Løsningsforslag til EKSAMEN

Transkript

1 Løsningsforslag til EKSAMEN Emnekode: ITF20205 Emne: Datakommunikasjon Dato: 16.Des 2011 Eksamenstid: kl 9:00 til kl 13:00 Hjelpemidler: 4 sider (A4) (2 ark) med egne notater. Kalkulator. Gruppebesvarelse, som blir delt ut på eksamensdagen til de som har fått den godkjent Faglærer: Erling Strand Eksamensoppgaven: Oppgavesettet består av 4 sider, pluss en side med vedlegg. Kontroller at oppgaven er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgavesettet består av 3 oppgaver. Alle oppgavene skal besvares. Hvor stor vekt hver oppgave teller til eksamen er angitt ved oppgaven. Sensurdato: 19. Januar 2012 Karakterene er tilgjengelige for studenter på studentweb senest dagen etter oppgitt sensurfrist. Følg instruksjoner gitt på: Oppgave 1 (35%) a) Du får oppgitt at datahastigheten er 10 Mbit/s. Hvor mange MByte/s er det? 1 byte er 8 bit, og en MByte er 2 20 byte = byte Det gir: 10 Mbit/s er /8 byte/s = byte/s, som er / = 1,19 MByte/s b) I modemforbindelser brukes ofte hastighet-betegnelsen Baud. Forklar hva Baud er, og nevn gjerne forskjellen mellom Baud og bit/s Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 1 av 13

2 Baud er bestemt av tiden mellom hver skifting, eller transisjon på linjesignalet. F.eks tiden mellom hvert faseskift, ved PSK. Hvis vi sier denne tiden er t b, er Baud = 1/t b Hvis det er flere forskjellige faser som det skiftes mellom, kan hver skift overføre flere bit. Hvis f.eks det er 8 faser, vil det gi 3 bit per faseskift. Da blir datahastigheten 3 ganger større enn Baud. c) Anta at du har en TCP forbindelse. Hva er forskjellen på køkontroll og flytkontroll? Forklar litt om de forskjellige. Husk å ta med hvordan de er implementert, altså hvordan kø-kontroll og flytkontroll virker. Køkontroll Kø kan oppstå i et nettverk ved at flere forbindelser går igjennom en nettverksenhet, f.eks en ruter. Summen av trafikken for hver forbindelse kan bli for stor for den ruteren, og da vil pakker bli tapt. TCP må ha mekanismer som vil kunne justere trafikken på sin forbindelse, slik at alle pakker slipper igjennom. Nå har ikke nettverksenhetene i vanlig Internet, f.eks ruterne, mulighet til å gi beskjed om kø hos seg. Hadde den hatt den muligheten, kunne den ha gitt beskjed om køtilstanden tilbake til TCP forbindelsene. TCP må bruke andre midler for å finne ut av køtilstanden, og justere trafikken i henhold til den. TCP starter forsiktig ved å bruke slow-start. Den begynner ved å sende kun en pakke. Neste pakke sendes først etter at ACK har kommet. Da vil den øke vindustørrelsen til 2. For hver ACK legger den på en pakke i vinduet. Det vil medføre at vindusstørrelsen dobbles for hver gang (hver RTT). Slik fortsetter den inntil den oppdager at pakker blir borte (ved at timeout slår til). Da justerer den vindusstørrelsen tilbake til 1 pakke. (En pakke er MSS stor). Samtidig har den notert hva vindusstørrelsen var da timeout slo til. Threshold settes til halvparten av den verdien. Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 2 av 13

