روش­هاي تحويل ديتاگرام در شبكه Datagram Delivery

مهمترين نوع آدرس دهي به شکل تحويل بسته به يک مقصد است که به آن Unicast مي­گوييم . آدرس دهي Unicast بين منبع و مقصد ارتباط يک به يک برقرار مي­کند . علاوه براين نوع آدرس ، سه شکل ديگر آدرس دهي نيز وجود دارد که در آدرس دهي چندمقصدی به کار مي­روند که شامل : Broadcast و Multicast است .

UniCast

پروتکلهايي بدون اتصال هستند قادر به تحويل پيامها به چهار شکل مذکور مي­باشند ولي پروتکل­هاي با اتصال تنها از آدرس دهي Unicast استفاده مي­کنند . (زيرا مي­بايست اتصالي بين زوج ميزبانها به وجود آيد)

Broadcast

اين آدرسها تنها به عنوان آدرسهاي مقصد مورد استفاده قرار مي­گيرند و براي يک منبع آدرس معتبري نيستند . چند نوع آدرس Broadcast داريم که در زير به آنها اشاره مي­کنيم :

Limited Broadcast : از آدرس 255 ، 255 ، 255 ، 255 کليه بيتهاي آدرس IP را يک مي­کند . در اين حالت بسته به کليه ميزبانهاي شبکه ارسال مي­گردد و کليه ميزبانها نيز ضمن تشخيص ، آن را دريافت مي­کنند. مسيريابها چنين بسته­هايي را هدايت نمي­کنند. البته در اين مورد استثنايي وجود دارد و آن مسيريابهايي هستند که پروتکل BootP در آن پياده سازي شده است تا در يک شبکه حاوي چند مسيرياب ايستگاههاي کاري بدون ديسک قادر به سرويس­گيري از سرویس­دهنده راه­انداز خود باشند. هدايت به شکل BootP يک ترکيب بندي اختياري است که در بعضي مسيريابها خاص قابل پياده سازي است. اگر چنين امکاني وجود نداشته باشد يک سرویس­دهنده BootP مجزا براي هر زير شبکه نياز است .

Network Direct Broadcast Address : چنين مدلي از آدرس دهي براي شبکه­هاي بدون زيرشبکه مناسب است . در اين فرم شماره شبکه يک مقدار معين قرار داده شده ولي در آدرس ميزبانها کليه بيتها يک قرار داده مي­شود. براي مثال ( 255 ، 255 ، 2 ، 128 ) مسيريابها چنين آدرس­هايي را هدايت کرده و آن را به شبکه خاص اعلان شده تحويل مي­دهند . در داخل شبکه اين بسته به کليه ميزبانها ارسال مي­گردد . از اين فرم آدرس دهي در شبکه­هاي بدون زير شبکه براي درخواست ARP استفاده مي گردد .

Subnet-Directed Broadcast Address : اگر شماره شبکه اي مقدار صحيحي داشته باشد و آدرس زيرشبکه­ها نيز مقادير صحيحي باشند اگر مقدار بيتهاي آدرس در بخش ميزبان همگي يک باشند ، اين آدرس به کليه ميزبانهاي يک زيرشبکه خاص اشاره خواهد کرد. از آنجائيکه ممکن است زيرشبکه مبدا و مقصد Mask آدرس يکساني نداشته باشند، مسيرياب متصل کننده شبکه­ها مي­بايست قادر به انتشار بسته­ها بين زير شبکه­ها باشند.

