1. جدول همسایگی - neighbor table
2. جدول توپولوژی - topology table
3. جدول مسیریابی - routing table
اما واقعا چرا سه جدول وجود دارد و این جداول به چه دردی می خورند؟
از جدول همسایگی شروع می کنیم و در ادامه بحث جداول دیگر هم بررسی می شوند.
در روتینگ پروتکل EIGRP به دو دلیل جدول همسایگی در روتر تشکیل می شود:
1. اینکه چک کنند همسایه ها زنده و alive هستند.
2. پارامترهای همسایگی را با هم چک کنند.
که اگر یکی از این دو دلیل نقض بشود همسایه ابتدا از جدول همسایگی پاک می شود . سپس از جدول توپولوژی پاک می شود و در پایان از چدول مسیریابی نیز پاک می شود.
برای چک کردن جدول همسایگی در روتینگ پروتکل EIGRP ، این دستور را باید در محیط Privilege بزنیم:Router-1#show ip eigrp neighbors
با اجرای این دستور جدول همسایگی به ما نمایش داده می شود.(من دو روتر را بواسطه اینترفیس سریال به یکدیگر متصل کردم و بین آن ها eigrp اجرا کرده ام.)

من دو روتر را بواسطه اینترفیس سریال به یکدیگر متصل کرده ام و بین آن ها روتینگ پروتکل eigrp را اجرا کرده ام.
در روتر دوم دستور show ip eigrp neighbors را زدم و تصویر بالا به دست آمد.
خب در این جدول یک سری نماد هست که دونه دونه به توضیح اونها می پردازم.
1. H: برگرفته از کلمه Handle هست که از این شماره برای شناسایی neighbor router ها استفاده می شود. در اینجا عدد 0 قرار داده شده است.
2. Address: این ستون مربوط به آی پی آدرس روترهای همسایه است. که در اینجا آی پی 10.10.10.2 قرار داده شده است که آی اینترفیس سریال روتر همسایه است.
3. Interface: این ستون مربوط به اینترفیس لوکال همین روتر هست که بواسطه آن با روتر مجاورت ارتباط برقرار کرده است.
4. HoldTime : این ستون نیاز به کمی توضیح دارد.
همانطور که می دانید در EIGRP هر روتر طبق زمان بندی، هر پنج ثانیه یکبار برای همسایگانش پیغام های Hello میفرستد. روتر مقابل 15 ثانیه برای پیغام های Hello صبر می کند و اگر تا 15 ثانیه پیغام Hello همسایه اش به دستش نرسد می فهمد که همسایه اش یا لینک ارتباطی Down شده است. به این زمان 15 ثانیه ای HoldTime میگویند. همانطور که در تصویر می بینید HoldTime از 15 شروع میشود و به 11 رسیده است. اگر از ده کمتر شود. معلوم است که اتفاقی برای همسایه افتاده است. اگر به صفر برسد دیگه مطمئن می شود که حتما اتفاقی افتاده است.
5. Uptime : نشانگر مدت زمانی است که این همسایه UP شده است.
6. SRTT: نیاز به کمی توضیح دارد.
SRTT مخفف Smooth Round Trip Timer می باشد. در eigrp بسته ها به صورت Reliable فرستاده می شود. یعنی چی؟ یعنی حتما باید روتر مقابل Acknowledge یا تصدیق بدهد که بسته را دریافت کرده است. البته غیر از پیغام های Hello که نیاز به تصدیق یا Ack ندارند. دلیل Reliable فرستاده شدنش هم این هست چون یکبار بیشتر بسته ها را نمی فرستد. مثلا مثل RIP نیست که هر 30 ثانیه یکبار کل روتینگ تیبل رو تو شبکه Advertise کند ، که اگر دفعه اول نگرفت سی ثانیه بعد بگیرد. بلکه یکبار کلش رو می فرستد و دفعه های بعدی فقط تغییرات رو می فرستد.
خب سوال اینجاست، حالا وقتی آپدیت ارسال شد، تا چه مدت اگر Acknowledge گرفته نشد، آپدیت را مجددا بفرستد؟
پاسخ به این سوال ، توضیح SRTT هست.EIGRP می گوید این مدت زمان نسبی است و کاملا به جایی که این روتینگ پروتکل اجرا می شود ربط دارد و در جاهای مختلف متفاوت است و دقیقا نمی شود یک زمان خاصی را تعیین کرد.EIGRP از یک روشی استفاده می کند. EIGRP می آید ، Delay و تغییرات بسته های قبلی را محاسبه می کند و کلیتی در رابطه با دو همسایه به دست می آورد و به یک مدت زمانی می رسد. این مدت زمان همان SRTT یا Smooth Round Trip Timer می باشد.
به طور خلاصه SRTT میانگین زمان ارسال و دریافت پکت ها ، از یک روتر به روتر همسایه می باشد.
7. RTO : توضیحش در ادامه می آید.
خب ما SRTT را متوجه شدیم و زمانی به دست آمد. از طریق این مدت زمان که به صورت میانگین محاسبه شده است RTO یا Retransmission Time Out به دست می آید.
RTO که به صورت نسبی به دست آمده است مدت زمانی است که اگر Acknowledge از روتر مقابل نیامد ، آپدیت ها را مجددا برایش می فرستد. این زمان بر حسب میلی ثانیه هست.
8. Q cnt: برگرفته از Queue Count می باشد و بیان کننده تعداد پکت هایی است که در صف ارسال، منتظر ارسال می باشند که اگر مشکل ترافیک شبکه نداشته باشد این عدد حتما باید صفر باشد.
9. Seq Num: که برگرفته از Sequence Number می باشد و نشاندهنده تعداد آخرین بسته های Update، Query و Reply هست که از روتر همسایه دریافت شده است.
خب. همانطور که دیدید پارامترهای جدول همسایگی رو با هم بررسی کردیم. به صورت کلی دو تا روتر به صورت زیر با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند.

با توجه به تصویر ابتدا به یکدیگر سلام می کنند (مرحله 1)بعد از پایان این مرحله جدول همسایگی ساخته خواهد شد.
سپس روتر دوم یک کپی کامل از اطلاعات مسیریابی اش را برای روتر اول می فرستد (مرحله 2)
روتر اول تصدیق می کند که بسته به دستم رسید(مرحله 3)
سپس روتر اول که اطلاعات کامل مسیریابی روتر دوم را دریافت کرد ، باتوجه به اطلاعات جدول توپولوژی اش را می سازد که شامل کلیه مسیرها و مقصدهای مختلف می باشد.(مرحله 4)
روتر اول نیز یک کپی کامل از اطلاعات مسیریابی اش برای روتر دوم می فرستد (مرحله 5)
روتر دوم نیز تصدیق می کند (Acknowledge) که اطلاعات به دست من رسید و بر طبق آن جدول توپولوژی اش را تکمیل می کند(مرحله 6)
و بر طبق جدول توپولوژی در هر دو روتر جدول مسیریابی ساخته می شود.
- K1 یا Bandwidth
- K2 یا Load
- K3 یا Delay
- K4 یا Reliability
- K5 یا MTU
بنابراین این فرمول یک متریک Composite می باشد.
اما معمولا از پنج پارامتر بالا تنها Bandwidth و Delay در فرمول برای محاسبه Metric استفاده می شوند.
بنابراین پارامتر های بالا در وضعیت زیر قرار می گیرند.
- K1=1
- K2=0
- K3=1
- K4=0
- K5=0
نکته
در بررسی فرمول برای محاسبه متریک دو پارامتر نقش اصلی را دارند.
- Least Bandwidth به معنای کمترین پهنای باند می باشد و واحد آن Kbps می باشد.
- Cumulative Delay به معنای مجموع Delay ها می باشد و واحد آن Tens Of Microsecond می باشد.
- فرمول مورد استفاده ی محاسبات متریک را در زیر مشاهده می کنید:
- bandwidth+delay
256*کمترین پهنای باندلینکهای موجود در مسیر/ Bandwidth= 10000000
جمع کل delayهای موجود در مسیر* Delay= 256
سوال:
سلام خسته نباشید
سوالی از حضورتون داشتم :
مفهوم ttl را متوجه شده ام ولی این سوال را داشتم که مقدار TTl به چه چیزی بستگی دارد؟
مقادیر
آن در دستور ping متفادت است با علم بر این که در شبکه های بی سیم وروتر و
اینترنت 64 و 128 و 255 است چطور در دستور Ping مقادیری متفاوت به دست
میاید؟
با تشکر
جواب:
1)
روش شناسایی با TTL:هرچند این روش اطلاعات دقیقی درباره سیستم عامل کامپیوتر مورد نظر نمی دهد ولی حداقل می توانید تفاوتهای بین سیستم عامل های مختلف مثل Windows یا Unix را متوجه شوید.
