بنابراین باعث نوآوریهای الگوریتمی در این زمینه می شود.
افزایش خودمختاری
در بسیاری از موارد کاربران در یک شبکه توزیع مایل نیستند که متکی به یک سرویس دهنده متمرکز باشند چون متکی بودن به یک سرویس دهنده متمرکز باعث محدود بودن آنها
می شود. مثلا در مورد کاربرد اشتراک فایل، کاربران میتوانند بطور مستقیم فایلهای یکدیگر را دریافت کنند بدون آنکه متکی به یک سرویس دهنده متمرکز باشند که ممکن است مجوز دریافت فایل را به آنها ندهد.
گمنامی
این واژه وابسته به همان خودمختاری می شود. کاربران ممکن است مایل نباشند که هیچ کاربر دیگری یا سرویس دهندهای اطلاعاتی در مورد سیستم آنها داشته باشد. با بهره گرفتن از یک سرویس دهنده مرکزی نمی توان از گمنامی مطمئن بود، چون حداقل سرویس دهنده باید بگونهای بتواند سرویسگیرنده را شناسایی کند، مثلا با بهره گرفتن از آدرس اینترنتی آن. با بهره گرفتن از معماری نظیر به نظیر چون پردازشها به صورت محلی انجام می شود، کاربران
میتوانند از دادن اطلاعاتی در مورد خودشان به دیگران اجتناب کنند.
پویایی
فرض اولیه سیستمهای نظیر به نظیر این است که در یک محیط کاملا پویا قرار داریم. منابع و گرهها میتوانند آزادانه به سیستم وارد و از آن خارج شود.
شبکه های سرویس دهنده محور
در محیطی که تعداد کامپیوترها زیاد باشد شبکه های نظیر به نظیر مناسب نمی باشد و از این رو شبکه ها باید دارای سرویس دهنده مشخصی باشند. سرویس دهنده تنها به عنوان سرویس دهنده عمل می کند و نیاز اجزای شبکه را سریعا برآورده می کند و امنیت فایلهای شبکه را بر عهده دارد.
هنگامی که اندازه و ترافیک شبکه افزایش مییابد بیش از یک سرویس دهنده در شبکه مورد نیاز است. تقسیم کارها بین سرویس دهندهها تضمین کننده اجرای هر کار به بهترین روش ممکن در شبکه است. نمونه ای از شبکه های سرویس دهنده محور در شکل ۱-۳ نشان داده شده است [۱۸].
شکل ۱-۳- نمونه ای از شبکه های سرورمحور
۱-۲-۱- ساختار شبکه
ساختار شبکه به شکل شبکه اشاره دارد. چگونگی اتصال گرههای مختلف در یک شبکه به یکدیگر و انتقالات بین آنها با ساختار شبکه معین میگردد. چهار نوع معمول از ساختار شبکه موجود است که در ادامه به آن اشاره میکنیم.
۱-۲-۱-۱- ساختار گذر[۳۰]
در این ساختار تمام وسیله ها به یک کابل مرکزی به نام گذر یا ستون فقرات[۳۱] متصل هستند. سادگی، کم هزینه بودن و توسعه آسان این شبکه از نقاط قوت آن است و نقطه ضعف عمده این شبکه آن است که اگر کابل اصلی که به عنوان پل ارتباطی بین کامپیوترهای شبکه است، قطع شود، کل شبکه از کار خواهد افتاد [۱۸].
شکل ۱-۴- ساختار گذر
۱-۲-۱-۲- ساختار ستارهای[۳۲]
در این ساختار تمام وسیله ها به یک هاب[۳۳] مرکزی متصل هستند. گرهها با عبور داده ها از هاب با یکدیگر ارتباط دارند. نقطه ضعف این شبکه این است که عملیات کل شبکه به هاب وابسته است و اگر هاب از کار بیافتد کل شبکه از کار خواهد افتاد.
نقاط قوت شبکه ستارهای عبارتند از:
- نصب شبکه با این ساختار ساده است.
- توسعه شبکه با این ساختار به راحتی انجام می شود.
- اگر یکی از خطوط متصل به هاب قطع شود فقط یک کامپیوتر از شبکه خارج
می شود [۱۸].