All Subnet Directed Broadcast Address : اگر آدرس شبکه مقدار مشخصی باشد و کليه بيتهاي بخش آدرس زيرشبکه و آدرس محلي مانند 255 ، 255 ، 2 ، 128 يک باشند ، آدرس به تمام ميزبانها در تمام زيرشبکه­هاي آن شبکه معين اشاره مي­کند. اصولا در چنين حالتي نياز است که مسيرياب براي هر زيرشبکه اي بسته­ها ارسال کند ولي در عمل نياز به چنين مسيريابي نيست و کافي است به صورت Broadcast روي شبکه اصلي انجام گيرد. براي مثال فرض کنيد در يک شبکه اي با آدرس کلاس A مي­خواهيم بسته اي را به کليه زيرشبکه­ها و ميزبانهايشان ارسال کنيم. آدرس ميزباني در يکي از زيرشبکه­ها ( 114 ، 214 ، 180 ، 9 ) باشد، براي ارسال بسته به اين ميزبان و کليه ميزبانهاي زيرشبکه آدرس پخشي به صورت 255 ، 214 ، 180 ، 9 است. حال آدرس پخشي براي کليه زيرشبکه­ها را در نظر مي­گيريم 255 ، 255 ، 255 ، 9 لذا مشاهده مي­شود به جاي ارسال بسته به تک تک زيرشبکه­ها از يک آدرس پخشي کلي در شبکه مي­توان به سادگي استفاده نمود.

Multicast

بسته ديتاگرام IP وقتي به صورت Broadcast به زيرشبکه اي ارسال مي­شود کليه ميزبانها بسته را دريافت مي­کنند و فرآيند پردازش را روي آن انجام مي­دهند. اين پردازش شامل بررسي پروتکل هدف بسته مي­باشد و در صورتي که پروتکل مقصد در بسته، روي ميزبان فعال نباشند بسته دور انداخته مي­شود. اگر پروتکلي روي تعدادي از ميزبانها فعال باشد يا به عبارت ديگر تعدادي از ميزبانها در شبکه به عنوان مقصد بسته باشند، براي همه آنها استفاده از آدرس Broadcast موجب سربار پردازش بسته­ها در ساير ميزبانها مي­گردد. براي اجتناب از چنين مسئله اي با انتخاب گروهي از ميزبانها به عنوان مقصد و با استفاده از آدرس دهي چندگانه مي­توان به اين هدف رسيد. آدرس دهي گروهي ميزبانها با استفاده از آدرس دهي کلاس چندگانه قابل انجام است.

براي هر آدرس چندگانه، گروهي از ميزبانها که تعداد آنها مي­توانند از صفر تا چندين ميزبان متغير باشد. منتظر دريافت بسته­ها خواهند شد که آدرس آنها با آدرس Multicast اختصاص داده شده به آنها يکي باشد. به اين مجموعه از ميزبانها که از يک آدرس Multicast استفاده مي­کنند گروه ميزبان ( Host Group ) گويند. بسته­هايي که به آدرس چندگانه ارسال مي­شود تنها به اعضاي گروه ميزبان متناسب ارسال مي­گردد .

Anycast

گاهي گروهي از ميزبانها سرويس IP يکساني را براي درخواست کنندگان سرويس فراهم کنند. به عنوان مثال ميزباني مي­خواهد فايلي را از شبکه با استفاده پروتکل FTP دريافت کند. اين فايل در چند سرور FTP قرار دارد. ميزبان با اتصال به هريک از سرويس­دهنده­ها مي­توانند سرويس خود را دريافت کند. از اينرو سرويس­دهنده­ها با گره­هايي که سرويسهاي مشابهي را ارائه مي کنند، مي­توانند يک آدرس Anycast را اختيار نمایند تا ميزبانهايي که مي­خواهند از سرويس آنها استفاده کنند تنها با اتصال به يکي از اين سرويس­دهنده­ها، سرويس خود را دريافت کنند .

پروتکلهاي مسيريابي شبكه هاي كامپيوتري Routing Protocols

شبکه­ هاي Mobile Ad hoc عمل مسيريابي به دلايلي همچون متحرک بودن و نبود سيستم کنترلي متمرکز از اهميت بالايي برخوردار می­باشد، لذا مطالعه و بررسي بيشتري را مي­ طلبد. قبل از بررسي اين پروتکلها بايد توجه نمود که هدف از الگوريتمها و استراتژيهاي مسيريابي جديد، کاهش سربار ناشي از مسيريابي در کل شبکه, يافتن مسيرهاي کوتاه­تر و انتقال صحيح داده­ها و اطلاعات مي­باشد.