ارزش TTL چیست؟
توسط فرمان زیر می توانید ارزش TTL یک بسته اطلاعاتی که از کامپیوتر مقصد دریافت می شود را ببینید:
خروجی چیزی ، شبیه به عبارت زیر است:
Reply from 203.197.102.1:bytes=32 time<1ms TTL=128
Reply from 203.197.102.1:bytes=32 time<1ms TTL=128
Reply from 203.197.102.1:bytes=32 time<1ms TTL=128
ping statistics for 127.0.0.1
packets:sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss
Approximate round trip times in milli-seconds
Minimum=5ms,Maximum=12ms,Average=6ms
Windows 2000 Intel 128
Linux 2.2x Intel 64
AIX 4.3.x IBM/R6000 60
Cisco 12.0 2514 255
IRIX 6.x SGI 60
Netware 4.11 Intel 128
هرچند این روش ساده است ولی نقاط ضعفی هم دارد که می شود به TTL های جعلی،نشان ندادن دقیق سیستم عامل و نسخه آن اشاره کرد و همچنین در مقابل سیستم های حرفه ای کارآمد نمی باشد چرا که از روش Ping استفاده شده است.
مقادیر TTL
TTL for windows 2000 is:128
TTL for DigitalUnix 4.0 Alpa is:60
TTL for Linux 2.2x intel is:64
TTL for Cisco 11. 7507 is:60TTL for IRIX is:60
Cisco= 245
Solaris=54
2)
.مقدار اوليۀ TTL تعيين مي كند كه آن بستۀ IP پس از عبور از چند مسير ياب عمرش به پايان رسيده و بايد حذف شود.وقتي يك مسير ياب بسته اي را دريافت مي كند يك واحد از مقدار اين فيلد كم مي كند.بعنوان مثال اگر يك بستۀ IP با مقدار TTL=30 به يك مسير ياب وارد شود،آن مسير ياب مقدار TTL آن را به 29 كاهش مي دهد و مجددا در آن فيلد درج مي نمايد .در طول مسير تمام مسير يابها اين كار را انجام مي دهند.اگر در يك مسير ياب پس از كاهش TTL،مقدار صفر حاصل شود ،بسته حذف شده و يك پيغام ICMP به نام ICMP Time Exceeded به سمت مبدا آن بسته بر مي گردد.فيلد TTL بدين منظور در نظر گرفته شده كه هر بسته طول عمر محدودي داشته باشدبه هر دليلي سرگردان روي شبكه نچرخد،بنابراين وجود اين فيلد در هر بسته ضروري است وعددي كه در مبدا بسته در اين فيلد درج مي شود بدين معناست كه تعداد مسير يابها از مبدا تا مقصد نبايد از اين عدد بيشتر شود .در كنار وظيفۀ اصلي فيلد TTL ،از آن مي توان براي تغيير مسير (Trace Route ) استفاده كرد ،بدين صورت كه از ماشين مبداء بسته اي با فيلد TTL=1 ارسال مي شود ؛اين بسته پس از دريافت در اولين مسير ياب حذف شده و پيام ICMP Time Exceeded از آن مسير ياب به مبداء بسته بر مي گردد .در اين پيام آدرس مسير ياب حذف كنندۀ بسته وجود دارد بنابراين هويت اولين مسير ياب واقع بر روي مسير بدست مي آيد.پس از اين كار بسته اي با فيلد TTL=2 ارسال مي شود .در اين حالت بستۀ IP، در دومين مسير ياب واقع بر مسير حذف شده و يك پيام ICMP مبني بر حذف آن بر خواهد گشت. پس هويت دومين مسير ياب نيز مشخص مي شود.اين عمل به ازاي مقادير TTL=3,4,5,… تكرار مي شود تا جائي كه بسته به مقصد برسد.
3)
نکته1:مدت TTL برحسب مشخصات هاست تعیین میگردد .به عنوان مثال اگر هاست مورد نظر Windows XP باشد مقدار TTL برابر 128 است.ماکزیمم این مقدار نیز 256 میباشد.
نکته2:در میسر زیر در Registry ویندوز xpمیتوان مقدار TTL را تغییر داد.
- مقدار پيش فرض ويندوز XP عدد 128 است.
4)
1) تعداد روترهای موجود در مسیر بین بین اون دو تا دستگاه.که اون بسته ارسالی از هر روتری که رد میشه از عددش یکی کم میشه.پیش فرض این عدد 128 هست که اگر همین عدد رو برگردونه یعنی اینکه بین مبدا و مقصد هیچ روتری نبوده(مثلا کلاینتهای یک شبکه محلی)
2)کار بعدی TTL جلوگیری از loop شدن اون بسته است.اگر یه بسته بین چندتا روتر دست به دست بشه(بنا به هر دلیل) عدد TTL یکی یکی کم میشه تا به 1 برسه که اگه به 1 برسه اون بسته از مسیر حذف میشه.
TTL برای محصولات مایکروسافت 128 و محصولات سیسکو و محصولات موجود در اینترنت 256 و برای لینوکس 64 است.
| روزهای هفته | عنوان درس | ساعت تشکیل کلاس |
| یکشنبه | CCNP-ROUTE | 12-13:30 |
| دوشنبه | CCNP-SWITCH | 14:30-16 |
| چهارشنبه | CCNA | 16:15-17:45 |
| پنجشنبه | CCNA | 14:30-17:45 |

در حال حاضر 9 درگاه اینترنتی در کشور وجود دارد و کابل بوشهر جدیدترین مسیر اینترنتی کشور بهشمار میرود که هنوز ترافیکی برروی آن نصب نشده و قرار است طی ماههای آتی شاهد فعالیت آن باشیم.
حسن کریمی، مدیر کل مهندسی عملیات شبکه دیتای شرکت زیرساخت در گفتوگو با ایسنا، اظهار کرد: در حال حاضر دو درگاه اینترنتی در مرزهای چابهار وجود دارد که هر کدام از آنها با ظرفیتی معادل STM1 64 فعال هستند. بندرعباس با ظرفیتی معادل STM1 55، آستارا با STM1 56 و نوردوز با STM1 64 از دیگر درگاههای اینترنتی کشور بهشمار میروند.
وی ادامه داد: در مرزهای بازرگان نیز درگاهی با ظرفیت STM1 96 فعال است و درگاههای سهرود و جاسک به ترتیب با ظرفیتهای 64 و STM1 4 دیگر درگاههای اینترنتی کشور بهشمار میروند.
کریمی در عین حال عنوان کرد: از طریق 9 درگاه اینترنتی کشور ظرفیتی معادل STM1 467 تامین میشود و قرار است در آینده نزدیک ظرفیت مرز آستارا تا STM1 72 و نوردوز تا STM1 64 افزایش پیدا کند.
وی همچنین اظهار کرد: طبق برنامهریزیها درگاه بوشهر نیز با ظرفیتی حدود STM1 64 به فعالیت خواهد پرداخت و بدین ترتیب طی ماههای آینده STM1 200 به این ظرفیت افزوده خواهد شد.
مدیر کل مهندسی عملیات شبکه دیتای شرکت ارتباطات زیرساخت در عین حال از درگاه بوشهر به عنوان مسیری جدید نام برد و افزود: مدت کوتاهی زمان لازم است تا شرکتهای مختلف پیشنهادات خود را در زمینهی قیمت این مسیر ارائه کنند و ما در نهایت ارزانترین پیشنهاد را با توجه به کیفیت آن خریداری میکنیم.