شکل ۱-۵- ساختار ستارهای
۱-۲-۱-۳- ساختار حلقوی[۳۴]
در این ساختار تمام وسیله ها به شکل یک حلقه بسته به یکدیگر متصل هستند بنابراین هر وسیله مستقیما به دو وسیله دیگر در ارتباط است که در دو طرف آن قرار دارند.
نقطه ضعف شبکه های حلقوی این است که به سخت افزار پیچیده نیاز دارد. (کارت شبکه آن گران قیمت است)
و نقاط قوت شبکه های حلقوی عبارتند از:
- نصب شبکه با این ساختار ساده است.
- توسعه شبکه با این ساختار به راحتی انجام می شود [۱۸].
شکل ۱-۶- ساختار حلقوی
۱-۲-۱-۴- ساختار مش[۳۵]
در این ساختار وسیله ها از طریق ارتباطات فراوان بین گرهها به یکدیگر متصل هستند. در یک شبکه مش هر گره با تمام گرهها ارتباط دارد. مزیت این نوع شبکه این است که هر کامپیوتر با سایر کامپیوترها ارتباطی مجزا دارد که دارای بالاترین درجه پایداری و اطمینان است. اگر یک کابل از شبکه ارتباطی در ساختار مش قطع شود شبکه همچنان فعال باقی خواهد ماند. ضعف اساسی شبکه های مش آن است که از تعداد زیادی خطوط ارتباطی استفاده می کند، به خصوص هنگامی که تعداد ایستگاهها افزایش مییابد، به همین دلیل این ساختار از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
شکل ۱-۷- ساختار مش
۱-۲-۲- اجزای شبکه
اجزای اساسی شبکه عبارتند از سخت افزار شبکه [۳۶]، رسانههای انتقال و نرم افزار شبکه[۳۷].
۱-۲-۲-۱- سخت افزار شبکه
جزء اصلی یک شبکه کامپیوتری سخت افزار شبکه است. کامپیوترها در یک شبکه به دو گروه سرویس دهنده و سرویس گیرنده تقسیم می شود. کامپیوتر سرویس دهنده کامپیوتری است که دارای قدرت و سرعت بالاتری است، سرویس گیرندهها به سرویس دهنده متصل هستند و در شبکه های نظیر به نظیر هیچ سرویس دهندهای وجود ندارد.
۱-۲-۲-۲- رسانههای انتقال
انتقال داده ها و عبور سیگنالها از انتقال دهنده به گیرندهها از طریق یک مسیر صورت میگیرد که این مسیر رسانه نام دارد.
رسانههای هدایت شده[۳۸]
در این گونه رسانه ها داده ها از طریق مسیرهای فیزیکی انتقال مییابند، گونه های متفاوتی از کابلها در این رسانه ها مورد استفاده قرار میگیرند که با توجه به ساختار شبکه انتخاب میشوند، که گونه هایی از آنها عبارتند از کابلهای هممحور، زوج سیمهای به هم تابیده شده مسی[۳۹] و کابل فیبرنوری.
رسانههای هدایت نشده[۴۰]
در این رسانه ها هیچ سیمی وجود ندارد و اطلاعات از طریق امواج رادیویی یا مایکروویو انتقال مییابند.
۱-۲-۲-۳- نرم افزار شبکه
نرم افزار شبکه مجموعه ای از نرم افزارهاست که به کامپیوترهایی که با هم در ارتباط هستند اجازه میدهد که به صورتی راحت و کم هزینه از نرم افزارها استفاده کنند. نرم افزار شبکه عملکرد هر سیستم شبکه را کنترل مینماید، به عنوان مثال کنترل می کند که چه کسانی اجازه استفاده از شبکه را دارند، چه زمانی میتوان از شبکه استفاده کرد، کاربران اجازه انجام چه کارهایی را دارند و چه منابعی برای شبکه در دسترس میباشد.
کارت شبکه (NIC)[41]
هر کامپیوتر به یک کارت شبکه نیاز دارد، که به هر ایستگاه اجازه میدهد تا با سایر ایستگاهها تبادل اطلاعات کنند.
