Network Concept (مفاهیم شبکه): هدف از این بحث تحلیل Forwarding بسته از یک کامپیوتر و یک APP تا کامپیوتر و یک APP دیگر در همان شبکه است.

 

در این بحث ما روی مدل لایه ای TCP\IP تمرکز خواهیم کرد و به ترتیب همه لایه ها را توضیح خواهیم داد و خواهیم گفت که اتفاقی که در Forwarding بسته روی لایه ها رخ میدهد چگونه خواهد بود و هر لایه چه کاری انجام میدهد تا بسته Forward شود.

TCP\IP:

L4: Application

L3: Transparent

L2: Internet work

L1: Interface

 

لایه TCP\IP یا در واقع Transmission Control Protocol \ Internet Protocol مجموعه قراردادهایی هستند که در جهت اتصال کامپیوتر ها در شبکه مورد استفاده قرار می گیرند. وبه تعریف دیگر قرارداد کنترل انتقال اطلاعات می باشد.

 

Interface Layer :

 

از دو لایه physical layer و data link layer مدل لایه بندی OSI تشکیل شده است.

Physical layer(اترنت): استاندارد های لایه فیزیکی شبکه اترنت عبارتند از :

۱۰ Base 2 , 10 Base 5 , 10 Base T Hub , 10 Base T Switch , 100 base T , 1000 Base T , 1000 Base SX, 1000 Base LX

 

هدف برقراری ارتباط بین نود های یک شبکه (شبکه LAN یا WAN)

تفاوت دو شبکه (از هر نوع شبکه) از دید مدل لایه ای در کدام لایه است؟

1. Application
2. Transportation
3. Internet work
4. Interface

جواب درست گزینه ۴ است.

 

در لایه interface چه مولفه هایی لازم است تا بتوان دو interface داخل یک شبکه را باهم مرتبط کرد؟

فرض: یک مدیای فیزیکی مشترک بین همه سیستم های یک شبکه LAN وجود دارد به طوری که اگر کامپیوتری سیگنالی ارسال نماید، همه کامپیوتر های دیگر آن سیگنال را دریافت میکند.که این مدیای فیزیکی از مولفه های زیر تشکیل شده است:

1. سیستم آدرس دهی (Addressing)
2. کنترل دسترسی به media
3. فرمت فریم ارسالی

 

به طور مثال در اترنت multi to point :

سیستم آدرس دهی = mac address 48 bit

کنترل دسترسی به CSMA\CD = media

فرمت فریم ارسالی = IEEE 802.3

مثال دیگر در WAN point to point :

سیستم آدرس دهی = ندارد

کنترل دسترسی به media = ندارد

فرمت فریم ارسالی = PPP/HDLC

 

مثال : در شبکه مقابل اگر LAPTOP 0 به LAPTOP 1 اطلاعات ارسال کند، فرمت فریم ارسال چگونه خواهد بود؟

 

طبیعی است که در یک شبکه یک کامپوتر،باید آدرس بقیه کامپیوتر ها را داشته باشد.

با استفاده از دستور IPconfig در محیط Command Prompt میتوان آدرس فیزیکی (آدرس لایه ۲ یا MAC) کامپیوتر را به دست آورد.

Layer 2 Protocol:

LAN : Ethernet

         Token Ring

         FDDI

WAN : PPP/HDLC

          Frame Relay

          ATM

 Internet Work Layer :

 

هدف برقراری ارتباط ما بین شبکه های مختلف است که توسط دستگاهی به نام Router این لایه پیاده سازی میشود.

روتر به چه مولفه هایی نیاز دارد تا بتواند با استفاده از آن عمل Routing (پیدا کردن مسیر خروجی مناسب برای بسته) را اجرا کند؟

1. Addressing (آدرس لایه ۳)
2. Routing Table
3. تبدیل آدرس لایه ۳ به آدرس لایه ۲

در این دوره فرض بر این است که پروتکل لایه ۳ همواره IP است.

سوال:چرا در لایه ۳ یا لایه Internetwork نیاز به سیستم آدرس دهی مستقل از سیستم آدرس دهی لایه ۲ داریم؟

سیستم آدرس دهی در لایه ۲ (پروتکل های Ethernet , PPP , ATM) متفاوت است و برای اینکه بتوانیم ما بین شبکه ها ارتباط برقرار کنیم ، نیاز به سیستم آدرس دهی داریم که در همه شبکه ها unique باشد و یکسان عمل کند.ضمنا آدرس لایه ۳ (IP) برای اینکه بتواند در سیستم های بزرگ نیز قابل استفاده باشد، باید دارای قابلیت های زیر باشد:

 

1. محدوده آدرس دهی به اندازه کافی یزرگ باشد.
2. قابلیت گروه بندی داشته باشد.
3. مکان آن تصادفی نباشد. پس مکان های آدرس IP مشخص و غیر قابل جا به جایی میباشد.