سرعت کلیه خطوط اینترنتی :
| Dial Up | در سرعت های 13.3و28.8و33.6و56 کيلوبيت در ثانيه موجود می باشد. |
| ISDN | دارای سرعت 64 کيلو بيت در ثانيه و توسط خطوط ديجيتال. |
| DS-0 | سرعت 64 کيلوبيت در ثانيه که همان سرعت انتقال صوت بر روی خطوط ديجيتال می باشد. |
| Dual ISDN | سرعت 128 کيلوبيت در ثانيه که از دو خط ديجيتال استفاده می کند و فايده اصلی اين خطوط، امکان استفاده از يکی از خطوط جهت صدا و بدون قطع شدن از اينترنت می باشد.فقط سرعت در اين حالت به 64 کيلوبيت در ثانيه کاهش می يابد. |
| ADSL | اين خطوط در سرعت های متفاوت بين 512 کيلوبيت در ثانيه تا 6 مگابيت در ثانيه موجود می باشند. اين خطوط از سيم های مسی معمول بهره می برند. |
| Modem Cable | در سرعت های متفاوت عرضه می شوند، اما معمولا 10 مگابيت در ثانيه. ولی در حالت معمول، شما بيش از 0.1 سرعت واقعی اين خطوط را در اختيار نداريد. |
| T1 | خطوط گران قيمتی که دارای سرعت وافعی 1.544 مکابيت در ثانيه می باشندو از 24 خط تلفن تشکيل می شوند. اين خطوط بيشتر در آمريکای شمالی وجود دارند. |
| DS-1 | سرعت 1.544 مگابيت در ثانيه و متشکل از 24 خط DS-0. |
| E1 | اين خطوط مشابه خطوط T1 ولی برای کشورهای اروپايی می باشد و دارای سرعت 2.048 مگابيت در ثانيه می باشند. |
| DS-2 | سرعت 6.31 مگابيت در ثانيه و بر اساس تکنولوژی DS-1. |
| E2 | 34.486 مگابيت در ثانيه و بر اساس E1 و معمول در کشورهای اروپايی. |
| DS-3 | سرعت 44.736 مگابيت در ثانيه. |
| T3 | سرعت تا حدود 44.736 مگابيت در ثانيه که مقدار سرعت به نوغ T3 بستگی دارد. |
| OC-1 | 51.84 مگابيت در ثانيه از نوع فيبر نوری که برای Backbone ها مورد استفاده است.(Optical Carrier Signal) |
| STS-1 | 51.84 مگابيت در ثانيه برای اروپا.(Synchronous Transfer Signal) |
| 100BaseT | سرعت 100 مگابيت در ثانيه. |
| E4 | 139.264 مگابيت در ثانيه. |
| OC-3 | 155.52 مگابيت در ثانيه. |
| STM-1 |
155.56 مگابيت در ثانيه. |
| STS-3 | 155.56 مگابيت در ثانيه. |
| OC-12 | 622.08 مگابيت در ثانيه. |
| STM-4 | 622.08 مگابيت در ثانيه. |
| STS-12 | 622.08 مگابيت در ثانيه. |
| OC-25 | بسيار سريع. |
| OC-256 | حدود 1.5 ميليون دلار در ماه ! |
لیست دستورات پیکربندی سوئیچ برای ایجاد vlan
|
توضیح |
نام دستور |
|
قرار دادن کاربر در وضعیت پیکربندی vlan |
Vlan database |
|
تعریف پارامترهای لازم vtp در وضعیت vlan configuration mode |
Vtp {domain domain-name|password password|pruning|v2-mode|{server|client|transparent}} |
|
جهت نامگذاری و ایجاد یک vlan |
Vlan vlan-id{name vlan-name} |
|
جهت ایجاد ارتباط trunk بین سوئیچها |
Switchport mode {access|dynamic{auto|desireable|trunk}} |
|
جهت عبور پکتهای vlan های خاص از ارتباط trunk |
Switchport trunk {{allowed vlan vlan-list}|native vlan vlan-id}|pruning vlan vlan-list}} |
|
جهت تعریف اینترفیسهای موجود در سوئیچ بصورت ارتباط access |
Switchport access vlan vlan-id |
|
مشاهده وضعیت trunk |
Show interfaces [interface-id|vlan vlan-id][switchport|trunk] |
|
مشاهده اطلاعاتی در مورد vlan |
Show vlan {brief|id vlan-id|name vlan-name|summary} |
|
نمایش اطلاعاتی در مورد vlan |
Show vlan [vlan] |
|
مشاهده اطلاعاتی در مورد vtp و وضعیت پیکربندی آن |
Show vtp status |
|
مشاهده اطلاعاتی در مورد پیکربندی stp درون یک vlan خاص |
Show spainig-tree vlan vlan-id |
By default all VLANs configured on a switch are allowed over all trunking interfaces. Sometimes you need to change the allowed list over a specific trunk. When a VLAN is allowed on a trunk, traffic coming from interfaces belonging to this VLAN is allowed to traverse the trunk.
In our example we have R1 and R2 connected to two different switches. Both belong to VLAN 12 and the switches are connected by a dot1q trunk as shown in the diagram below.
Topology Configuration:
R1(config)#int f0/0 R1(config-if)#ip address 192.168.12.1 255.255.255.0 !-- R2 interface configuration R2(config)#int f0/0 R2(config-if)#ip address 192.168.12.2 255.255.255.0 !-- Sw1 Configuration SW1(config)#int f0/1 SW1(config-if)#description connected to R1 SW1(config-if)#switchport mode access SW1(config-if)#switchport access vlan 12 SW1(config-if)#int f0/13 SW1(config-if)#description connected to SW2 SW1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW1(config-if)#switchport mod trunk !-- SW2 configuration SW2(config)#int f0/2 SW2(config-if)#description connected to R2 SW2(config-if)#switchport mod access SW2(config-if)#switchport access vlan 12 SW2(config-if)#int f0/13 SW2(config-if)#description connected to SW1 SW2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q SW2(config-if)#switchport mode trunk
All configured VLANs are allowed on the trunk interface by default as shown in the output below:
SW1(config)#do sh int trunk Port Mode Encapsulation Status Native vlan Fa0/13 on 802.1q trunking 1 Port Vlans allowed on trunk Fa0/13 1-4094 Port Vlans allowed and active in management domain Fa0/13 1,3,5-6,8,10,12,26,33,52,100,255,783 Port Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned Fa0/13 3,5-6,8,10,12,26,33,52,100,255,783 !-- SW2 trunk interface SW2(config)#do sh int trunk Port Mode Encapsulation Status Native vlan Fa0/13 on 802.1q trunking 1 Port Vlans allowed on trunk Fa0/13 1-4094 Port Vlans allowed and active in management domain Fa0/13 1,3,5-6,8,10,12,26,33,52,100,255,783 Port Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned Fa0/13 1,3,5-6,8,10,12,26,33,52,100,255,783
R1 and R2 should be able to communicate as shown below:
R1#ping 192.168.12.2 Type escape sequence to abort. Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.12.2, timeout is 2 seconds: !!!!! Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/2/4 ms
Now I am going to remove VLAN 12 from the allowed list on the trunk:
SW1(config)#int f0/13 SW1(config-if)#switchport trunk allowed vlan remove 12 !-- VLAN 12 is removed from the allowed list SW1#sh interface trunk Port Mode Encapsulation Status Native vlan Fa0/13 on 802.1q trunking 1 Port Vlans allowed on trunk Fa0/13 1-11,13-4094 Port Vlans allowed and active in management domain Fa0/13 1,3,5-6,8,10,26,33,52,100,255,783 Port Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned Fa0/13 3,5-6,8,10,26,33,52,100,255,783
R1 and R2 is not able to communicated any more over the trunk interface because frames tagged with VLAN 12 ID are not allowed to traverse the trunk anymore:
R1#ping 192.168.12.2 Type escape sequence to abort. Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.12.2, timeout is 2 seconds: ..... Success rate is 0 percent (0/5)
for more information on using the command please visit the command reference for show trunk
کشف و تصحیح خطا
زمانی که فرستنده اقدام به ارسال پیام به گیرنده می کند، پیام باید بدون خطا به گیرنده برسد. سوالی که مطرح می شود این است که اولا گیرنده چطور می تواند متوجه خطا شود و بفهمد که پیام دارای اشکال است؟ دوما گیرنده چطور باید پیام دریافتی را تصحیح کند؟ برای پاسخ دادن به این پرسش ها ابتدا لازم است با انواع خطا آشنا شویم.
در قسمت اول مطلب کشف و تصحیح خطا گفتیم که برای رسیدن به پاسخ دو پرسش فوق، به ابتدای کدهای ارسالی، بیت هایی را تحت عنوان افزونگی ارسال میکنیم. همچنین مفهوم فاصله همینگ را شرح داده و روش محاسبه آن را توضیح دادیم. اینک به بیان چند مفهوم دیگر و ارتباط آنها با کشف و تصحیح خطا می پردازیم.
مینیمم فاصله همینگ
با وجودی که بحث فاصله همینگ، مفهومی کلیدی برای سر و کار داشتن با کدهای کشف و تصحیح خطا است، ارزیابی اصلی که برای طراحی هر کد صورت می پذیرد، مینیمم فاصله همینگ است. وقتی مجموعه ای از کدها راد اشته باشیم، مینیمم فاصله همینگ عبارت است از کوچکترین عدد همینگ میان همه زوجهای موجود در مجموعه. این مفهوم با نماد dmin شناخته می شود. مینیمم فاصله همینگ تنها زمانی با فاصله همینگ برابر است که مجموعه کدها تنها دارای دو عضو باشد. به مثال زیر توجه کنید.
مثال: فاصله همینگ و مینیمم فاصله همینگ میان چهار کد 00000، 01011، 10101، 11110 را حساب کنید.
ابتدا فاصله همینگ میان تک تک زوج ها را محسابه میکنیم.
d (00000 , 01011) = 3
d (00000 , 10101) = 3
d (00000 , 11110) = 4
d (01011 , 10101) = 4
d (01011 , 11110) = 3
d (10101 , 11110) = 3
به این ترتیب، مینیمم فاصله همینگ برابر است با 3.