3 Nå vil den kjøre slow-start igjen, men den vil doble vindusstørrelsen kun inntil den har kommet til Threshold. Det var jo den vindusstørrelsen hvor det gikk bra forrige gang. Ved neste dobling ble det jo pakketap. Når vindusstørrelsen har nådd Threshold verdien, går den inn i congestion avoidance tilstand, hvor økning av vindusstørrelsen skjer mye mer forsiktig. I stedet for dobling, øker den med kun 1 for hver RTT. Slik øker den inntil det blir tap av pakker igjen. Tap av pakker oppdages enten ved at timeout slår til, eller at det har kommet 3 duplikate ACK. Dvs at 2 like ACK har kommet 3 ganger. En duplikat ACK betyr at pakken kom riktig fram på andre forsøk. Køen er da ikke så stor.hvis timeout slår til, betyr det at ingen pakker har kommet fram. Da er køen stor. Hvis tap oppdages ved at 3 duplikate ACK har kommer, går den inn i Fast recovery tilstand. Det vil si at vindusstørrelsen går tilbake til halvparten av hva den var da tap skjedde, og den går inn i congestion avoidance tilstand. Dvs. pakkestørrelsen øker kun med 1 for hver RTT. Denne økningen fortsetter inntil det blir tap igjen. Hvis tap oppdages ved at timeout slår til, går vindusstørrelsen tilbake til slow start tilstand. Vindusstørrelsen går da tilbake til 1. For hver gang det blir duplikat ACK (to like ACK etter hverandre), øker duplikat ACK telleren. Flytkontroll Flytkontroll er en metode for å kontrollere og styre flyten av data mellom sender og mottager. Uten denne flytkontrollen ville mottageren kunne kommet i den situasjonen at den ikke klarte å ta unna all data som kom fra senderen. Senderen kunne da ha sent data for fort for mottageren, og data kunne blitt tapt. Mottageren har et mottagerbuffer, der data legger seg før de sendes opp til applikasjonen. Det bufferet må være der fordi vi kan ikke anta at applikasjonen er klar til ta imot data da data faktisk kommer. Applikasjonen kan være opptatt med andre oppgaver da data kommer. Sålende dette mottagerbuffer har plass nok, kan sender bare sende data. Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 3 av 13

4 Flytkontroll oppnås ved at mottageren sender info om hvor mye ledig plass den har i mottagerbufferet, tilbake til senderen. Den info legger seg i TCP hodet, i Receive window, og sendes tilbake i en ACK pakke, eller i en datapakke. d) Anta at du får følgende info etter en ping kommando til Pinging [ ] with 32 bytes of data: Reply from : bytes=32 time=157ms TTL=240 Reply from : bytes=32 time=157ms TTL=240 Reply from : bytes=32 time=157ms TTL=240 Reply from : bytes=32 time=157ms TTL=240 Ping statistics for : Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss), Approximate round trip times in milli-seconds: Minimum = 157ms, Maximum = 157ms, Average = 157ms Hva slags info er det du får her? Forklar de forskjellige feltene. Ping sender ut en ICMP pakke, med betydning ekko ønske. Dvs mottageren sender melding tilbake til den som sendte ut ping-pakken. Bytes er antall byte i ICMP pakka. Time er RTT (Round-trp time) tiden, dvs tiden fra en pakke bruker fra og tilbake til mottager-maskinen. TTL er Time-to-live, som er en byte i IP-hodet. Det feltet minsker med en for hver ruter IP-pakken går igjennom. Når TTL feltet er blitt 0, vil den ruteren som gjorde den til 0, stoppe videre forsendelse av IP-pakken, den ruteren vil også sende en melding til senderen, om at IP-pakken ble stoppet hos meg. e) Du skal nå bruke TCP protokollen mot Pakkestørrelsen er på 1500 byte, og den fysiske datahastigheten du har på forbindelsen er på 100 Mbit/s. Bruk info som denne ping kommandoen ga, til å finne ut effektiviteten ved idle RQ overføring til Oppgi effektiviteten i prosent. Effektiviteten U : t trans U RTT t trans L R RTT L R , , U 6 3 0, ,120 0, ,076% Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 4 av 13

5 f) Hvilken effektiv datahastighet blir det? Den effektive datahastigheten er effektiviteten ganger bithastigheten: 100 Mbit/s 0, = 76,3 Kbit/s g) Anta nå at trafikkbelastningen til er bedre, slik at gjennomsnittlig vindusstørrelse er på 20. Hva blir nå den effektive datahastigheten mellom deg og Den nye U blir nå 20 ganger større: U = 20 0, = 0,0153 Den effektive overføringshastigheten blir da: U R = 0, = 1, = 1,53 Mbit/s Oppgave 2 (35%) a) På internet er det noe som heter AS. Hva er et AS, og hvorfor har vi det? Autonomous System (AS) er en del av internet, som består av flere routere. Internet er delt opp i mange AS. Hver av disse AS indentifiseres med et nummer; AS<nr>. Routerne innen et AS utveksler info, bla. routinginfo seg i mellom via bestemte protokoller. Et slik AS kan f.eks være en stor bedrift, eller institusjon. Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 5 av 13