 

مثال: در شبکه زیر اگر PC1 یکبار برای PC9 و یکبار برای PC2 اطلاعات ارسال کند،نحوه برقراری این ارتباط چگونه است؟

 

 

الف) اگر PC1 به PC9 بسته ارسال کند به صورت زیر خواهد بود:

PC1: L3 destination address : 192.168.4.10   &   L3 source address : 192.168.3.10

در ارتباط شبکه ای تا آدرس لایه ۳ مقصد (IP ADD) وجود نداشته باشد، امکان برقراری ارتباط وجود ندارد.

ساختار اطلاعات ارسالی در لایه ۳:

 

 

در این مرحله PC1 میفهمد که مقصد در یک شبکه دیگر قرار دارد(از روی گروه و شماره آدرس مقصدکه در مباحث ip add توضیح خواهم داد)،پس باید بسته را تحویل روتر بدهد.

 

PC1: L2 destination address : L2 Address Router ? (mac add router=FE80::206:2AFF:FEB1:7503)

        L2 source address : FE80::206:2AFF:FEB1:7501

PC1 آدرس لایه ۲ روتر را ندارد ، پس از کجا بدست می آورد؟

PC1 آدرس لایه ۳ (IP) روتر را داشته (Default Gateway) و با استفاده از تبدیل آدرس لایه ۳ به لایه ۲، آدرس لایه ۲ روتر را بدست می آورد.

مکانیزم های تبدیل آدرس در پروتوکل های مختلف:

ethernet = ARP

PPP = ندارد

fram relay = Inverse ARP

حالا در روتر R1 داریم:

L2 IP Addressing = مطمان میشود که بسته دریافتی متعلق به خودش است.

L3 IP Addressing = مراجعه به Routing Table

R1 Routing Table:

۱۹۲٫۱۶۸٫۴٫X  Gig0/1  ۱۰٫۱۰٫۱۰٫۲

این جدول به روتر R1 میگوید بسته های به مقصد شبکه ۱۹۲٫۱۶۸٫۴٫۰ باید از اینترفیس Gig0\1 خارج شده و تحویل روتر بعدی به آدرس L3 (یا لایه سه) ۱۰٫۱۰٫۱۰٫۲ شود.

 

Des IP : 192.168.4.10

Src IP : 192.168.3.10

L2 Des ADD : x

L2 Src ADD : X

 

ساختار اطلاعات ارسالی بین روتر های R1 و R2:

 

 

حال بسته وارد روتر R2 شده است و این روتز نیز با استفاده از IP Add مقصد به کمک جول روت خود (Routing Table) مسیر خروجی را پیدا میکند.

 

R2 Routing Table:

۱۹۲٫۱۶۸٫۴٫X  Gig0/0

 

حال در روتر R2 خواهیم داشت:

 

L3 Des Add : 192.168.4.10

L3 Source Add : 192.168.3.10

L2 Des Add : مکانیزم تبدیل آدرس (FE80::201:C9FF:FEBD:7509)

L2 Src Add :  مکانیزم تبدیل آدرس (FE80::201:C9FF:FEBD:7508)

 

چند نکته:

1. آدرس لایه دو یا MAC Add در هر شبکه تغییر میکند.
2. هدر لایه سه یا آدرس IP به صورت End to End ثابت است و تغییر نمیکند.
3. هر روتر قبل از تحویل بسته دریافتی به روتر بعدی آدرس لایه سه روتر بعدی را به آدرس لایه دو تبدیل میکند ، اما آخرین روتر که کامپوتر مقصد در شبکه متصل به آن واقع شده ، آدرس لایه سه یا آدرس IP کامپیوتر مقصد را به آدرس لایه دو تبدیل میکند.
4. با استفاده از دستور ARP -a در محیط command prompt میتوان جدول ARP را ملاحظه نمود.

 

ARP: مکانیزم تبدیل آدرس لایه ۳ به آدرس لایه ۲ در اترنت ARP نامیده میشود.

 

ب)اگر PC1 به PC2 بسته ارسال کند به صورت زیر خواهد بود:

Src IP Add : 192.168.3.10

Des IP Add : 192.168.3.20

Src MAC Add : FE80::206:2AFF:FEB1:7501

Des MAC Add : ?

چون مقصد در همین شبکه است پس از روی جدول ARP مقدار آدرس لایه دو مقصد (FE80::206:2AFF:FEB1:7502) را به دست می آورد.

 

مکانیزم ARP:

 

1. درخواست کننده آدرس MAC مقصد ، فریم ARP Request را تولید کرده و به تمامی کامپیوتر های شبکه ارسال میکند.(آدرس MAC مقصد را آدرس BroadCast یعنی FF.FF.FF.FF.FF.FF قرار میدهد.) و از این طریق در خواست میکند کسی که IP مورد نظر متعلق به او است MAC آدرس خود را به صورت unicast به درخواست کننده ارسال کند.