وقتی مجموعه ای از کدها راد اشته باشیم، مینیمم فاصله همینگ عبارت است از کوچکترین عدد همینگ میان همه زوجهای موجود در مجموعه،
این مفهوم با نماد dmin شناخته می شود
ارتباط میان فاصله همینگ و خطا
این کمیت به ما تعداد بیت های معیوب در حین ارسال را نشان می دهد. به تعداد عدد همینگ، میان کد ارسالی و کد دریافتی بیت معیوب یافت می شود.ارتباط میان مینیمم فاصله همینگ و کشف خطا
برای کشف n خطا در هنگام ارسال، باید مینیمم فاصله همینگ میان دو کد ارسالی برابر با عدد n+1 باشد تا کد دریافتی با کد ارسالی منطبق نگردد.ارتباط میان مینیمم فاصله و تصحیح خطا
اگر بخواهیم n خطا را نه تنها کشف بلکه اصلاح هم کنیم، مینیمم فاصله همینگ میان دو کلمه کد باید برابر با 2n+1 باشد. به عنوان مثال، در مثال حل شده ی بالا، مینیمم فاصله همینگ 3 است پس تنها می توانیم خطاهای تک بیتی را تصحیح کنیم.دو روش مشهور که برای کشف خطا وجود دارد:
PCC Parity Check Code و CRC Cyclic Redundancy Check است. روش سوم که مجموعه مقابلهای یا Checksum نام دارد، مکانیزمی است که در اینترنت جهانی کاربرد دارد و توسط چندین پروتکل مورد استفاده قرار می گیرید که در اینجا به شرح آن می پردازیم.این مکانیز نیز مانند دو روش PCC و CRC بر اساس مفهوم افزونگی طراحی شده اند. این روش را با حل یک مثال ساده، به آسانی درک خواهید کرد.
مثال: مجموعه مقابلهای 8 بیتی را برای بلوک 16 بیتی 1010100100111001 محاسبه کنید و نشان دهید خطایی وجود ندارد.
قدم اول : کد 16 بیتی را به دو کد 8 بیتی تقسیم میکنیم.
قدم دوم : اعداد را در دسته های 8 بیتی جمع می کنیم.
10101001 + 00111001 = 11100010
قدم سوم : از عدد بدست آمده مکمل 1 میگیریم.
00011101
نتیجه بدست آمده را به انتهای کد اضافه می کنیم.
101010010011100100011101
برای نشان دادن عدم وجود خطا، کافیست گیرنده 24 بیت بدست آمده را به سه قسمت 8 تایی تقسیم کنیم و اعداد را با هم جمع کنیم و از آن مکمل 1 بگیریم. اگر نتیجه نهایی برابر با 0 شود، می توان نتیجه گرفت که خطایی رخ نداده است.
10101001 + 00111001 + 00011101 = 11111111
مکمل 1 = 00000000
======
1-1 مفاهیم کدینگ (Coding Concepts)
برای آنكه بتوانیم یك كلمه (Word) از داده ها را بگونه ای کد گذاری كنیم كه قابلیت تشخیص و تصحیح خطا را داشته باشد، باید تعداد بیت هاى آن را افزایش دهیم. اگر طول یك Data Word به اندازه D بیت باشد، پس از کد گذاری یك كلمه کد شده (Codeword) به اندازه C بیت خواهد بود. بگونه ای كه C>D میباشد. پس حالا ما بجای 2D حالت ممكن، 2C حالت ممكن داریم. ولی تمام این حالت ها درست نیستند، و این همان چیزی است كه باعث می شود سیستم بتواند وجود خطا را تشخیص دهد. یعنی اگر یك عدد در یكی از این حالات غیرمجاز باشد، سیستم می فهمد كه خطایی روى داده است. در بعضی از روش ها، سیستم در یك سری از حالات می تواند خطای بوجود آمده را نیز اصلاح كند. روش ارائه شده باید این قابلیت را داشته باشد كه از بین C بیت موجود D بیت اصلی را خارج كند. به این عمل اصطلاحا Decoding می گویند. یكی از مشكلات استفاده از کدینگ این است كه سیستم مجبور است تا یك مدت زمانى را صرف عملیات Encoding و Decoding كند كه باعث ایجاد سربار (Overhead) در سیستم می شود.
1-2 کد همینگ
در دهه ۱۹۵۰ میلادی ریچارد همینگ که در آزمایشگاههای شرکت بل کار می کرد به معرفی دسته ای از کد های اصلاح کننده خطا پرداخت که بنام خود او کدهای همینگ خوانده می شوند. شاید ساده ترین روش برای آشکار کردن خطای یک بیت در یک بایت، استفاده از بیت توازن است.
1-3 فاصله همینگ (Hamming Distance)
فاصله همینگ بین دو Codeword برابر است با تعداد بیت هایی كه آنها با هم متفاوتند. یعنی نشان میدهد كه اگر در اثر خطا یك کد بخواهد به یك کد دیگر تبدیل شود، چند بیت از آن باید تغییر كند تا این تبدیل انجام شود بدون آنکه سیستم آن را خطا به حساب آورد .
در تئوری اطلاعات فاصله همینگ بین دو رشته برابر طول تعداد مکانهایی است که سمبولهای متناظر متفاوت هستند. به معنای دیگر، کمترین تعداد جایگزینی هایی است که یک رشته به یک رشته دیگر تغییرپیدا کند، یا تعداد خطاهایی که یک رشته به رشته دیگر تبدیل گردد.
چند مثال برای فاصله همینگ بین چند رشته:
«toned»و«roses» فاصله همینگ سه هست.
۱۰۱۱۱۰۱ و ۱۰۰۱۰۰۱ فاصله همینگ دو هست.
۲۱۷۳۸۹۶ و ۲۲۳۳۷۹۶ فاصله همینگ سه هست.
کدهای 101 و 011 در 2 بیت با یك دیگر متفاوت هستند. در نتیجه فاصله همینگ بین آنها برابر 2 است. اما کدهای 101 و 100 فقط در یك بیت با هم تفاوت دارند. در نتیجه اگر یك خطا در بیت كم ارزش آنها روى دهد، یكی از آنها را به دیگری تبدیل می كند و سیستم متوجه وجود خطا نخواهد شد. فاصله همینگ به اندازه 2 تضمین می كند كه اگر یك خطای تك بیتی اتفاق بیفتد سیستم حتما متوجه بروز خطا خواهد شد.
در شکل روبه رو مکعب باینری را میبیند که در هر گوشه آن یک عدد باینری قرار دارد . در این مکعب هر ضلع یک فاصله همینگ به حساب می آید . برای مثال فاصله بین دو عدد 001 تا 010 دو ضلع است به عبارتی فاصله همینگ آن 2 است .
1-4 فاصله کد (Code Distance)
فاصله کد برابر است با كمترین فاصله همینگ كه بین هر دو کد موجود در یك مجموعه کد وجود دارد. یعنی اگر مثلا در یك روش کدینگ فاصله کد برابر 2 باشد به این معنی است كه هیچ كدام از کدها با کدهای دیگر فاصله همینگ كمتر از 2 ندارند. برای مثال مجموعه کدهای {001، 010، 100، 111} همگی باهم فاصله 2 دارند. در نتیجه این کد می تواند هر خطای تك بیتی را تشخیص دهد.
به عنوان مثالی دیگر کدهای {000، 111} داراى فاصله 3 هستند پس می توانند هر خطای تك بیتی یا دو بیتی را تشخیص دهند. اما اگر فرض شود احتمال خطای دو بیتی كم است، این کد را می توان به عنوان روشى كه می تواند خطاهای تك بیتی را اصلاح (Correct) كند، نیز استفاده شود.
1-5 محدودیت تشخیص و تصحیح (Detection and Correction)
به عنوان یك تعریف ریاضی می توان گفت : برای آنكه بتوانیم تا حداكثر t بیت خطا را تشخیص دهیم، نیاز به حداقل فاصله کد به اندازه t+1 داریم. ولی برای آنكه بتوانیم تا حداكثر t بیت خطا را تصحیح كنیم، نیاز به حداقل فاصله کد 2t+1 داریم.
1-6 کدینگ و افزونگی (Coding and Redundancy)
فرض كنید كه یك مجموعه کد شامل دو حالت به صورت {000، 111} باشد كه برای نشان دادن تنها یك بیت به كار می رود. در واقع عدد 0 به شكل 000 کد شده است و عدد 1 به شكل 111. این سیستم کد دهی معادل سیستم های TMR می باشد. در واقع کدینگ همیشه همراه با افزونگی (Redundancy) میباشد كه در نتیجه می توان از تكنیكهاى بكار رفته شده برای افزونگی در کدینگ نیز استفاده كرد. مثلا Duplex یكی از راه هاى افزونگی است كه در این روش Codeword دو بار عینا تكرار می شود. برای مثال برای یك تك بیت دو حالت وجود دارد كه 00 و 11 است كه از دو بار تكرار 0 و 1 به دست آمده اند.