6 Internet er delt inn i flere AS bla. fordi det er for mange routere i hele internet, til at alle kan utveksle info seg i mellom. Det er derfor hensiktsmessig å la et begrenset antall routere, som i et AS, utveksle info seg i mellom. Routerne som er i kanten på et slik AS, kalles en gateway router. Gateway routere kommuniserer med en tilsvarende gateway router i et annet AS. Den vanlige routing protokollen mellom AS er BGP. Et AS kan i prinsippet velge hvilken routing algoritme, og dermed routing protokoll som skal brukes i sitt AS. Vanlige routing protokoller innen et AS er RIP eller OSPF. b) Hva er forskjellene på intra-as ruting og inter-as ruting? Intra-AS ruting er ruting, og rutings protokoll som brukes innen et AS. Rutings protokollene RIP eller OSPF er vanlige intra-as rutings protokoller. Inter-AS ruting er ruting, og rutings protokoll som brukes mellom forskjellige AS. Ruting protokollen BGP er en vanlig inter-as ruting protokoll. c) Anta at du har startet et firma, og ønsker å ha et eget datanett til det firmaet. I dette datanettet skal alle host være direkte tilknyttet Internet, via en ruter (uten NAT). Av en internet-leverandør (ISP) får du nettnummeret, med maske: /23 Hvor mange host kan du ha på dette nett? Vi ser på /23, som betyr 23 stk 1 ere i maska. Da er det 32-23= 9 bit til host. Antall host blir da: 2 9-2= = 510 Vi trekker fra 2 fordi en er nettadressen og den andre er broadcastadressen. d) Hva blir broadcastadressen på dette nett? Broadcastadressen er bare 1 ere i hostdelen av adressen. Nettadressen er Vi ser da på de to siste byte;.14.00, som binært blir: Her er hostdelen markert med fet skrift. Vi setter inn 1 ere i denne hostdelen, og får: Det gir tallene: Broadcastadressen blir da: Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 6 av 13

7 Nå skal ditt firma utvide med en ny avdeling, som ligger i samme hus. Du synes det er best å la disse to avdelinger få hvert sitt datanett. Du må da dele ditt datanett i to like store subnett. Du vet at du kommer til å miste noen adresser ved denne subnettingen, men de kan du bruke senere. e) Hva blir nettadressen til disse to subnett, og hva blir nettmasken? Vi deler vårt tildelte nett i to. Vi må da bruke to bit av hostdelen til disse to subnett: Vi ser på de to siste byte; som binært gir Kursiv er hovednettet, fet skrift er de to bitene av host, som blir tatt til de to nye subnett. Vi får da: > /25 : LAN > /25 : LAN2 Vi kan ikke bruke bare 0 ere i de to bitene, fordi da hadde hovednettet og det subnettet fått samme nettadresse. Vi kan heller ikke bruke bare 1 ere i de to bitene, for da hadde hovednettet og det subnettet fårr samme broadcastadresse. f) Hva blir laveste og høyeste IP adresse på en host på disse to subnett? Laveste IP adresse for en host er 1 over nettadressen, Høyeste IP adresse er 1 under broadcastadressen. Det gir: Laveste IP Høyeste IP LAN LAN Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 7 av 13

8 Dette fordi på LAN1 er siste byte i nettnummeret: 128. En over gir 129 LAN2 er siste byte i nettnummeret: 00. En over gir 01 LAN1 er siste byte i broadcastadressen: En under gir >254 LAN2 er siste byte i broadcastadressen: En under gir >126 Ut av de resterende adressene, som du mistet når du delte nettet i to, ønsker ditt firma å bruke til kommende eksterne kontorer, som alle skal være tilknyttet hovedkontoret med punkttil-punkt forbindelse. Størrelsen på et slik eksternt kontor må være på 14 host. g) Hvor mange slike eksterne kontor kan lages? Vi ser først på hvilke numre vi har igjen: På 00-siden Fra > Til > På 11-siden Fra > Til > For å få 14 host, må vi ha fire bit i hostdelen, da 2 4-2=14 For å finne antall slike subnett, ser vi på hvor mange bit vi kan bruke til disse subnett: Det er 3 bit. Vi hadde /23, så ble to bit brukt til LAN1 og LAN2. De 3 bitene er markert med fet skrift: På 00-siden får vi 2 3-1=7 nett. Det blir -1 fordi vi tar fra hovednettet, som totalt er 5 bit. Det blir tilsvarende på 11-siden. 7 nett også der. Nå må vi undersøke om vi har nok adresser til 14 stk punk-til-punkt samband: Det er 2 bit igjen, som kan brukes til punkt-til-punkt samband. Det er de 2 bitene som er fet og kursiv: bit gir 2 2-1=3 pp nett på hver side, totalt 6. Det vil si at vi kan ikke ha 14 subnett, fordi vi har ikke nok bit til pp nett. Hvis vi tar derfor et av disse 14 nett, og bruker til pp nett, får vi 2 2-1=3 pp nett til. Vi må derfor ta to av disse 14 subnett, for da får vi 6 nye pp-nett. Da har vi totalt fått 12 pp-nett, til disse 12 subnett. Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 8 av 13