سوییچ[۴۲]
سوییچها اساسا پلهای ارتباطی[۴۳] هستند که چندین قسمت دارند و قسمت های مختلف شبکه را به یکدیگر متصل می کنند.
هاب
یک هاب برای متصل کردن چندین کامپیوتر و وسیله از طریق کابلهای خاص استفاده
می شود. هابها ارزان هستند و اتصالها آسان صورت میگیرد[۱۸].
مسیریاب
در محیطی که قسمت های مختلفی از شبکه وجود دارد، ممکن است یک پل ارتباطی به منظور اطمینان از ارتباطات سریع میان قسمت های مختلف، کافی نباشد. در چنین محیطی وسیلهای لازم است که نه تنها آدرس هر قسمت از شبکه را بداند بلکه بتواند بهترین مسیر را برای ارسال داده ها به قسمت های مختلف تعیین کند، به چنین وسیلهای مسیریاب گویند. مسیریابها نسبت به پلهای ارتباطی اجازه دسترسی به اطلاعات بیشتری را دارند و از این اطلاعات به منظور مدیریت بهتر ترافیک در شبکه استفاده می کنند. مسیریابها گاهی مدخل[۴۴] نیز نامیده میشوند [۱۸].
۱-۲-۳- چگونه شبکه ها داده ها را ارسال می کنند؟
معمولا داده ها به صورت فایلهایی با اندازه های بزرگ میباشند. اگر کامپیوترها همزمان تعداد زیادی داده را در شبکه قرار دهند، شبکه نمیتواند به درستی کار کند و سرعت شبکه کاهش مییابد. مقادیر زیاد داده به عنوان یک واحد بزرگ عملکرد شبکه را مختل مینماید و ارتباطات را امکانناپذیر میسازد، زیرا کامپیوترها کابلها را توسط داده ها پر کرده اند. از آنجایی که کاربران مایل هستند داده ها را به سرعت و به آسانی در شبکه عبور دهند، داده ها باید به قسمت های کوچک و قابل اداره شکسته شوند، که به این قسمت ها بسته[۴۵] گفته می شود.
بستهها واحدهای اساسی شبکه های ارتباطی هستند. با تقسیم داده ها به بستهها، انتقالات مجزا به سرعت صورت میپذیرد و از این رو هر کامپیوتر در شبکه شانس بیشتری برای انتقال و دریافت اطلاعات دارد. در کامپیوتر گیرنده، بستهها جمعآوری میشوند و به منظور بدست آوردن داده اصلی با ترتیبی مناسب سرهمبندی میشوند.
هنگامی که کامپیوتر فرستنده، داده ها را به بستهها میشکند، اطلاعات کنترلی خاصی را در هر یک از بستهها قرار میدهد که از طریق آن :
- داده اصلی از طریق قسمت های کوچک غیر جفت شده ارسال میگردد.
- داده ها به ترتیب صحیح در مقصد با هم جفت میشوند.
- داده ها برای بررسی خطا بعد از جفت شدن بررسی میشوند.
بستهها میتوانند شامل انواع بسیاری از اطلاعات شامل پیامها، فایلها و یا داده های کنترلی خاص کامپیوتری باشند. مولفههای بسته عبارتند از:
- یک آدرس مبدا[۴۶] که نشانگر کامپیوتر فرستنده است.
- دادهای که میخواهیم آن را انتقال دهیم.
- یک آدرس مقصد[۴۷] که نشانگر گیرنده است.
- دستوری که به اجزای شبکه میگوید که چگونه داده ها را انتقال دهند.
- اطلاعاتی که به کامپیوتر گیرنده میگوید که چگونه به منظور داشتن داده کامل، بستهها را به یکدیگر مرتبط کند.
- اطلاعات بررسی کردن خطا که تضمین می کند داده ها بدون نقص دریافت شده اند [۱۸].
شکل۱-۸- بسته داده ها
۱-۳- شبکه های بیسیم[۴۸]
منظور از شبکه های بیسیم اتصال دو یا چند کامپیوتر و ایجاد یک شبکه محلی با بهره گرفتن از امواج رادیویی جهت ارسال و دریافت اطلاعات و داده ها و یا اصطلاحا سرویس انتقال میباشد. کامپیوترها در شبکه بیسیم توسط امواج رادیویی داده ها را منتقل مینمایند که این امر باعث می شود بتوان فایلها، چاپگر و دسترسی به اینترنت را با هر کامپیوتر موجود در شبکه به اشتراک گذاشت.