1-7 جداپذیری کد (Code Separability)
داده های کد شده می توانند دو حالت داشته باشند :
جدا پذیر (Separable)
کدی را جداپذیر می گوییم كه بیت هاى مربوط به داده اصلی با بیت های اضافه شده برای کد از هم جدا باشند. در این حالت استخراج اطلاعات از کد بسیار ساده تر است. چون تنها كافیست كه بیت هاى مربوط به کد را كنار بگذاریم.
جدا ناپذیر (Non-Separable)
در کدهای جداناپذیر داده های اصلی با کدهای اضافی با هم تركیب شده اند و جدا سازی آنها از یك دیگر نیاز به انجام پردازش های اضافی دارد.
2-1 روشهای کدینگ (Coding methods)
2-1-1 کد Parity (Parity Coding)
پریتی (Parity) ساده ترین روش كد گذاری جدا پذیر است. در این روش اطلاعات کد شده شامل N بیت داده اصلی به همراه یك بیت اضافه كه Parity را نگه می دارد، میباشد. دو نوع Parity وجود دارد:
Even (زوج)
در روش زوج بیت Parity به گونه ای تنظیم می شود كه تعداد یك ها در كل بیت ها (داده اصلی و Parity) زوج باشد.
Odd (فرد)
روش فرد بر عكس عمل می كند. یعنی در روش فرد بیت Parity به گونه ای تنظیم می شود كه تعداد یك ها در كل بیت ها (داده اصلی و Parity) فرد باشد.
تعداد كل بیت ها در نهایت برابر (N+1) است. در این حالت عملا به میزان 1/N بیت جدید به داده اضافه شده است. کد Parity داراى فاصله همینگ 2 میباشد كه در نتیجه می تواند هر خطای تك بیتی را تشخیص دهد ولی نمی تواند هیچ نوع تصحیحی انجام دهد. کد Parity نمی تواند یك خطای دو بیتی را تشخیص دهد، ولی خطاهای سه بیتی را می تواند تشخیص دهد. در کل کد پریتی قابلیت تشخیص خطا در تعداد فرد را دارد .
Parity فرد بهتر است یا زوج؟
اینكه كدام یك از دو حالت Parity موثرتر هستند كاملا بستگی به شرایط دارد. یكی از خطاهای رایج به نام Burst Error یا All-Bits Error وجود دارد . در این نوع خطا همه بیت ها یا 1 می شوند و یا 0 می شوند . در صورتی كه از Parity زوج استفاده شود آنگاه خطای همه 0 (All-0'S) قابل تشخیص نیست. ولی با انتخاب Parity فرد این خطا تشخیص داده می شود . پس اگر احتمال خطای همه 0 بیشتر است بهتر است كه از Parity فرد استفاده شود. اگر احتمال خطای همه 1 بیشتر است، آنگاه دو حالت وجود دارد اگر تعداد كل بیت ها ( همراه با Parity ، N+1) زوج باشد باید از Parity فرد و اگر تعداد كل بیت ها فرد باشد از Parity زوج استفاده كرد .
می توانیم بجای آنكه به كل بیت ها یك Parity اختصاص دهیم به هر گروه از آنها، مثلا هر یک بایت، یك Parity اختصاص دهیم. در این حالت بدیهی است كه میزان Overhead از 1/N به M/N افزایش خواهد یافت. (M تعداد گروه یا بایت ها است) در این حالت حد اكثر M خطا قابل تشخیص است، البته به شرطی كه خطا ها در بایت های مختلف باشند. اگر هر دو نوع خطای همه 0 و همه 1 ممكن است اتفاق بیفتد می توانید از پریتى Parity برای یك بایت و از Parity فرد برای بایت بعدی استفاده كنید.
2-1-2 کد همینگ
در اصل کد همینگ یک نوع کدگذاری از خانواده ی کدگذاری پریتی است . در روش همینگ از سه بیت توازن برای آشکارسازی و اصلاح خطا استفاده میشود. همانطور که در شکل مشخص است چهار بیت d1 الی d4 به عنوان داده ورودی در نظر گرفته میشوند. سپس با ترتیب نشان داده شده بیتهای توازن p1 تا p3 از XOR کردن بیت ها محاسبه می شوند و در نهایت داده هفت بیتی بدست آمده ارسال می گردد.
نحوه محاسبه بیتهای توازن در کد همینگ
نمایش گرافیکی از 4 بیت اطلاعات و 3 بیت پریتی که نشان می دهد کدام بیت داده در کدام بیت پریتی اثر گذار است.
در مقصد بیت توازن با بیتهای گروه خود XOR میشود مثلا بیتهای p1 و d1 و d2 و d4 با هم XOR می شوند و نتیجه به عنوان بیت اول نشانه s1 در نظر گرفته میشود به همین ترتیب بیتهای دوم و سوم نشانه هم بدست می آیند. هرگاه هر سه بیت نشانه صفر باشد داده درست منتقل شده است. اما در صورت یک بودن هر یک از بیت های خطا رخ داده است. اگر سه بیت نشانه را از کوچک به بزرگ در کنار هم قرار دهیم یک عدد سه بیتی بدست می آید که مقدار آن نشان دهنده محل وقوع خطاست . با عوض کردن بیت مورد نظر داده اولیه بدست می آید. باید توجه داشت که این روش همینگ امکان اصلاح یک خطا را دارد و در صورت بروز دو خطا فقط امکان آشکار سازی وجود دارد.
خطا در بیت ششم رخ داده است
برای آنكه بدانیم به چند بیت برای Parity نیاز داریم ، باید طبق رابطه زیر عمل كنیم : اگر تعداد بیت های داده برابر D باشد و تعداد بیت های Parity برابر R باشد. در آن صورت جمعا" D+R بیت داریم كه هر كدام از آنها می تواند دچار خطا شود یعنی با فرض اینكه خطا های ما تك بیتی هستند، D+R حالت مختلف خطا داریم. علاوه بر حالت های خطا یك حالت درست هم داریم كه در آن هیچ بیتی دچار اشكال نشده است. پس جمعا D+R+1 حالت ممكن وجود دارد كه باید توسط Parity نمایش داده شود.
پس با توجه به اینكه R بیت Parity وجود دارد می توانیم 2R حالت مختلف داشته باشیم كه شامل حالت های خطا و درست می شود. پس اگر داشته باشیم :
2R >= R+D+1
آنگاه می توانیم مطمئن باشیم كه تعداد بیت های Parity كافى است.
2-1-3 جمع کنترلی ( Checksum )
این روش در اصل برای سیستمهای انتقال اطلاعات استفاده می شود. ایده اصلی آن این است كه بایت های یك بلوك از داده ها با یك دیگر جمع شوند و حاصل جمع نیز ارسال شود. گیرنده نیز داده ها را جمع می كند و اگر با حاصل جمع دریافتی یكی نباشد، می فهمد كه خطا روى داده است. گونه های مختلفی برای Checkcum وجود دارد كه در اینجا آنها را بررسی می كنیم: (فرض كنیم كه هر كلمه از داده ها داراى طول D باشد).
2-1-3-1 Single-Percision (تک دقتی):
در این روش جمع به پیمانه (Modulo) 2D انجام می شود. یعنی حاصل جمع به 2D تقسیم می شود و باقیمانده آن فقط در نظر گرفته می شود. یا به عبارتی تنها D رقم سمت راست حاصل جمع در نظر گرفته می شود.
2-1-3-2 Double-Percision (دقت مضاعف):
كاملا شبیه Single است ولی بجای 2D از 22D استفاده می شود كه در نتیجه این روش خطاهای بیشتری را می تواند كشف كند.
2-1-3-3 Residue Checksum (باقیمانده):
در این روش بیت هاى اضافی بعد از D اُمین بیت كه در روش Single دور ریخته می شد، مجددا با خود داده اصلی جمع می شود كه در نتیجه قابلیت اطمینان سیستم بالاتر می رود. زیرا وجود خطا در آن بیت هاى اضافی نیز تاثیر گذار هستند.
2-1-3-4 Honeywell Checksum :
در این روش هر دو كلمه را به هم می چسبانند و سپس كل این مجموعه های دوتایی را با هم جمع میكنند و نتیجه را به پیمانه 22D در نظر می گیرند. حسن این روش این است كه اگر یك خطا همواره روی یكی از بیت هاى هر كلمه (مثلا بیت سوم) اتفاق بیفتد، در گونه های قبلى ممكن بود تشخیص داده نشود، ولی در این روش جلوى این نوع خطا ها نیز گرفته می شود.
نکته : روشهای Checksum فقط می توانند وجود خطا را تشخیص دهند ولی نمی توانند آن را تصحیح كنند. به همین خاطر اگر خطایی روى دهد، كل بلوك باید مجددا ارسال شود.
2-1-4 کد برگر (Berger Code )
کد بِرگر یك روش جداپذیر (Separable) است. این روش به این شكل عمل می كند كه ابتدا تعداد یك های درون داده را می شمارد، سپس از عدد به دست آمده مكمل می گیرد و سپس این عدد به دست آمده را در كنار عدد اصلی قرار میدهد.
