Transcript Braided links

‫شبك ـات و إتصاالت‬
‫د‪.‬عـــادل يوسف أبو القاسم‬
‫محتويات المقــــرر‬
Introduction
The Presentation Layer
The Session Layer
The Transport Layer
The Network Layer
Data Link Layer
The Physical Layer
References
Computer Networks
Computer Networking:
A Top Down Approach
Fifth edition.
Andrew S. Tanenbaum,
David J. Wetherall
Pearson Education, Inc
2011.
Fifth edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, July
2010.
3
What is a Network?
A network consists of 2 or more computers
connected together, and they can
communicate and share resources (e.g.
information)
4
Why Networking?
•Sharing information — i.e. data
communication
• Do you prefer these?
• Or this?
5
•Sharing hardware or software
• E.g. print document
•Centralize administration and support
• E.g. Internet-based, so everyone can access the same
administrative or support application from their PCs
6
‫النماذج المرجعية للشــــبكات‬
‫‪NETWORK REFERENCE MODELS‬‬
‫‪ ‬اهم نموذجين مستخدمين في مجال شبكات الحاسوب‪:‬‬
‫نموذج ‪ OSI‬ونموذج ‪ .TCP/IP‬وبالرغم من ان‬
‫البرتكوالت المتعلقة بنموذج ‪OSI‬لم تعد مستخدمة‬
‫حاليا‪ ,‬ولكن النموذج في حد ذاته ال زال مستخدما‬
‫وخصائص كل طبقة في النموذج ال تزال من االهمية‬
‫بمكان‪.‬‬
‫‪ ‬العكس تماما بالنسبة لنموذج ‪ TCP/IP‬حيث ان‬
‫النموذج في حد ذاته غير مستخدم كثيرا ولكن‬
‫البرتكوالت التي تتبع للنموذج مستخدمة كثيرا في مجال‬
‫الشبكات‪ ,‬لهذا السبب سنذكر تفاصيل النموذجين‪.‬‬
‫نموذج ال ‪(OSI) OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION‬‬
‫‪ ‬تم تطوير نموذج ‪ OSI‬بواسطة ‪International Standards‬‬
‫)‪ Organization (ISO‬كأول خطوة لتوحيد معايير البرتكوالت‬
‫المستخدمة في كل طبقة‪ .‬سمي النموذج ‪Open Systems‬‬
‫‪ Interconnection‬ألنه يقوم بربط االنظمة المفتوحة ‪Open‬‬
‫‪ Systems‬و هي االنظمة المفتوحة او المستعدة لالتصال بأي نظام آخر‪.‬‬
‫‪(OSI) OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION‬نموذج ال‬
‫‪ ‬نموذج ‪ OSI‬له سبع طبقات ‪ ,‬وقد تم الوصول الى هذه الطبقات بناء على‬
‫المبادئ التالية‪:‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫يتم انشاء طبقة اذا احتجنا الى وصف تجريد مختلف‪.‬‬
‫كل طبقة يجب ان تؤدي وظيفة محددة وموضحة تماما‪.‬‬
‫حدود كل طبقة يجب اختيارها بحيث تقلل انسياب البيانات من خالل‬
‫واجهات الطبقة‪.‬‬
‫عدد الطبقات يجب ان يكون كبيرا بحيث ال يتم ادراج وظائف مختلفة في‬
‫نفس الطبقة ‪ ,‬كما يجب ان يكون عدد الطبقات صغيرا بحيث ال تكون‬
‫معمارية النموذج كبيرة ومعقدة‪.‬‬
(OSI) OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION ‫نموذج ال‬
Application Layer ‫طبقة التطبيقات‬
Presentation Layer ‫طبقة التمثيل‬
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
‫طبقة الجلسة‬
‫طبقة النقل‬
‫طبقة الشبكة‬
Data link Layer ‫طبقة ربط البيانات‬
Physical Layer
‫الطبقة الفيزيائية‬
‫الطبقة الفيزيائية ‪PHYSICAL LAYER‬‬
‫‪ ‬تهتم الطبقة الفيزيائية بارسال البتات (‪ )bits‬الخام من خالل‬
‫قناة اتصال‪ .‬حيث تجيب على االسئلة ماهي االشارات‬
‫الكهربية التي ستمثل ‪ 1‬و ‪ , 0‬كم من النانو ثانية تنتهي‬
‫عندها االشارة‪ ,‬هل يمكن ان يتم االرسال في نفس الوقت في‬
‫كال االتجاهين‪ ,‬كيف يتم بدء االتصال ‪ ,‬كيف يتم انهاء‬
‫االتصال‪ ,‬كم عدد ال ‪ pins‬في كل ‪network‬‬
‫‪ connector‬وفيما تستخدم كل ‪pin‬‬
‫طبقة ربط البيانات ‪THE DATA LINK LAYER‬‬
‫‪ ‬وهي الطبقة الثانية في نموذج ‪ OSI‬ويتلخص عمل هذه الطبقة بتهيئة‬