9 For å se dette, setter vi først opp pp-nett: På 00-siden På 11-siden Deretter tar vi to subnett, f.eks en på hver side, for å lage flere pp-nett: På 00-siden På 11-siden De 12 subnettene har nummer: På 00-siden tas til pp-nett På 11-siden tas til pp-nett I prinsipp kunne man ta hvilke som helst av disse nett til pp-nett. Oppgave 3 (30%) a) Hva er forskjellen på en unicast og multicast forbindelse? Unicast er en forbindelse mellom to host. Multicast er en forbindelse mellom en (eller flere) host til mange host. b) Forklar litt om hvordan multicast virker. Ved multicast gir man jobben med å sende til flere mottagere, til routerne. Selve kilden sender bare en datastrøm, til en multicast en gruppe IP-adresse. Alle som vil motta denne datastrømmen, melder seg på denne multicast gruppen. Alle routere som er med, som har en host i enden, som skal ha denne datastrømmen, vil dele pakkene, og sende like pakker ut i alle retninger hvor det er en host som skal ha datastrømmen. c) Du skal dimensjonere et fiberoptisk anlegg, med bruk av SM fiber. Senderen har en innkoblet effekt i fiberen på 5,0dBm. Fiberkabelen har en dempning på 0,7 db/km, og en dispersjon på 5,0 nm/(ps km). Lyskilden (laseren) har en spektral båndbredde på 2,0 nm. Det er ingen skjøter, og ingen kontakter. Du kan regne med innkoblingstap Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 9 av 13

10 ved mottageren på 1,0 db. Hva blir maksimal fiberstrekning når mottageren har en følsomhet på 40,0 dbm, og det skal sendes data med en (ukodet) bithastighet på 5,0 Gbit/s? Regner først på effekten: Setter systemmarginen til 3,0 db (mellom 3,0 og 7,0) P inn P fiber P innk P syst = P m -5,0 - x 0,7 1,0 3,0 = - 40,0 x 0,7 = 40-5,0 1,0 3,0 = 31,0 x = 44,2 km Regner så på båndbredden: Med en ukodet bithastighet på 5,0 Gbit/s, kreves det en båndbredde på 2,5 GHz. Det gir en maks dispersjon på: t = 0,44/(2, ) = 0, = s Den dispersjonen fås ved y km: = 5,0 y 2, y = / = 17,6 km Maksimal fiberstrekning blir 17,6 km d) Hvilke fire typer wireless-nett har vi, og hva kjennetegner de forskjellige. Få spesiellt med hvor de forskjellige brukes, typiske datahastigheter, frekvensområder og adressestørrelse. De fire typer wireless-nett er: 1) Wi-Fi : Er for å koble datamaskiner sammen i et LAN (Local Area Network) trådløst. 2) Bluetooth : Er for å koble eksterne enheter til en datamaskin, trådløst. 3) WiMax : Er for å koble ekstrene LAN til en sentral enhet, f.eks ISP, trådløst. Det var i utgangspunktet tenkt å erstatte ADSL. WiMax finnes nå også i en mobil utgave. 4) ZigBee : Er for å koble små enheter, som ikke har store krav til hastighet, sammen. Slike små enheter kan f.eks være sensorer, givere av forskjellig slag. Navn Standard Maks Frekvens Adresse IEEE Datahastighet GHz Wi-Fi a 54 Mbit/s 5 MAC 48 bit b 11 Mbit/s 2,4 MAC 48 bit g 54 Mbit/s 2,4 MAC 48 bit n 150 Mbit/s 2,4 og 5 MAC 48 bit Bluetooth ,1 Mbit/s (V.2) 1,0 Mbit/s (V.1) 2,4 Maks 7 aktive enheter, av totalt 255 enheter. MAC 48 bit WiMax Mbit/s Avhengig av 16 bit land ZigBee Kbit/s Avhengig av land 16 bit aktiv av 64 bit MAC 64 bit Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 10 av 13