برای مثال فرض كنید عدد 11101 را داریم. درون این عدد چهار 1 وجود دارد كه فرم باینرى آن 100 می شود و مكمل آن 011 است. حالا اگر این عدد را در كنار عدد اصلی قرار دهیم، داریم 11101011 . این روش می تواند هر نوع خطای Unidirectional را تشخیص دهد، چه خطا از 0 به 1 باشد یا برعكس آن. اما اگر هم زمان بعضی 0 ها به 1 تبدیل شوند، و همان تعداد 1 نیز به 0 تبدیل شوند، نمی تواند خطا را تشخیص دهد.
2-1-5 کد افزونگی چرخشی CRC
یک کد افزونگی چرخشی (به انگلیسی: Cyclic redundancy code) (سیآرسی) تابع درهمسازی غیرایمنی است که جهت تشخیص تغییرات تصادفی رو دادههای خام طراحی شدهاست. این تابع عموما در شبکههای مخابراتی دیجیتال و وسایل ذخیرهسازی دادهها از جمله دیسک سخت مورد استفاده قرار میگیرد. یک دستگاه دارای قابلیت سیآرسی، یک توالی کوتاه و با طول ثابت را، به نام کد سیآرسی (یا فقط سیآرسی)، برای هر بلاک از دادهها محاسبه نموده و آن را همراه با دادهها ذخیره یا ارسال میکند. زمانی که یک بلاک دریافت یا خوانده میشود دستگاه محاسبه را تکرار میکند؛ در صورت مغایرت با کد محاسبه شده قبلی مشخص میشود که این بلاک دارای خطای داده است و در این حالت دستگاه ممکن است عملی را جهت اصلاح خطا از جمله خواندن یا درخواست ارسال مجدد بلاک انجام دهد. اصطلاح سیآرسی میتواند به کد اعتبارسنج یا تابع تولید کد اطلاق شود. سیآرسیها به جهت پیادهسازی ساده در سختافزار دودویی، سادگی تحلیل ریاضی آنها و عملکرد خوب در تشخیص خطاهای معمول حاصل از اختلال در کانالهای انتقال دارای محبوبیت زیادی هستند. سیآرسی توسط W. Wesley Peterson اختراع و در مقاله ۱۹۶۱ وی منتشر شد . سیآرسی 32 بیتی پیشنهادی موسسه مهندسین الکتریک و الکترونیک (IEEE)، که در اترنت و سایر جاها استفاده شدهاست، در کنفرانس مخابراتی سال 1975 ظاهر شد.
سیآرسی یک کد تشخیص خطا است. محاسبه آن شبیه عمل تقسیم اعشاری است که خارج قسمت حذف میشود و باقیمانده به عنوان نتیجه در نظر گرفته میشود، با این تفاوت مهم که محاسبات آن محاسبات بدون رقم نقلی از یک میدان محدود است. اعلام یک سیآرسی خاص با مشخص کردن مقسم و سایر مشخصات آن انجام میشود.
اگرچه سیآرسیها میتوانند با استفاده از هر میدان محدودی ساخته شوند، همه سیآرسیهای پرکاربرد از میدان محدود GF(2) بهره میبرند. این میدانی از دو عنصر، عموما به نام ۰ و ۱، است که به راحتی با معماری کامپیوتر سازگار است. یک دلیل مهم برای محبوبیت سیآرسیها برای تشخیص تغییرات تصادفی دادهها اطمینان از کیفیت آنها است. نوعا"، یک سیآرسی nبیتی، که برای یک بلاک داده با طول دلخواه محاسبه شدهاست، هر حوزه خطای با طول کمتر از n بیت (به عبارت دیگر، هر تغییری که محدوده آن بیش از n بیت مجاور از دادهها نباشد) و 1-2^(-n) تعداد از سایر حوزههای با طول بیش از n بیت را تشخیص میدهد. خطاها در هیچیک از کانالهای انتقال و رسانههای ذخیرهسازی مغناطیسی دارای توزیع تصادفی نیستند و در نتیجه فایده خواص سیآرسیها را نسبت به سایر روشهای تشخیص خطا از جمله کدهای چندگانه زوجیت بیشتر میکنند. سادهترین سامانه تشخیص خطا، بیت زوجیت، در واقع یک سیآرسی عادی است که از مقسم دوبیتی ۱۱ استفاده میکند.
2-1-5-1 سیآرسیها و تمامیت دادهها
سیآرسیها، به خودی خود، راهکار مناسبی برای حفاظت در مقابل تغییرات عمدی روی داده نیستند (مثلا در برنامههای اعتبارسنجی)، چون مبانی ساده ریاضیات آنها باعث میشود که بتوان هر تغییر دلخواه را روی دادهها طوری اعمال کرد که سیآرسی دادهها تغییر نکند. اغلب این فرض غلط وجود دارد که وقتی پیامی به همراه سیآرسی آن از یک کانال آزاد دریافت میشود و سیآرسی دریافتی با سیآرسی محاسبه شده مطابقت میکند پس پیام ممکن نیست در حین دریافت تغییر کرده باشد. این درست نیست چون هر دوی آنها میتوانند تغییر کرده باشند، به طوری که سیآرسی جدید با پیام جدید مطابقت کند. بنابراین سیآرسیها میتوانند جهت بررسی درستی دادهها استفاده شوند ولی نه برای اطمینان از تمامیت آن. ایجاد پیامهای دیگری که همان سیآرسی را ایجاد کنند کار سادهای است، خصوصا پیامهایی که بسیار شبیه پیام اصلی هستند. طبق طراحی پیامی که بسیار شبیه پیام اصلی است (و تفاوت آن تنها در یک الگوی تداخل تصادفی است) سیآرسی کاملا متفاوتی خواهد داشت و بنابراین تشخیص داده خواهد شد. در مقابل، یک راه موثر برای محافظت پیامها در برابر تغییرات عمدی استفاده از کدهای اعتبار سنجی پیام همچون HMAC است.
2-1-5-2 محاسبه سیآرسی
برای محاسبه یک سیآرسی دودویی nبیتی، بیتهای ورودی را در یک سطر بنویسید، و الگوی (n+1)بیتی را که نشاندهنده مقسم سیآرسی است (و چندجملهای نامیده میشود) زیر سمت چپترین بیت قرار دهید. در زیر، اولین محاسبه برای ایجاد یک سیآرسی ۳بیتی نشان داده شدهاست:
1011 <--- مقسم (4 بیت)
----------------------
01100011101100 <--- نتیجه
اگر بیت ورودی بالای سمت چپترین بیت مقسم صفر باشد، محاسبهای انجام نمیشود و مقسم را یک بیت به راست حرکت میدهیم. اگر بیت ورودی بالای سمت چپترین بیت مقسم یک باشد، مقسم و ورودی XOR میشوند (به بیان دیگر بیت ورودی بالای هر بیت یک مقسم عکس میشود). سپس مقسم را یک بیت به راست حرکت میدهیم و این روند تا زمانی تکرار میشود که انتهای مقسم به انتهای سطر ورودی نرسیدهاست. در زیر، آخرین محاسبه نشان داده شدهاست:
00000000001110 <--- نتیجه محاسبه قبلی
1011 <--- مقسم
-----------------------
00000000000101 <--- باقیمانده (3 بیت)
از آنجایی که چپترین بیت مقسم در مواجه با هر بیت یک ورودی آن را صفر میکند، وقتی این روند پایان مییابد تنها بیتهای ورودی که میتوانند غیر صفر باشند آخرین n بیت سمت راست است. این n بیت، باقیمانده مرحله تقسیم است و البته همان مقدار تابع سیآرسی است (مگر آنکه تابع سیآرسی انتخابی شامل تعدادی پسپردازش باشند).
2-1-5-3 مشخصات سیآرسی
مفهوم سیآرسی به عنوان یک کد تشخیص خطا هنگام پیادهسازی آن در یک سامانه واقعی میتواند شامل برخی پیچیدگیهای دیگر نیز باشد. در زیر، تعدادی از آنها آمدهاست:
یک پیادهسازی خاص ممکن است یک الگوی بیتی ثابت را پیشوند قرار دهد. این زمانی مفید است که خطاهای ساعتی ممکن است است بیتهای صفر را در ابتدای پیام قرار دهد و در این صورت با این الگو قابل تشخیص است.
یک پیادهسازی خاص ممکن است به پیام n بیت صفر الحاق کند. این میتواند بررسی صحت پیامی را که سیآرسی به آن الحاق شدهاست سادهتر کند. در این روش پس از الحاق n بیت صفر و محاسبه مجدد سیآرسی، نتیجه دقیقا صفر میشود و باقیمانده کافیست با صفر مقایسه شود.
یک پیادهسازی خاص ممکن است نتیجه را با یک الگوی ثابت XOR کند.
