Høgskolen i Molde Institutt for Informatikk Eksamen in270: Datakommunikasjon Våren 2003 Skisse til svar:

Transkript

1 Høgskolen i Molde Institutt for Informatikk Eksamen in27: Datakommunikasjon Våren 23 Skisse til svar: Dato: , 6 timer skriftlig Hjelpemidler: Kalkulator (tomt minne) Oppgavesettet består av tre (3) sider inkludert forsiden. Les dette før du begynner: Oppgavene skal løses på eget ark. Faglærer vil komme rundt en gang før klokken 2. og besvare eventuelle spørsmål. Vær kort og presis, forklar din tolkning av hver oppgave, hvordan du resonnerer. Unngå blanke svar, de gir selvsagt dårligste mulige delkarakter, forsøk å gi et svar på alle spørsmål. Skriv pent og forståelig! Lykke til!. Litt om det fysiske lag (a) Forklar kort tre støytyper. Skisse til svar: Attenuation: Signalet svekkes jo lengre det går. Dispersion: Ulike frekvenskomponenter har ulik hastighet og ankommer mottaker til ulik tid (gir utsmurt signal). Støy: Eksterne signal blander seg med signalet som sendes. (b) Nevn fem typer overføringsmedia. Skisse til svar: Twisted Pair, Koaksial, Fiber, Infrarødt, Radio. 2. og, litt om ressursdeling. (a) Forklar hva som menes med circuit switching. Forklar om det blir (eller ikke blir) kødannelse med denne teknikken? Skisse til svar: I circuit switching, blir det satt opp en lag- forbindelse mellom partene. Denne har en fast kapasitet, f.eks. 64 Kb/s uforandret og ikke-delt med andre sendere. Informasjon vil alltid følge denne circuit og trenger ikke pakkes inn.

2 (b) Hva er TDM, WDM, FDM, SDM? Hva er likt mellom WDM og FDM? Skisse til svar: Det er fire forkortelser for teknikker som brukes for deling av en kommunikasjonslinje. TDM er Time Division Multiplexing, der et frekvensband brukes av en i gangen. Hver bruker har faste tidsluker, eller konkurrerer med de andre om tidslukene. WDM er Wavelength Division Multiplexing, der det er flere tilgjengelige bølgelengder for sending, en pér bruker. Det sendes samtidige bit. Bølgelengde er direkte relatert til frekvens: En bruker har en dedikert sendefrekvens. Brukes om sending gjennom fiber: Hver bruker har en egen farge han sender med, flere sender samtidig. FDM er Frequency Division Multiplexing, og er veldig lik WDM: Hver bruker har egen frekvens tilgjengelig for sending. SDM er Space Division Multiplexing. Her har hver bruker en dedikert linje som ingen andre kan bruke. (c) Hvilken av de teknikkene i forrige spørsmål brukes i ADSL, og vis utregningen av hvordan en oppnår.5 Mb/s og 2 Mb/s ut og inn av heimen. Skisse til svar: En bruker FDM i ADSL. Spekteret er delt inn i 4 Khz band, der en sender 6 Kb/s per kanal. Med 25 kanaler UT har en 5 Kb/s ut av heimen. INN har en 2 kanaler som gir 2 Kb/s inn i heimen. (d) Forklar (vis utregningen) kort hvordan en oppnår 64 Gb/s i TAT-4. Skisse til svar: Fire fibre, hver med 6 parallelle STM-64 ( Gb/s). En bruker DWDM i hver fiber. 4 6 Gb/s blir 64 Gb/s. 3. Vis utregningen av minimum pakkestørrelse i shared-media Gigabit Ethernet. Hvordan sikres det mot pakker under minstemålet? Skisse til svar: Sender skal oppdage kollisjon og kan derfor ikke avslutte sendingen før første bit har kommet tilbake fra et eventuelt kollisjonssted. Dette krever at pakken varer i minst 2T p. Med 2 m som største avstand mellom to noder, blir T p = 2m 8 m s = 2 6 s Utsendingen skal vare minst dobbelt så lenge, d.v.s. 4µs. Med en senderate lik Gb/s vil en i denne perioden ha sendt ut 4 6 s 9 bit s = 4 3 bit Som for alle Ethernet legges til en sikkerhetsavstand, for Gigabit Ethernet tilsvarende 96 bit. Dette gir minimum pakkestørrelse på 496 bit. Pakker under minstemålet fylles av senderen ut slik at de blir 496 bit. Dette kalles carrier extension, men en har også tillatt frame bursting som lar en sende flere småpakker 2