11 Mer kunne vært skrevet. e) Forklar virkemåten til aksessmetoden CSMA/CA Få med deg forskjellene på DCF og PCF. CSMA/CA står for Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance brukes på Wi-Fi. Det er to hovedtyper av sending. Den ene kalles DCF, og står for Distributed Coordination Function. I denne typen kan hvilken som helst host ta initiativ til sending. Den andre hovedtypen kalles PCF, som står for Point Coordination Function. Her er det en hovedenhet som styrer overføringen. Denne hovedenheten spør hver enkel host om den har noe å sende. Ingen host kan sende uten at den er forespurt. I Wi-Fi kan DCF og PCF fungere i samme nett. DCF fugerer slik: En host som skal sende data lytter først for å høre om det går datatrafikk, om mediet er ledig. Hvis mediet er ledig, kan den sende. Det kan allikevel oppstå kollisjon, dvs at flere host forsøker å sende samtidig. Det kan f.eks skje der hvor to host ikke er innenfor hverandres dekningsområde, men begge skal sende til en tredje host, som hører begge. For å unngå slike situsjoner, eller minimalisere sannsynligheten for at slike situasjoner vil oppstå. En shst som ønsker å sende, må først være sikker på at mediet er ledig i en viss tid, som kalles DIFS (Distributed Inter Frame Space). Etter det sende host en RTS (Request To Send) pakke, som er en kort kontroll pakke. Denne pakken innholder info om hvem senderhost og mottagerhost er, og info om hvor lang tid dataoverføringen vil ta. Mottagerhost vil svare med en CTS (Clear To Send) pakke, som inneholder samme type info som RTS pakken. Alle andre host, som hører senderhost, og eller mottagerhost, vil bruke info om tiden, til å avstå fra å forsøke å sende. Den bruker info om tiden til å sette sin egen NAV (Network Allocation Vector), som altså gir info om at ingen sending skal gjøres. Når senderhost mottar CTS pakke, vil den sende dataene. Mottagerhost sender en ACK pakke, for å bekrefte at den har mottatt pakken korrekt. Det er mulig å unngå å bruke RTS og CTS hvis datapakka i segselv er liten. Det er jo det faktum at RTS og CTS pakkene er små, som gjør at sannsynligheten for kollisjon liten. Hvis dataene i seg selv er tilnærmet like små som RTS/CTS, vil man ikke vinne noe med å sende RTS og CTS, og da kan man avstå fra å gjøre det. Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 11 av 13

12 Når ACK pakken er mottatt, og mediet igjen er ledig for de andre, er det spesielle prosedyrer for når en host kan starte sin sending. Prosedyrene går på hvor lenge en host må vente før den kan starte sending. Den korteste tidsperioden kalles SIFS, som står for Short Inter Frame Space. SIFS er 28 μs. Når SIFS er ferdig, kan to host som er i en dialog fortsette. F.eks kan en ACK pakke sendes tilbake til sender. Nest tidsperiode kalles PIFS, som står for Point coordination Inter Frame Space. PIFS er 78 μs. Når PIFS er ferdig, kan hovedstasjonen (point coordinator) i et PCF system sende. En host som svarer på en slik forespørsel bruker SIFS tiden. Neste tidsperiode kalles DIFS, som står for Distributed Inter Frame Space. DIFS er 128 μs. Når DIFS er ferdig, kan hvilken som helst annen host starte sending. Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 12 av 13

13 VEDLEGG The following table is a list of notable well-known IPv4 addresses that are reserved for IP multicasting and that are registered with the Internet Assigned Numbers Authority (IANA). [1] IP multicast address Description Base address (reserved) The All Hosts multicast group addresses all hosts on the same network segment The All Routers multicast group addresses all routers on the same network segment This address is used in the Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) to address multicast routers The Open Shortest Path First (OSPF) All OSPF Routers address is used to send Hello packets to all OSPF routers on a network segment The OSPF All D Routers address is used to send OSPF routing information to designated routers on a network segment The Routing Information Protocol (RIP) version 2 group address is used to send routing information to all RIP2-aware routers on a network segment The Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) group address is used to send routing information to all EIGRP routers on a network segment Protocol Independent Multicast (PIM) Version Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) IS-IS over IP Internet Group Management Protocol (IGMP) Version Hot Standby Router Protocol version 2 (HSRPv2) / Gateway Load Balancing Protocol (GLBP) Precision Time Protocol version 2 peer delay measurement messaging Multicast DNS (mdns) address Link-local Multicast Name Resolution (LLMNR) address Network Time Protocol clients listen on this address for protocol messages when operating in multicast mode The Cisco multicast router AUTO-RP-ANNOUNCE address is used by RP mapping agents to listen for candidate announcements The Cisco multicast router AUTO-RP-DISCOVERY address is the destination address for messages from the RP mapping agent to discover candidates H.323 Gatekeeper discovery address Precision Time Protocol version 1 time announcements Precision Time Protocol version 2 time announcements Løsningsforslag til eksamen i datakommunikasjon -16/ Side 13 av 13