‫البيانات بالشكل المناسب ليتم إرسالها وتسليمها للطبقة الفيزيائية حتى‬
‫تتمكن من نقلها عبر خطوط االتصال‪.‬‬
‫‪ ‬تقوم بهذه المهمة بجعل المرسل يقوم بتقسم البيانات الى مقاطع ‪frames‬‬
‫(حجم ال ‪ frame‬عادة عدد قليل من مئات او اآلف من البايتات)‪,‬‬
‫وارسال هذه ال ‪ frames‬بصورة متسلسلة‪ .‬اذا كانت الخدمة‬
‫‪ reliable‬فأن المستلم يؤكد الوصول السليم لل ‪ frame‬بارسال اشعار‬
‫استالم ‪. acknowledgement‬‬
‫طبقة ربط البيانات ‪THE DATA LINK LAYER‬‬
‫‪ ‬ايضا من االشياء التي تهتم بها طبقة ربط المعطيات هي كيفية حماية‬
‫المرسل الذي يرسل البيانات بصورة سريعة من اغراق المستلم البطيء‬
‫بالبيانات‪ .‬بعض تقنيات حركة البيانات يمكن استخدامها إلعالم المرسل‬
‫متى يكون المستقبل جاهزا الستالم البيانات‪.‬‬
‫‪ ‬شبكات البث ‪ Broadcast networks‬تحتاج الى وظيفة اضافية من‬
‫طبقة ربط المعطيات وهي كيفية التحكم في الوصول للقناة المشتركة‬
‫‪ . shared channel‬هنالك طبقة جزئية من طبقة ربط المعطيات‬
‫تسمى )‪ Medium Access Control (MAC‬تتعامل مع هذه‬
‫القضية‪.‬‬
‫طبقة الشبكة ‪THE NETWORK LAYER‬‬
‫‪ ‬وهي عبارة عن الطبقة الثالثة في نموذج ‪ OSI‬وتستخدم لتوحيد وعنونة‬
‫الرسائل وترجمة العناوين المنطقية واألسماء إلى عناوين فيزيائية تفهمها‬
‫الشبكة ويتلخص عمل هذه الطبقة في القيام بتحديد حجم حزم البيانات‬
‫‪ packet‬حتى يتم تسليمها إلى الطبقة الثانية ‪.‬ايضا تقوم هذه الطبقة بتحديد‬
‫المسار الذي ستسلكه الحزم عند القيام بإرسالها‪.‬‬
‫طبقة النقل ‪THE TRANSPORT LAYER‬‬
‫‪ ‬وهي الطبقة الرابعة في النموذج وهي عبارة عن الطبقة التي تفصل بين‬
‫الطبقات الموجهة للمستخدم ‪ User – Oriented‬والطبقات الموجهة‬
‫للشبكة ‪ Network – Oriented‬وهي الطبقة المسئولة عن ضمان‬
‫تسليم حزم البيانات إلى المستقبل بشكل خالي من األخطاء و دون أن ينقص‬
‫منها أي جزء وكذلك يتم من خاللها التحكم بحركة الرسائل ‪.‬‬
‫طبقة الجلسة ‪THE SESSION LAYER‬‬
‫‪ ‬تسمح طبقة الجلسة للمستخدمين المتواجدين على اجهزة مختلفة‬
‫في الشبكة بانشاء جلسة ‪ session‬بينهم‪ .‬ايضا تقوم طبقة‬
‫الجلسة بإصدار تقارير عن االتصاالت التي تقوم بها األجهزة‬
‫مثال الزمن المستغرق في عملية االتصال وترتيب الرسائل‬
‫المرسلة حسب وقت إرسالها ومدة إرسال الرسالة ‪.‬‬
‫طبقة التمثيل ‪THE PRESENTATION LAYER‬‬
‫‪ ‬تهتم طبقة التمثيل بالقواعد والمعاني للبيانات المرسلة ( ‪syntax‬‬
‫‪ . )and semantics‬ومن اشهر الطرق التي يتم استخدامها في‬
‫تمثيل البيانات طريقة ‪ ASCII‬وطريقة ‪ .Unicode‬تمكن طبقة‬
‫التمثيل من القيام بإجراء التعامل مع جهاز يستخدم ‪ ASCII‬وجهاز‬
‫يستخدم ‪ EBCDIC‬حيث تقوم بالتحويل بينهم ‪.‬‬
‫طبقة التطبيقات ‪THE APPLICATION LAYER‬‬
‫‪ ‬وتتضمن هذه الطبقة جميع التطبيقات وبرامج أنظمة التشغيل التي يحتاجها‬
‫المستخدم ‪ .‬من اهم برتكوالت طبقة التطبيقات هو برتكول ‪ HTTP‬وهو‬
‫يعتبر االساس للشبكة العنكبوتية الدولية ‪.World Wide Web‬‬
How many kinds of Networks?
•Depending on one’s perspective, we can
classify networks in different ways
• Based on transmission media: Wired (UTP, coaxial cables,
fiber-optic cables) and Wireless
• Based on network size: LAN and WAN (and MAN)
• Based on management method: Peer-to-peer and
Client/Server
• Based on topology (connectivity): Bus, Star, Ring …
:
:
19
Transmission Media
Two main categories:
 Guided ― wires, cables
 Unguided ― wireless transmission, e.g. radio,
microwave, infrared, sound, sonar
 We will concentrate on guided media here:
 Twisted-Pair cables:
 Unshielded Twisted-Pair (UTP) cables
 Shielded Twisted-Pair (STP) cables
 Coaxial cables
 Fiber-optic cables