ترتیب بیتها: برخی روشها کمارزشترین بیت را نخست قرار میدهند و برخی بالعکس. ترتیب بیتها در سختافزارهای انتقال سریالی داده بسیار اهمیت دارد زیرا اکثر روشهای انتقال که به صورت وسیع استفاده میشوند از الگوی ابتدا-کمارزشترین-بیت استفاده میکنند.
ترتیب بایتها: در سیآرسیهای چند بایتی، ممکن است این تردید پیش آید که آیا بایت منتقل شده اول، کمارزشترین بایت است یا باارزشترین. به عنوان مثال در برخی روشها بایتهای سیآرسی ۱۶بیتی را جابجا میکنند.
حذف باارزشترین بیت چندجملهای مقسم: از آنجایی که باارزشترین بیت همیشه یک است، و از آنجایی که یک سیآرسی nبیتی باید به صورت یک مقسم (n+1) بیتی تعریف شود و در این صورت میتواند از یک ثبات nبیتی سرریز میشود، برخی نویسندگان بیان بیت بالای مقسم را غیرضروری میدانند.
2-1-5-4 سیآرسیهای پرکاربرد و استاندارد
اگرچه سیآرسیها از اجزای معیارها متعددی هستند اما خودشان، از منظر وجود الگوریتمی جهانی، مورد قبول نیستند. به عنوان مثال دو چندجملهای سیآرسی-۱۲، ده نوع مستند سیآرسی-۱۶ و چهار سیآرسی-۳۲ وجود دارد. این چندجملهایها عموما بهترین چندجملهایهای ممکن نیستند. بین ۱۹۹۳ و ۲۰۰۴، کوپمن، کستاگنولی و سایرین فضای چندجملهایها تا ۱۶ بیت، 24 و ۳۲ بیتی را جهت یافتن مثالهایی با کارایی بهتر (از نظر فاصله هامنی برای یک طول پیام خاص) از چندجملهایهای پروتکلهای پیشین بررسی کردند و بهترین آنها را در جهت بهبود ظرفیت تشخیص خطای استاندههای آتی منتشر کردند. به طور خاص، iSCSI یکی از یافتههای این پژوهش را مورد استفاده قرار دادهاست.
2-1-6 کد گری
نمایش کدهای دودویی که بعد از فرانک گری (Frank Gray) به نام کد گری شناخته شد که یک سیستم از اعداد دودویی است که هر دو عدد متوالی فقط در یک بیت با هم اختلاف داشته باشند. امروزه کدگری به طور گسترده برای تصحیح اشکالات در سیستم ارتباط دیجیتالی مثل کابلهای تلویزیونی و تلویزیونهای دیجیتالی جهانی استفاده میشود.
یکی از محققان آزمایشگاه بل (Bell) به نام فرانک گری اولین بار به طور رسمی کد گری را مورد استفاده قرار داد و این کد بعد از گری توسط افرادی که از آن استفاده میکردند کد گری نامگذاری شد.
2-1-6-1 تاریخچه و کاربردهای علمی
کد گری قبل از آن که در مهندسی به کار رود در جدولها پازلهای ریاضی به کار برده میشد، ریاضیدان فرانسویEmile Boudat از کد گری در سال۱۸۷۸در تلگراف استفاده کرد و برای این کارش مدال دریافت کرد و اما کاربردهای آن، از کد گری به عنوان یک رمزگذار استفاده میشود که نسبت به رمزگذار عادی برتری دارد. در نمایش کد گری خاصیت دایرهای بودن آن باعث میشود که دو عدد دو سر نیز فقط در یک بیت متفاوت باشند. کد گری یک دور همیلتونی در یک مکعب n بعدی Qn تولید میکند که هر کدام از اعداد آن یک راس را نشان میدهد و نیز در الگوریتمهای ژنتیکی از آن استفاده میشود و نیز البته برچسب گذاری جدول کارنو از موارد دیگر استفاده آن است. زمانی کد گری برای آدرس دهی حافظه در کامپیوتر استفاده میشود کامپیوتر نیروی کمتری صرف یافتن آدرسها میکند چون هر آدرس با قبلی فقط در یک بیت متفاوت است. طراحان مدارهای منطقی از کد گری به طور گسترده برای عبور چند بیت اطلاعات بین سیستمهای همزمان استفاده میکنند.

2-1-6-2 انگیزهٔ پیدایش کد گری
بعضی از دستگاهها وضعیت دستگاه را با کدهای باینری نمایش میدهند، اگر این دستگاهها از کد باینری عادی استفاده کند این دو وضعیت پشت سر هم خواهند بود 011 -- > 100 و مشکل کد باینری عادی این است که در حالت طبیعی خیلی بعید نست که چند بیت همزمان تغییر کنند همان طور که در بالا نمایش داده شدهاست که در کد باینری عادی هر سه بیت همزمان تغییر کردهاند اما میتوان اعداد را طوری در کنار هم قرار داد که فقط در یک بیت متفاوت باشند و تغییر زیادی نکنند مثلا" 011 − 001 − 101 − 100 پس کد باینری منعکس شده یا همان کد گری این مشکل را حل میکند زیرا که فقط یک بیت در آنها تغییر میکند.
| Gray | Binary | |
| 000 | 000 | 0 |
| 001 | 001 | 1 |
| 011 | 010 | 2 |
| 010 | 011 | 3 |
| 110 | 100 | 4 |
| 111 | 101 | 5 |
| 101 | 110 | 6 |
| 100 | 111 | 7 |
با توجه به حالت ۷ و ۰ میبینیم که فقط در یک بیت تفاوت دارند که همان خاصیت دورهای یا چرخشی بودن کد گری میگوییم.
===
با اضافه کردن یک بیت توازن به کد همینگ می توان بروز دو خطا را تشخیص داد.
حل مشکل err-disabled در سوئیچ های سیسکو
لیست سوئیچ های که از err-disabled پشتیبانی میکنند به شرح زیر است:
CatOS:
2948G
4000 - 4500
5000 - 5500
6000 - 6500
IOS:
2900XL - 3500XL
2940 - 2950 - 2960 - 2970
3550 - 3560 - 3560-E - 3750 - 3750-E
4000 - 4500
6000 - 6500
این پیش آمد می تواند یکی از علت های زیر را داشته باشد که هر یک را توضیح داده و نحوه برطرف کردن آن را خواهیم گفت.
A cable that is out of specification (either too long, the wrong type, or defective)
Duplex mismatch
Port channel misconfiguration
BPDU guard violation
UniDirectional Link Detection (UDLD) condition
Late-collision detection
Link-flap detection
Security violation
Port Aggregation Protocol (PAgP) flap
Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) guard
DHCP snooping rate-limit
Incorrect GBIC / Small Form-Factor Pluggable (SFP) module or cable
Address Resolution Protocol (ARP) inspection
Inline power
اما ابتدا باید به نحوه کشف این خطا بپردازیم.
ساده ترین راه آن مشاهده خاموش بودن پورت است. اما اگر وارد سوئیچ شویم با show گرفتن از آن اینترفیس خاص این خطا را مشاهده میکنیم:
show interface Gigabitethernet 0/23 status
Port Name Status Vlan Duplex Speed Type
Gi0/23 err-disabled 100 full 1000 1000BaseSX
و راه دیگر آن مشاهده لاگ آن در syslog یا console روتر است که خطایی مشابه این به شما می دهد:
%SPANTREE-SP-2-BLOCK_BPDUGUARD:
Received BPDU on port GigabitEthernet4/1 with BPDU Guard enabled. Disabling port.
%PM-SP-4-ERR_DISABLE:
bpduguard error detected on Gi4/1, putting Gi4/1 in err-disable state
در ابتدا امکان err-disabled برای جلوگیری از collision های خاص طراحی شد اما بعدا به موارد دیگر نیز تعمیم داده شد. که علتهای collision ممکن است زیاد بودن طول کابل یا عدم کیفیت کابل یا یکی نبودن duplex دو طرف باشد. این روزها شرکتهای تولید کابل آلیاژ پائین تری از مس در کابل ها استفاده می کنند. معمولا اگر سوئیچ شما زیر یک دکل بلند نصب باشد و یا اگر از PoE های غیر مرغوب استفاده می کنید حتما دچار چنین مشکلی خواهید شد.
err-disabled به صورت پیش فرض بر روی تمامی سوئیج ها فعال است که می توان با دستور زیر آن را غیر فعال کرد:
no errdisable cause all
و اما راه حل آن:
برای حل این مشکل پس از پیدا کردن علت, باید آن را مرتقع سازیم سپس با یکبار غیر فعال و دوباره فعال کردن آن پورت مشکل حل میگردد. که راه بر طرف کردن هر یک از مشکلات به صورت کامل توضیح داده شده است:
در ابتدا err-disabled را در وضعیت recovery قرار میدهیم:
errdisable recovery cause all
که دستور فوق میتواند به جای کلمه all هر یک از علل مورد نیاز وارد شود.