شبکه های بیسیم ، که سریعا در حال رشد و توسعهاند. این نوع شبکه دارای تجهیزات ساده بوده و نصب تجهیزات آن آسان است و قابل حمل میباشد. در شبکه های بیسیم نیازی به سیمکشیهای طویل و دراز نیست.
اگر سازمانی از یک شبکه بیسیم استفاده کند، کاربران قادر خواهند بود هر جا به صورت آنلاین با سایر کامپیوترها و چاپگرها ارتباط پیدا کنند. با بهره گرفتن از شبکه های بیسیم میتوان عملیات زیادی انجام داد که در شبکه های سیمی امکان آنها وجود ندارد، یعنی سایر تکنولوژیهای شبکه دارای انعطاف و قابلیت شبکه بیسیم نیستند. به همین دلیل
استفادهکنندگان از شبکه های بیسیم روز به روز افزایش مییابند. اگر شخصی متصل به شبکه های بیسیم باشد، محدودیتی از نظر مکان ندارد، یعنی شخص می تواند در هتل، فرودگاه، مرکز همایش و حتی کافیشاپ و یا سایر محلها در صورت وجود پوشش، بدون هیچ محدودیتی با سرعت خیلی بالا به شبکه بیسیم متصل شده و قابلیت استفاده از آن را داشته باشد [۳۱].
۱-۳-۱- قابلیت شبکه های بیسیم
شبکه های بیسیم دارای قابلیت های زیرند:
- امکان ارتباطات موقت در شبکه.
- پشتیبانی از شبکه موجود.
- فراهم آوردن درجهای معین از قابلیت حمل[۴۹].
- گسترش دادن شبکه فراتر از محدودیتهای کابلهای مسی یا حتی فیبر نوری [۱۸].
۱-۳-۲- کاربردهای شبکه بیسیم
بکار بردن مشکل کابلها در شبکه باعث می شود که شبکه های بیسیم بسیار مورد قبول واقع شوند. شبکه های بیسیم در موارد زیر بسیار مورد استفاده قرار میگیرند:
- محیطهای شلوغ مانند راهروها و محیطهای پذیرش.
- ساختمانها و محیطهای منفرد.
- بخشهایی که گاهی محیط فیزیکی آنها تغییر می کند.
- ساختارهایی مانند ساختمانهای تاریخی که سیم کشی در آنها مشکل میباشد و … [۱۸].
۱-۳-۳- شبکه های بیسیم محلی [۵۰]
یک شبکه بیسیم معمولی به جز در رسانگر مانند شبکه های سیمی عمل می کنند. در این نوع شبکه ها به یک نقطه دسترسی[۵۱] و یک کارت شبکه نیاز خواهد بود [۱۸].
نقطه دسترسی
نقطه دسترسی دستگاهی برای برقراری ارتباط بین دستگاههای بیسیم و سیمی به یکدیگر است
که کار انتشار و دریافت سیگنالها را از کامپیوترهای اطراف برعهده دارد.
استفاده از نقاط دسترسی روش بسیار مفیدی جهت توسعه شبکه های بیسیم میباشد. در این حالت امکان اتصال به شبکه های سیمی یا اشتراک گذاری مودم پهن باند نیز وجود دارد.
در کل دو نوع نقطه دسترسی وجود دارد:
- نقاط دسترسیهایی که به عنوان یک پل بین شبکه بیسیم و شبکه های سیمی بکار میرود.
- نقاط دسترسیهایی که در آنها مسیریاب نیز تعبیه شده است و این مسیریاب باعث
می شود که تمام کامپیوترهای موجود در شبکه به صورت اشتراکی به اینترنت دسترسی داشته باشند [۱۸].
کارت شبکه
هر یک از دستگاههای موجود در یک شبکه بیسیم به یک کارت شبکه بیسیم نیاز خواهند داشت.