20
Twisted-Pair Cables

21
If the pair of wires are not twisted, electromagnetic
noises from, e.g., motors, will affect the closer wire more
than the further one, thereby causing errors
Unshielded Twisted-Pair (UTP)
Typically wrapped inside a plastic cover (for mechanical
protection)
 A sample UTP cable with 5 unshielded twisted pairs of wires

Insulator
22
Metal
Shielded Twisted-Pair (STP)

23
STP cables are similar to UTP cables, except
there is a metal foil or braided-metal-mesh
cover that encases each pair of insulated wires
Categories of UTP Cables
EIA classifies UTP cables according to the quality:
 Category 1 ― the lowest quality, only good for voice, mainly
found in very old buildings, not recommended now
 Category 2 ― good for voice and low data rates (up to 4Mbps
for low-speed token ring networks)
 Category 3 ― at least 3 twists per foot, for up to 10 Mbps
(common in phone networks in residential buildings)
 Category 4 ― up to 16 Mbps (mainly for token rings)
 Category 5 (or 5e) ― up to 100 Mbps (common for networks
targeted for high-speed data communications)
 Category 6 ― more twists than Cat 5, up to 1 Gbps
24
Coaxial Cables
In general, coaxial cables, or coax, carry signals
of higher freq (100KHz–500MHz) than UTP
cables
 Outer metallic wrapping serves both as a shield
against noise and as the second conductor that
completes the circuit

25
Fiber-Optic Cables
Light travels at 3108 ms-1 in free space and is the
fastest possible speed in the Universe
 Light slows down in denser media, e.g. glass
 Refraction occurs at interface, with light bending
away from the normal when it enters a less dense
medium


26
Beyond the critical angle  total internal
reflection



27
An optical fiber consists of a core (denser
material) and a cladding (less dense material)
Simplest one is a multimode step-index optical
fiber
Multimode = multiple paths, whereas step-index
= refractive index follows a step-function profile
(i.e. an abrupt change of refractive index
between the core and the cladding)