پس از اجرای دستور زیر لیست کلیه اینترفیس ها به علاوه علت disable شدن هر یک, به ما نشان داده می شود:
show errdisable recovery
ErrDisable Reason Timer Status
----------------- --------------
udld Enabled
bpduguard Enabled
security-violatio Enabled
channel-misconfig Enabled
pagp-flap Enabled
dtp-flap Enabled
link-flap Enabled
l2ptguard Enabled
psecure-violation Enabled
gbic-invalid Enabled
dhcp-rate-limit Enabled
mac-limit Enabled
unicast-flood Enabled
arp-inspection Enabled
Timer interval: 300 seconds
Interfaces that will be enabled at the next timeout:
Interface Errdisable reason Time left(sec)
--------- --------------------- --------------
Fa2/4 bpduguard 273
1-عدم تنظیمات صحیح etherchannel
برای تنظیم etherchannel بین 2 سوئیچ حتما میبایست هر دو یا چند پورت درون یک vlan, دارای یک وضعیت trunk مشابه, دارای speed یکسان, دارای duplex یکسان و در کل دارای تنظیمات یکسان باشند. که در غیر اینصورت یک خطا به این شکل در console ظاهر می شود. که این خطا به علت تنظیم نکردن یکی از سوئیچ ها به عنوان etherchannle رخ داده است پسSTP باعث block کردن ترافیک از یکی از پورتها می شود.
%SPANTREE-2-CHNL_MISCFG: Detected loop due to etherchannel misconfiguration
of Gi4/1
2-عدم رعایت duplex
هر دو اینترفیس 2 دستگاه که به یکدیگر متصل می گردند می بایست بر روی یک duplex یکسان تنظیم شوند. البته در اکثر تجهیزات duplex به صورت اتوماتیک ست شده است که هر حالتی که طرف مقابل باشد خود را تطبیق خواهد داد. امااین خطا زمانی صورت می گیرد که دو طرف نتوانند بر روی یک duplex به توافق برسند. همانطور که میدانید collision متعلق به شبکه های half duplex است و اگر یک طرف half duplex کار کند و طرف دیگر full duplex و به علت اینکه شبکه full duplex تمهیداتی برای جلوگیری از collision نمی بیند شاهد collision در این میان خواهیم بود. البته در شبکه های half duplex ما شاهد درصد کمی collision خواهیم بود که این طبیعی و نا گریز است اما اگر درصد آن بالا رود آنگاه err-disabled وارد عمل خواهد شد. بر خی از علل collision میتواند کارت شبکه غیر مرغوب, کابل بی کیفیت و یا کابل با طول بلند باشد.
3-BPDU port gaurd
حتما به این نکته توجه کرده اید که چراغ سوئیچ های سیسکو بر عکس تمامی سوئیچ ها مدتی پس از اتصال کابل نارنجی رنگ و پورت غیر قابل استفاده و بعد از حدود 30 ثانیه سبز شده و میتوان از آن استفاده کرد. علت این اتفاق جلوگیری از پیش آمد loop در شبکه می باشد. یعنی قبل از up شدن پورت, سوئیچ آن پورت را توسط پروتکل spanning-tree protocol چک می کند. حال ما میتوانیم با فعال کردن قابلیت portfast switching این کار spanning-tree را غیر فعال کرده در نتیجه پورت سریعتر UP شود. اما در این حالت پورت حتما باید به دستگاههای نهایی نظیر کامپیوتر متصل گردد و نباید به دستگاهایی مثل سوئیچ یا بریج وصل شود چرا که در این حالت پورت با پروتکل spanning-tree کنترل نمیگردد اما برای حفاظت BPDU port guard روی آن فعال است که BPDU port gaurd در صورت مشاهده loop در این پورت, پورت را به حالت eer-disabled می برد.
برای رفع خطای err-disabled که به این علت بوجود آمده است. شما باید portfast switching را غیر فعال کرده و یکبار اینترفیس را shut و no shut کنید.
interface fastethernet 2/5
spanning-tree portfast disable
shutdown
no shutdown
4- UDLD
Unidirectional link detection قابلیتی است که در سوئیچ های بالای سری 6500 سیسکو قرار دارد. کار این پروتکل تشخیص این است که ایا میان 2 سوئیچ به هم متصل دستگاه دیگری قرار دارد یا خیر. همچنین این پروتکل در صورت عوض شدن جای tx و rx وارد عمل شده و اینترفیس را به حالت err-disabled می برد. اگر دو دستگاه که به یکدیگر متصلند تنها یک طرف UDLD را فعال کرده باشد پورت به حالت err-disabled می رود. پس وقتی دستگاهی مابین این دو سوئیچ قرار گیرد چون از UDLD پشتیبانی نمیکند هر دو سوئیچ آن پورت را به حالت err-disabled می برند.
5-Link-flap error
وقتی که یک اینترفیس به صورت مداوم قطع و وصل شود اصطلاحا به آن Link-flap error می گویند. اما وقتی این رویداد بیشتر از 5 بار در 10 ثانیه اتفاق بیفتد سوئیچ آن پورت را به حالت err-disabled می برد. که علت این اتفاق می تواند اتصالات ضعیف, جنس بد کابل, یا عدم کیفیت GBIC باشد.
6-Loopback error
هر سوئیچ دائما یک سری packet به عنوان keepalive به تمامی پورتها ( به استثنای پورتهای فیبر و Uplink) می فرستد. که سوئیچ این کار را برای تشخیص وجود دستگاهی در آن اینترفیس انجام می دهد. حال اگر این keepalive packet ها به خود سوئیچ برگردد به هر علتی, سوئیچ آن پورت را به حالت err-disabled می برد.
7-Port security violation
در سوئیچ های سیسکو امکانی به اسم port security وجود دارد. با این قابلیت می توان مشخص کرد که چه MAC Address هایی به یک اینترفیس اجازه ارسال ترافیک دارند. حال اگر به یک پورت MAC Addressi به غیر MAC اجازه داده شده وارد شود, سوئیچ این پورت را به حالت err-disabled می برد و همچنین اگر یک MAC Address مجاز به پورت دیگری از سوئیچ که در همان VLAN پورت اول است متصل شود. باز هم به حالت err-disabled می رود.
8-L2pt guard
وقتی بخواهیم بین 2 شبکه بزرگ که از طریق یک روتر به هم متصلند, یک ارتباط لایه 2 داشته باشیم باید یک تانل لایه 2 میان این دو شبکه بر قرار کنیم. ما در شبکه خود یک tag بر روی پکت ها توسط پروتکل 802.1q می زنیم. اما برای ارسال آن به یک شبکه دیگر می بایست یک tag دیگر علاوه بر اولی بر روی پکت ها بخورد. که این tag دوم توسط تانل لایه 2 صورت می گیرد. این تانل لایه 2 به صورت اتوماتیک MAC Address مقصد را به 01-00- 0c-cd-cd-d0 عوض می کند.
حالا اگر در شبکه مقصد از هر اینترفیس دیگری یک پکت با این مقصد وارد شود, آن پورت به حالت err-disabled می رود.
9-Incorrect SFP cable
زمانی که قصد اتصال 2 سوئیچ 3560 یا یک سوئیچ 3560 با یک 3750 را داریم اگر از کابل CAB-SFP-50CM استفاده کنیم که یک تکه فیبر 50 سانتی متری با کانکتور SFP است اینترفیس های ما به حالت err-disabled می رود. از این کابل به علت کاهش هزینه ها استفاده می شود که کابل مسی را می توان جایگزین آن کرد.
10- 802.1x Security Violation
زمانی که از پروتکل 802.1x برای احراز هویت MAC address بر روی سوئیچ های سیسکو استفاده می کنیم اگر یک پورت خاص در حالت single-host تعریف شده باشد و سوئیچ دو MAC Address روی آن پورت مشاهده کند, آن پورت را به حالت err-disabled می برد. که برای حل این مشکل مثلا وقتی که آن اینترفیس به یک IP Phone یا Access Point متصل است می توانیم آن اینترفیس را در حالت Multidomain Authentication قرار دهیم.
پس از حل کردن هر کدام از مشکلات فوق با یک بار Shutdown و no Shutdown کردن آن پورت, پورت به حالت عادی بر میگردد.
ما نیز می توانیم با فعال کردن errdisable recovery و مشخص کردن مدت زمان معین که به صورت پیش فرض 300 ثانیه است به صورت اتوماتیک پورت ها را از حالت err-disabled خارج کنیم.
errdisable recovery interval 400
دانشجویان محترم دانشگاه پیام نور
جلسه معارفه سیسکو-CCNA روز چهارشنبه 91/10/13 ساعت 15 الی 16 بمنظور تعیین تاریخ شروع کلاس و همچنین ساعت برگزاری دوره،تشکیل خواهد شد.
لازم به ذکر است که برای هماهنگی هرچه بیشتر در برنامه ریزی های مربوطه ،حضور تمامی فراگیران در این جلسه الزامیست.