۱-۳-۴- تکنیکهای انتقال
شبکه های بیسیم محلی از چهار تکنیک به منظور انتقال داده ها استفاده می کنند:
- مادون قرمز[۵۲]
- لیزر[۵۳]
- امواج رادیویی پهن باند[۵۴]
- امواج ( تقسیم داده های مورد نظر به بخشهای کوچکتر جهت ارسال با بهره گرفتن از فرکانسهای گسسته و قابل دستیابی در هر زمان) [۱۸].
۱-۴- شبکه های سیار[۵۵]
یک شبکه سیار که گاهی اوقات شبکه مش سیار نامیده می شود، خود یک شبکه متشکل از لوازم سیار (متحرک) است که توسط خطوط بیسیم با هم مرتبط هستند. هر وسیله در یک آزاد است که به صورت مستقل و در هر جهتی حرکت کند و از این رو گاهی خطوط ارتباطی خود را با سایر وسیله ها تغییر دهد. بنابراین ساختار شبکه به صورت تصادفی و بسیار سریع در زمانهای غیرقابل پیش بینی تغییر می کند. از آنجایی که هر گره دارای برد انتقالی محدودی است تمام پیامها نمی توانند به تمام گرههای مورد نظر برسند. برای حفظ ارتباط در کل شبکه در یک مسیر از مبدا به مقصد مسیر از چندین گره همسایه میانی میگذرد. هر یک از وسیله ها باید جریان را بدون درنظر گرفتن استفاده خود بفرستد و از این رو یک مسیریاب هستند. اولین ادعا در ساخت یک مجهز کردن هر وسیله به نگهداری پیوسته اطلاعات مورد نیاز برای راه عبور مناسب است. چنین شبکه هایی میتوانند خودشان به تنهایی کار کنند یا ممکن است به شبکه بزرگتری منتقل شوند.
هدف ها این است که سیار بودن را در حیطه خود گسترش دهند. کاربرد وسیع از تکنولوژی در محیطهایی است که تغییر ساختار به صورت پویا مورد نیاز است و شبکه بیسیم در دسترس نیست. به عنوان مثال در میدانهای جنگ، جستجوهای اضطراری، موقعیتهای امداد و نجات و ….
افزایش لپ تاپها و شبکه های بیسیم باعث شده است که از سالهای ۱۹۹۰ تا ۱۹۹۵ به موضوع پژوهشی مورد پسندی تبدیل شود[۱۰].
فصل دوم
کدگذاری شبکه
مقدمه
هدف شبکه های ارتباطی انتقال اطلاعات بین گرههای مبدا و مقصد است. اولین سوالی که در طرحریزی شبکه پیش می آید این است که چگونه میتوان اطلاعات انتقال یافته در شبکه را افزایش داد. اخیرا نشان داده شده است که توانایی شبکه در انتقال اطلاعات می تواند به صورت چشمگیری بهبود یابد، این کار با بهره گرفتن از کدگذاری شبکه صورت میگیرد. کدگذاری شبکه حیطه پژوهشی جدیدی است که کاربردهای بسیار جالبی در سیستمهای شبکه کاربردی دارد. با بهره گرفتن از کدگذاری شبکه، گرههای میانی به جای ارسال ساده اطلاعات، جریانی از اطلاعات را ارسال مینماید که ممکن است پیچیدهتر از اطلاعات دریافتی پیشین باشد، به عنوان مثال گرههای میانی میتوانند ترکیبات خطی از اطلاعاتی را که پیش از این دریافت کرده اند، ارسال کنند. این شیوه ارسال اطلاعات کلید افزایش بازده بالقوه و قوای با درجه بالاتر میباشد که در اینجا قوا به معنای کاهش برگشت بستهها و آسانکردن پیادهسازی الگوریتمهای توزیع است [۱۱،۴].
در بخش ۱ این فصل به بررسی عمل ساده میپردازیم و در بخش ۲ کدگذاری شبکه را مورد مطالعه قرار میدهیم سپس در بخش ۳ پهنای باند و در بخشهای ۴ و۵ و۶ به ترتیب توزیعهای تکی[۵۶]، همگانی[۵۷] و چندگانه[۵۸] را بررسی میکنیم و در ادامه در بخش ۷ توزیع قابل اعتماد را مورد بحث قرار میدهیم.