تقسيم بنديهاي مختلفي در مورد پروتکلهاي مسير يابي شبکه­هاي Mobile ad hoc وجود دارد که عبارتنداز:

جدول1-1: پروتکلهاي مسير يابي شبکه­هاي Mobile ad hoc

Hybrid	ZRP ( Zone Routing Protocol )
Reactive-On demand driven	SSR ( Signal Stability Routing ) DSR ( Dynamic Source Routing ) TORA ( Temporary Ordered Routing Algorithm ) AODV ( Ad hoc on Demand Distance Vector Routing ) RDMAR ( Relative Distance Micro diversity Routing)
Pro active-Table Driven	DSDV ( Destination Sequenced Distance Vector) WRP ( Wireless Routing Protocol ) CSGR ( Cluster Switch Gateway Routing) STAR ( Source Tree Adaptive Routing)

1.Table driven Pro active - :

در پروتکلهاي از اين نوع, گره­ها مدام در حال جستجوي اطلاعات مسيريابي جديد درون شبکه هستند به صورتي که حتي با تغيير مکان گره­ها در صورت نياز به راحتي مي­توان مسير مناسبي را يافته و براي ارسال و دريافت اطلاعات بين هر دو گره استفاده نمود. به عبارت بهتر مي­توان گفت که در اين شبکه­ها مسير­ها از قبل موجود هستند و به محض آنکه گره­ای اقدام به ارسال داده به گره ديگري نماید، قادر خواهد بود مسير موجود را از روي اطلاعات از قبل جمع آوري شده شناسايي کرده و استفاده نماید، بنابراین تاخيري در اين مورد متوجه گره نمی­باشد.

DSDV : اين پروتکل بر مبناي الگوريتم کلاسيک Bellman-Ford بنا شده است. در اين حالت هر گره ليستي از تمام مقصدها و نيز تعداد hop ها تا هر مقصد را تهيه مي­کند. هر مدخل ليست با يک عدد شماره گذاري شده است. براي کاهش حجم ترافيک ناشي از بروزرساني مسيرها در شبکه از بسته­هاي افزونه استفاده مي­شود. تنها مزيت اين پروتکل اجتناب از به وجود آمدن حلقه ­هاي مسيريابي در شبکه­هاي شامل مسيريابهاي متحرک است. بدين ترتيب اطلاعات مسيرها همواره بدون توجه به اين که آيا گره در حال حاضر نياز به استفاده از مسير دارد يا نه در دسترس مي باشد.

معايب : پروتکلDSDV نيازمند پارامترهايي از قبيل بازه زماني بروزرساني اطلاعات و تعداد بروزرساني هاي مورد نياز مي­باشد.

WRP : اين پروتکل بر مبناي الگوريتم پيدا کردن مسير بنا شده، با اين استثنا که مشکل تعداد نامتنهاهي از Hop ها را برطرف کرده است. در اين پروتکل هر گره چهار جدول تهيه مي­کند: جدول فاصله , جدول مسيريابي , جدول هزينه پيوند و جدولي در مورد پيامهايي که بايد دوباره ارسال شوند. تغييرات ايجاد شده در پيوندها از طريق ارسال و دريافت پيام ميان گره­هاي همسايه اطلاع داده مي­شوند.

CSGR : در اين پروتکل گره­ها به دسته­ها يا خوشه­هايي تقسيم بندي مي­شوند . هر گروه يک سرايند خوشه دارد که مي­تواند گروهي از ميزبان­ها را کنترل و مديريت کند. از جمله قابليتهايي که عمل خوشه بندي فراهم مي­کند مي­توان به اختصاص پهناي باند و کانال دسترسي اشاره کرد. اين پروتکل از DSDV به عنوان پروتکل مسيريابيي زيربنايي خود استفاده مي­کند. در اين نوع هر گره دارای يک جدول مسيريابي و يک جدول مريوط به عضويت در گره­هاي مختلف را فراهم می­نماید.