 

ساختار بسته ARP Request به صورت زیر است:

 

 

۲٫ کامپیوتری که آدرس آن با آدرس ARP Request مطابقت دارد ، ARP Reply را به درخواست کننده ارسال و MAC Add خود را به او اعلام میکند.

ساختار بسته ARP Reply به صورت زیر است:

 

 

وقتی یک اینترفیس یا نود شبکه یا نود کامپوتر آدرس MAC را یاد میگیرد، (Learn) آن را در جدول ARP در حافظه و با مدت زمان Age محدود نگه داری میکند،

اگر این رکودر در مدت زمان Age خود Refresh شود ، Age دوباره تمدید خواهد شد. Refresh شدن یک رکورد در جدول ARP بدین معناست که فریم یا بسته دیگری به همان مقصد ارسال شود.

 

نتیجه گیری:

آموختیم که با استفاده از لایه ۲ و لایه ۳ ، چگونه ارتباط End TO End را میتوان برقرار ساخت.به طوری که دو کامپوتر End میتوانند در هر شبکه ای قرار داشته باشند و همه شبکه ها دارای پروتوکل لایه Internet Work یکسان به نام IP هستند.(شبکه ای مانند Internet)

 

Transport Layer :

 

این لایه وظایف متعددی دارد که در ادامه مبحث آن ها را خواهیم آموخت ، اما در این بخش به مهم ترین وظیفه لایه Transportation اشاره میکنیم تا هدف اصلی این لایه ملموس تر شود.(multiplexing)

 

multiplexing : هدف آن سوار کردن بیش از یک Application به صورت هم زمان بر روی یک Host (کامپوتر) است.

 

 

PC1 دو صفحه yahoo.com و همپنین یک صفحه mail.yahoo.com را باز میکند. بسته هایی که مربوط به دو yahoo.com ، session در PC1 دریافت میشوند و دارای خصوصیات زیر هستند:

 

Src IP :  وب سرور IP

Des IP : PC1

Src MAC : R1

Des MAC : PC1

 

سوال : PC1 از کجا متوجه میشود که هر بسته متعلق به کدام صفحه (یا session) است؟

اگر یک PC تحت شبکه هم زمان چند session باز داشته باشد همه بسته های در یافتی مربوط به همه session ها خصوصیات لایه ۱ ، لایه ۲ و لایه ۳ یکسانی دارند لذا PC نمیتواند تشخیص دهد که بسته به کدام session مربوط است. لذا لایه Transportation با استفاده از دو فیلد Src Port و Des Port این قابلیت را فراهم میکند.

Destination Port: به ازای هر Application یک عدد استاندارد به Des port نسبت داده میشود.

(به عنوان مثال ftp ، پورت های ۲۰ و ۲۱ ، SSH پورت ۲۲ ، Telnet پورت ۲۳ ، SMTP پورت ۲۵ ، DNS پورت ۵۳ ، Web پورت ۸۰ ، POP3 پورت ۱۱۰ ، SNMP پورت ۱۶)

Source Port: در سمت client یک عدد تصادفی بزرگتر از ۱۰۲۴ به ازای هر session تولید میشود.(تا قبل از ۱۰۲۴ به صورت ثابت به Application ها نسبت داده شده است)

 

 

در زمان دریافت بسته ها PC1 از زوی شماره پورت مقصد بسته (که همان شماره پورت تصادفی است) تشخیص میدهد که هر بسته به کدام SESSION تعلق دارد.

نیجه گیری: پورت این قابلیت را به ما میدهد که بتوانیم به صورت هم زمان چندین session روی یک PC برقرار کنیم.

تعریف Encapsulation: به اضافه کردن Header در هر لایه و انتقال بسته به لایه پایین تر encapsulation گفته میشود.

تعریف Decapsulation: به حذف Header در هر لایه و انتقال بسته به لایه بالا تر Decapsulation گفته میشود.

 

 

تعریف فریم ، دیتاگرام و سگمنت:

 

 

واژه packet به بسته ارسالی یا دریافتی بدون ملاحظه لایه گفته میشود.

نکته : لایه چهارم از مدل TCP\IP در واقع تجمیع سه لایه های ۵ و ۶ و ۷ از مدل OSI است. لایه سوم از مدل TCP\IP نیز معادل لایه چهارم از مدل OSI است.لابه دوم نیز معادل لایه سوم از OSI است. و لایه اول نیز تجمیع لایه های ۱ و ۲ از مدل OSI است.

در شکل زیر یک مثال از لایه های شبکه آورده شده است.

 

 

منبع: سایت سابیو