۲-۱- عمل
عمل منطقی ترکیب مجزا[۵۹] (ناسازگار) که گاهی یای ناسازگار[۶۰] نیز نامیده می شود و با نمادهای یا ) نمایش داده می شود، یک ترکیب فصلی روی دو عملوند است که نتیجه آن تنها هنگامی درست است که دقیقا یکی از عملوندها درست باشند ( این یا دیگری ولی نه هر دو).
جدول زیر ترکیب دو عملوند و را تحت عمل نشان میدهد.
جدول ۲-۱- ترکیب دو عملوند A وB تحت عمل XOR
INPUT
OUTPUT
A
B
A XOR B
۰
۰
۰
۰
۱
۱
۱
۰
۱
۱
۱
۰
یک سیستم با بهره گرفتن از یای مجزا یا ( و{F وT} ) یک گروه آبلی است. ترکیب
عملگرهای Λ و روی مولفههای {F وT} میدان را تولید می کند. اگر سه داده ورودی داشته باشیم، نتیجه هنگامی درست است که دقیقا یکی ازاین داده ها درست باشد. اگر تعداد زیادی داده ورودی داشته باشیم، نتیجه هنگامی درست است که تعداد فرد از داده ها درست باشد.
۲-۲- کدگذاری شبکه[۶۱]
امروزه شبکه های ارتباطی در اساس عمل مشترک هستند، خواه بستهها در اینترنت یا سیگنالها در شبکه های تلفنی باشند، اطلاعات مانند عبور اتومبیلها در بزرگراه یا انتقال جریان در لولهها انتقال مییابند. یعنی جریان داده های مستقل ممکن است در منابع اشتراک داشته باشند، اما اطلاعات خودشان مجزا باشد. مسیریابی، ذخیره سازی داده ها و به طور کلی تمام اعمال شبکه بر فرض ارسال ساده اطلاعات استوار است. کدگذاری شبکه حیطه جدیدی است که این فرض را میشکند و به جای ارسال ساده اطلاعات، گرهها میتوانند چند بسته ورودی را با هم ترکیب کنند و به صورت یک یا چند بسته خروجی درآورند. مثالی ساده در زمینه
شبکه های بیسیم ساختاری با سه گره است که در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.کدگذاری خطی شبکه در حالت کلی مشابه این مثال است با این تفاوت که در آن عمل جای خود را به ترکیبات خطی میدهد.
شکل ۲-۱مثالی ساده از کدگذاری شبکه.
گره های و میخواهند بستهها را از طریق گره میانی رد و بدل کنند. گره بسته و گره بسته را میفرستد و در ادامه به جای و توزیع میگردد و و میتوانند بستههای مورد نظر خود را احیا کنند و در این حالت تعداد انتقالات کاهش مییابد.
کدگذاری شبکه در حیطههایی که تنها اطلاعات جزیی و یا غیر قطعی برای تصمیم گیری در دسترس است، بسیار مناسب میباشد. دریافت موفقیتآمیز اطلاعات، به دریافت حجم مشخصی از بستهها وابسته نیست بلکه به دریافت تعداد کافی از بستههای مستقل وابسته است[۴].
۲-۲-۱- کدگذاری خطی شبکه [۶۲]
سیستمی را در نظر بگیرید که مانند یک مسیریاب یا یک گره در یک شبکه توزیع نظیر به نظیر به ارسال اطلاعات می پردازد. در روشهای سنتی هنگامی که بستههای اطلاعاتی به تعدادی از گرهها میرسیدند، آن گرهها نیز به آسانی همین کار را تکرار میکردند. با بهره گرفتن از کدگذاری شبکه، به گره این اجازه را میدهیم که تعدادی از بستههایی که دریافت کرده است را با هم ترکیب کند و به یک یا چند بسته خروجی تبدیل نماید. فرض کنید که هر بسته شامل بیت باشد. هنگامی که بستههایی که میخواهند با هم ترکیب شوند دارای اندازه یکسان نباشند، بستههایی با اندازه کمتر با دنبالهای از صفرها افزوده میشوند. میتوانیم بیت متوالی از یک بسته را به صورت نمادی روی میدان معرفی کنیم و هر بسته شامل یک بردار با مولفه میباشد. با استفاده ازکدگذاری خطی شبکه، بستههای خارج شده ترکیب خطی از بستههای اصلی هستند، جاییکه جمع و ضرب روی میدان انجام می شود. دلیل انتخاب چارچوب خطی این است که الگوریتمها برای کدگذاری[۶۳] و از کد خارج کردن[۶۴] بسیار قابل فهم هستند.