معايب : گره­اي که سرآيند واقع شده سربار محاسباتي زيادي نسبت به بقيه دارد و به دليل اينکه بيشتر اطلاعات از طريق اين سرآيندها برآورده مي­شوند. در صورتي که يکي از گره­هاي سرآيند دچار مشکل شود کل و يا بخشي از شبکه آسيب مي­بيند.

STAR : اين پروتکل نياز به بروزرساني مداوم مسير­ها نداشته و هيچ تلاشي براي يافتن مسير بهينه بين گره­ها ندارد.

2. On demand Reactive - :

در اين نوع پروتکل مسيرها تنها زماني کشف مي­شوند که مبدا اقدام به برقراري ارتباط با گره ديگري کند. زماني که يک گره بخواهد با گره ديگري ارتباط برقرار کند بايستي فرايند کشف مسير را در شبکه فراخواني کند.در اين حالت قبل از برقراری ارتباط, تاخير قابل توجهي مشاهده مي­شود.

SSR : در اين پروتکل، مسيرها بر مبناي قدرت و توان سيگنالهای بين گره­ها انتخاب مي­شوند. بنابراين مسيرهايي که انتخاب مي­شوند نسبتا قوي تر هستند. اين پروتکل را مي­توان به 2 بخش DRP (پرتکل مسيريابي پويا) وSRP (پروتکل مسيريابي ايستا) تقسيم کرد. DRP مسئول تهيه و نگهداري جدول مسيريابي و جدول مربوط به توان سيگنالها مي­باشد.SRP نيز بسته ­هاي رسيده را بررسي مي­کند تا در صورتي که آدرس گره مربوط به خود را داشته باشد آن را به لايه­ هاي بالاتر بفرستد و در غير اين صورت به شبکه ارسال می­نماید.

DSR : در اين نوع , گره­هاي موبايل بايستي cache هايي براي مسير­هايي که از وجود آنها مطلع هستند فراهم کنند. دو فاز اصلي براي اين پروتکل در نظر گرفته شده است :کشف مسير و بروزرساني مسير. فاز کشف مسير درخواستي يا پاسخ بسته­ها و فاز به روز رساني مسير از تاييدها و خطاهاي پيوندي استفاده مي­کند.

TORA : بر اساس الگوريتم مسيريابي توزيعی بنا شده و براي شبکه ­هاي متحرک بسيار پويا طراحي شده است. اين الگوريتم براي هر جفت از گره­ها چندين مسير تعيين مي­کند و نيازمند ساعت همزمان مي­باشد. سه عمل اصلي اين پروتکل عبارتند از :ايجاد، بروزرساني و از بين بردن مسير.

AODV : بر مبناي الگوريتم DSDV بنا شده با اين تفاوت که به دليل مسيريابي تنها در زمان نياز ميزان Broad casting را کاهش مي­دهد. الگوريتم کشف مسير تنها زماني آغاز به کار مي­کند که مسيري بين دو گره وجود نداشته باشد.

RDMAR : اين نوع از پروتکل فاصله ي بين دوگره را از طريق حلقه­هاي راديويي و الگوريتمهاي فاصله­يابي محاسبه مي­کند. اين پروتکل محدوده جستجوي مسير را مقدار مشخص و محدودي تعيين مي­کند تا بدين وسيله از ترافيک ناشی از flooding در شبکه کاسته باشد.

3. Hybrid (Pro-active / Reactive) :

اين مورد با ترکيب دو روش قبلي سعي در کاهش معايب نموده و از ويژگيهاي خوب هر دو مورد بهره مي­برد. اين پروتکل جديدترين کلاس پروتکلها در اين راستا مي­باشد. معروفترين پروتکل از اين نوع ZRP (پروتکل مسيريابي منطقه اي) می­باشد. اين پروتکل از ويژگيهاي نوع Pro active براي مسيريابي گره­هاي نزديک به هم و از ويژگيهاي نوع واکنشي براي مسيريابي گره­هاي دورتر استفاده مي­کند.

ZRP : نوعي از خوشه بندي است با اين تفاوت که در اين پروتکل هر گره خود سرآيند بوده و به عنوان عضوي از بقيه خوشه­ها مي­باشد، همجنین به دليل ترکيبي بودن کارايي بهتري دارد.