Light bounces back and forth along the core

Common light sources: LEDs and lasers
Advantages and Disadvantages





28
Noise resistance ― external light is blocked by outer jacket
Less signal attenuation ― a signal can run for miles without
regeneration (currently, the lowest measured loss is about
~4% or 0.16dB per km)
Higher bandwidth ― currently, limits on data rates come
from the signal generation/reception technology, not the
fiber itself
Cost ― Optical fibers are expensive
Installation/maintenance ― any crack in the core will
degrade the signal, and all connections must be perfectly
aligned
LAN and WAN
• Local Area Network (LAN)
• Small network, short distance
• A room, a floor, a building
• Limited by no. of computers and distance covered
• Usually one kind of technology throughout the LAN
• Serve a department within an organization
• Examples:
• Network inside the Student Computer Room
• Network inside CF502
• Network inside your home
29
• Wide Area Network (WAN)
• A network that uses long-range telecommunication links to
connect 2 or more LANs/computers housed in different places
far apart.
• Towns, states, countries
• Examples:
• Network of our Campus
• Internet
Your home
WAN
Student Computer
Centre
USA
30
• Example WAN technologies:
•ISDN – Integrated Service Digital
Network
• Basic rate: 192 Kbps Primary rate: 1.544Mbps
•T-Carriers ― basically digital phone lines
• T1: 1.544Mbps
T3: 28T1
•Frame relay
• Each link offers 1.544Mbps or even higher
•ATM – Asynchronous Transfer Mode
• Support B-ISDN: 155Mbps or 622Mbps or higher
•SONET – Synchronous Optical Network
• Basic rate OC1: 51.84Mbps
• Support OC12 and up to OC192 (9953.28Mbps) or even
higher in the future
31
•Example of WAN: Broadband Cable
Network
• Cable TV services have been extensively developed in most
modern cities
• Cable TV companies try to make use of their coaxial cable
installed (that are supposed to carry TV signals) to deliver
broadband data services
• Many cable network wiring has been replaced with hybrid fibercoax (HFC) ― i.e. use of fiber-optic cable to connect to the
subscribers’ buildings, and then the original coaxial cable to
connect to each household
32
Peer-to-Peer Networks
•Peer-to-peer network is also called
workgroup
•No hierarchy among computers  all are
equal
•No administrator responsible for the
network
Peer-to-peer
33
•Advantages of peer-to-peer networks:
• Low cost
• Simple to configure
• User has full accessibility of the computer
•Disadvantages of peer-to-peer networks:
• May have duplication in resources
• Difficult to uphold security policy
• Difficult to handle uneven loading
•Where peer-to-peer network is
appropriate:
•
•
•
•
10 or less users
No specialized services required
Security is not an issue
Only limited growth in the foreseeable future
34
Clients and Servers
• Network Clients (Workstation)
• Computers that request network resources or services
• Network Servers
• Computers that manage and provide network resources and
services to clients
• Usually have more processing power, memory and hard
disk space than clients
• Run Network Operating System that can manage not only
data, but also users, groups, security, and applications on
the network
• Servers often have a more stringent requirement on its
performance and reliability
35
•Advantages of client/server networks
• Facilitate resource sharing – centrally administrate and
control
• Facilitate system backup and improve fault tolerance
• Enhance security – only administrator can have access to
Server
• Support more users – difficult to achieve with peer-to-peer
networks
•Disadvantages of client/server networks
• High cost for Servers
• Need expert to configure the network
• Introduce a single point of failure to the system
36
Topology ― 3 basic types
•How so many computers are connected
together?
Bus Topology
Topology
Ring
Star Topology
Hub
37
• Bus Topology
•
•
•
•
Simple and low-cost
A single cable called a trunk (backbone, segment)
Only one computer can send messages at a time
Passive topology - computer only listen for, not regenerate
data
• Star Topology
• Each computer has a cable connected to a single point
• More cabling, hence higher cost
• All signals transmission through the hub; if down, entire
network down
• Depending on the intelligence of hub, two or more computers
may send message at the same time
38
How to construct a network
with Bus / Star Topology?
Bus Topology
Coaxi
al
cable
Star Topology
BNC T-Connector
Network Card
39
• Ring Topology
• Every computer serves as
a repeater to boost signals
• Typical way to send data:
T
Ac
k
• Token passing
• only the computer who
T
gets the token can send
data
T
• Disadvantages
• Difficult to add computers
T Ac
• More expensive
k
• If one computer fails, whole network fails
T
T
dat
a
T
dat
a
T
T
Ac
dat
a
k
T
T
Ac
k
40
Thank You