ترکیبات خطی سلسلهوار نیستند، اگر ما بستههایی به طول را با هم ترکیب کنیم، بسته کدگذاری بدست آمده دارای طول است. یک بسته کدگذاری شده عموما شامل اطلاعاتی در مورد چندین بسته اصلی است[۴].
۲-۲-۲- کدگذاری
فرض کنید که تعدادی بسته اصلی ، توسط یک یا چند منبع تولید شده اند. در کدگذاری خطی شبکه هر بسته در شبکه به دنبالهای از ضرایب در مرتبط است و ، این مجموع برای هر مولفه استفاده می شود، یعنی جاییکه و به ترتیب امین مولفه هستند. به منظور ساده سازی فرض میکنیم که هر بسته شامل ضرایب که بردار کدگذاری نامیده می شود و داده کدگذاری شده که بردار اطلاعات نامیده می شود، است. بردارهای کدگذاری به منظور از کد خارج کردن داده ها توسط گیرندهها استفاده می شود. به عنوان مثال، بردار کدگذاری ، جاییکه ۱ مولفه ام است، به این معناست که بردار اطلاعات برابر است. کدگذاری می تواند به صورت بازگشتی انجام گیرد. گرهای را در نظر بگیرید که مجموعه از بستههای کدگذاری شده را دریافت و ذخیره کرده است. جاییکه بردار کدگذاری امین بسته و بردار اطلاعات امین بسته است. این گره می تواند بسته کدگذاری شده جدید را با انتخاب یک مجموعه از ضرایب را تولید و ترکیب خطی را محاسبه نماید[۴].
۲-۲-۳- از کد درآوردن
فرض کنید که یک گره مجموعه را دریافت کرده است. به منظور بازیابی بستههای اصلی لازم است که دستگاه را حل کنیم. (جاییکه ها مجهول هستند.) این دستگاه خطی دارای معادله و مجهول است. به منظور داشتن شانس احیای تمام داده ها باید داشته باشیم ، یعنی تعداد بستههای دریافت شده باید حداقل به بزرگی اندازه بستههای اصلی باشد. برعکس شرط شرط کافی نیست، چون برخی از ترکیبها باید مستقل خطی باشند[۴].
۲-۲-۴- چگونه ترکیبات خطی را انتخاب کنیم؟
مساله کدگذاری شبکه این است که هر گره شبکه چه ترکیب خطی را انجام دهد. یک الگوریتم ساده این است که هر گره در شبکه به طور یکنواخت و به صورت تصادفی ضرایب را روی میدان به روشی کاملا مستقل و غیر متمرکز، انتخاب کند. با کدگذاری تصادفی شبکه، احتمالات قطعی از انتخاب ترکیبات مستقل خطی موجود است. این احتمالات به اندازه میدان مربوط است. نتایج شبیه سازی شده حاکی از آن است که برای میدانهایی با اندازه کوچک (مثلا ) احتمالات ناچیز و اندک است. الگوریتمهایی نیز موجودند که میتوان با بهره گرفتن از آنها کدهای شبکه را طراحی کرد. این الگوریتمها مشخص می کنند که هر گره در شبکه چه ترکیبات خطی را روی بستهها پیاده کند و از آنجایی که هر گره از ضرایب خطی ثابتی استفاده می کند، لازم است که بستهها تنها بردار اطلاعات را با خود حمل کنند [۴].
۲-۲-۵- ملاحظات عملی
در این بخش ابتدا به مبحث از کد خارج کردن اشاره میکنیم. از کد درآوردن نیازمند حل ی