لازم به ذكر مي­باشد كه دو نوع پروتكل مسيريابي DSDV و DSR كاربرد فراواني در شبكه­هاي MANET (شبكه هاي چند عامله) دارند.

شبکهMobile ad hoc) MANET)

شبكه­ هاي بيسيم

سيستمهاي بيسيم از حدود سالهاي 1980 مورد استفاده بوده و تاکنون شاهد نسلهاي اول, دوم و سوم اين تکنولوژي بوده­ ايم. اين نوع سيستمها بر اساس يک ساختار مرکزي و کنترل شده مانند access point عمل مي­کنند. نقاط دسترسي به کاربران امکان مي­دهند با تغيير مکان خود همچنان بتوانند به شبکه متصل بمانند. اما با اين حال به دليل حضور چنين نقاط ثابتي در شبکه محدوديتهايي بروز مي­کنند. به عبارتي در مکانهايي که امکان برقراري ساختار ثابت و هميشه پايدار وجود ندارد اين نوع تکنولوژي نمي­تواند پاسخگو باشد. با پيشرفتها و دستاوردهاي اخير بشري و به وجود آمدن blue tooth , نوع جديدي از سيستمهاي بيسيم يعني شبکه­هاي Mobile ad hoc معرفي شدند. شبکه­هاي Mobile ad hoc يا “short live” مي­توانند در غياب ساختاري ثابت و متمرکز عمل نمايند. بدين ترتيب در مکانهايي که امکان راه­ اندازي سريع يک شبکه ثابت وجود ندارد کمک بزرگي محسوب مي­شوند. شايان ذکر است که واژه ad-hoc لاتين بوده و به معني " فقط براي اين منظور" مي­باشد.

شبکه Mobile Ad hoc سيستم خودکاري متشکل از گر­ه­هاي موبايل و يا متحرکي است که توسط پيوندهاي بيسيم به يکديگر متصل شده اند. هر گره هم به عنوان سيستم نهايي و هم به عنوان مسيرياب براي بقيه گره­هاي موجود در شبکه به کار مي­رود. در چنين شبکه­اي هر کاربري مي­تواند در حالي که با گره يا گره­هاي ديگري در حال ارتباط است مکان خود را تغيير دهد.

مسير بين هر جفت از کاربران ممکن است داراي پيوندهاي چندگانه بوده و نيز راديوي بين آنها ناهمگن باشد.

پروتکل معروف IEEE 802.11 قادر به تامين امکانات شبکه­هاي Ad hoc در مواقعي که access point وجود ندارد اما در سطح پايين­تري مي­باشد. در اين حالت گره­ها مي­توانند اطلاعات را در شبکه ارسال و دريافت کنند اما قادر به مسيريابي نيستند. شبکه­هاي mobile ad hoc يا به صورت مجزا و ايزوله و يا در ارتباط با بقيه شبکه­ ها همچون اينترنت عمل مي­کنند. اين شبکه­ه ا توانسته­اند روياي اتصال به شبکه در هر مکان و هر زماني را به واقعيت تبديل نمايند. يکي از کاربردهاي بسيار واضح اين نوع شبکه در محلهاي گرد آمدن افراد با کامپيوترهاي قابل حمل است که به راحتي مي­توانند تشکيل شبکه بدهند.

انواع شبکه­ هاي بيسيم:

شبکه­ هاي بيسيم بر 3 نوع هستند:

شبکه­ هاي زيرساخت

شبکه ­هاي بيسيم : معمولا از پيوندهاي راديويي (802.11) و يا اشعه ي مادون قرمز استفاده مي­کنند. انعطاف پزيري بالايي را در محدوده اي که اين امکان در آن قرار داده شده است ايجاد کرده و پهناي باند کمتري نسبت به شبکه­ هاي سيمي دارند.

شبکه­ هاي Ad hoc: زماني که زيرساخت موجود نيست گزينه مناسبي به شمار مي­روند و نسبت به دو نوع قبل گران تر هستند.

انواع شبکه­های بیسیم Ad hoc

1. Smart sensor Networks: متشکل از چندين حسگر هستند که در محدوده جغرافيايي معيني قرار گرفته اند. هر حسگر داراي قابليت ارتباطي بيسيم و هوش کافي براي پردازش سيگنالها و امکان شبکه­سازي است.

2. Mobile ad hoc networks (MANET) : مجموعه مستقلي شامل کاربران متحرک است که از طريق پيوندهاي بيسيم با يکديگر ارتباط برقرار مي­کنند. براي اتفاقات غيرقابل پيش بيني اتصالات و شبکه­هاي متمرکز کارا نبوده و قابليت اطمينان کافي را ندارند. لذا MANET راه حل مناسبي است.گره­هاي واقع در MANET مجهز به گيرنده و فرستنده­هاي بيسيم بوده و از آنتن هايي استفاده مي­کنند که ممکن است از نوع Broad cast و يا نظير يه نظير باشند.

شبکهMobile ad hoc (MANET)

MANET مجموعه­اي از گره­هاي متحرک مجهز به گيرنده و فرستنده به منظور برقراري ارتباطات بيسيم می­باشد. گره­هاي متحرک به دليل وجود محدوديتهايي در فرستنده و گيرنده­هاي خود نمي­توانند با تمام گره­ها ارتباط مستقيم برقرار کنند. به همين دليل لازم است در مواردي که امکان برقراري چنين ارتباط مستقيمي وجود ندارد داده­ها از طريق بقيه گره ­ها که در اين حالت نقش مسيرياب را ايفا مي­کنند منتقل شوند. با اين حال متحرک بودن گره­ها باعث شده شبکه مدام در حال تغيير بوده و مسيرهاي مختلفي بين دو گره به وجود آيد. عوامل ديگري همچون Multi hopping , اندازه بزرگ شبکه, ناهمگوني انواع ميزبانها، تنوع نوع, ساختار آنها و محدوديت توان باتريها، طراحي پروتکلهاي مسيريابي مناسب را به يک مشکل جدي بدل کرده است. براي اين منظور بايستي از پروتکلهاي مناسب و امني استفاده شود که در ادامه به آنها خواهيم پرداخت ]12,15[ .

همچنين گره­ها هيچ دانش پيشيني نسبت به توپولوژي شبکه­اي که در محدوده آنها برقرار است ندارند و بايستي از طريقي به آن پی ببرند. روش رايج اين است که يک گره جديد بايستي حضور خود را اعلام کرده و به اطلاعات broad cast شده از همسايگان خود گوش دهد تا بدين ترتيب اطلاعاتي در مورد گره­ هاي اطراف و نحوه دسترسي به آنها به دست آورد.

ديگر مسائل , مشکلات و محدوديتهاي موجود در اين شبکه­ ها:

خطاهاي ناشي از انتقال و در نتيجه اتلاف بسته

حضور پيوندهاي با ظرفيت متغير

قطع و وصل شدن­هاي زياد و مداوم

پهناي باند محدود

طبيعت broad cast ارتباطات

مسيرها و توپولوژيهاي متغير و پويا

طول کم شارژ باتري ابزار متحرک

ظرفيتها و قابليتهاي محدود گره­ها

نياز به کاربردهاي جديد (لايه کاربرد)

کنترل ميزان تراکم و جريان داده­ها (لايه انتقال)

روش­هاي آدرس دهي و مسير يابي جديد(لايه شبکه)

تغيير در وسايل و ابزار آلات اتصالي (لايه پيوند)

خطاهاي انتقال ( لايه ي فيزيکي )

کاربردهاي شبکه Mobile ad hoc :

انجام عمليات محاسباتي توزيعی و مشارکتي

در وقوع حوادث ناگوار همچون زمين لرزه , سيل و ... که امکان آسيب ديدگي ايستگاه­هاي ثابت وجود دارد .(در شبکه با ساختار ثابت در صورت آسيب ديدن ايستگاه اصلي ممکن است کل شبکه از کار بي­افتد.)

عمليات جستجو و نجات

و موارد نظامي . . .