3 på rad når en først er i gang. (Kandidater som sier noe fornuftig om eller Mb/s Ethernet får også poeng her, hvis de ikke kan detaljene om Mb/s Ethernet). 4. Byteorientert utsending. (a) Hva er paritet? Hva kan ikke oppdages med paritet? (b) Ordet FEIL skal sendes som 7-bit ASCII med Odde Paritet (se ASCII tabell siste side). Vis hvordan du finner ut koden for tegnene. (c) Beregn en Block Check Sequence (Odde) som skal vedlegges. (d) Hva er framesynkronisering? Hvorfor trenger vi det? (e) Vis hele utsendingen av alle bits du kodet i delspørsmål b), der du i tillegg tar med framesynkronisering. Fikk du ikke til b), kan du likevel gi et svarforsøk her. Skisse til svar: Paritet er en -bit sjekksum over vanligvis 7 eller 8 bit, som mottaker bruker til å oppdage feil i sendingen. Flere typer finnes, Even (Odd) betyr at paritetbit settes slik at antallet -ere i symbol og paritet, blir heltall (oddetall). Med paritet oppdages ikke et heltatt (2, 4, 6, 8) antall bitfeil. En BCC (Block Check Character) skal paritets-sjekke hver kolonne og blir i dette tilfellet (for de fire byte i FEIL) lik. Med framesynk skal tegnene STX og ETX legges rundt FEIL. Dette fordi mottaker skal finne ut hvor informasjonen starter (etter STX) og slutter (foran ETX). Ved utsending blir da ny BCC beregnet som inkluderer STX og ETX (se tabell under). I ASCII blir dette sekvensen STX F E I L ETX Til sist skal en BCC (kolonneparitet)sendes. Antar at dette er Odde STX F E I L ETX BCC og sender ut (etter de seks 8-bits tegn):. OBS! Kandidater som diskuterer framesynk i bit-orienterte sendinger premieres også litt: Her er det f.eks. aktuelt med SYN-flagg for bitsynk og en flag byte (f.eks. ) som start/endof-frame istedetfor STX/ETX. 5. Bit-orientert utsending 3

4 (a) Hva menes med bit-synkron overføring? (b) Hvordan oppnås bit-synkronitet i BASE5 (tykk Ethernet)? (c) Vis hvordan følgende sendes ut med Manchester koding: Skisse til svar: I synkron overføring vil hver bit kodes slik at det er hyppige nok endringer i signalet. Disse endringene gjør at mottaker klarer å holde seg bit-synkronisert, og dermed sample på korrekt tidspunkt. I Base5 brukes en Manchester kode med endring midt i bit: for og for. Baudraten er linjerate / bitrate. Linjeraten er endel høyere enn bitraten fordi en ved bitstart endrer nivå for å få til kodingen som beskrevet over. 6. Stemmeforsendelser (a) Forklar hvordan stemme/lyd kodes i PCM Skisse til svar: Det analoge signalet samples 8 ganger i sekundet og hvert sample representeres med 8 bit. Dette gir en rate på 64 Kbit/sek. (b) Hva er viktig ved overføring av lyd til en mottaker over et datanett? Skisse til svar: At signalene ankommer i jevn hastighet, ingen pakker mer eller mindre forsinket enn de andre. (c) Forklar digital stemmepakking (av PCM) i ATM. Skisse til svar: I ATM er alle pakker 53 Byte. 48 av disse kan brukes til payload (nyttelast, det en får betalt (paid) for). Digital stemme vil en sende over AAL-, og en ser av boken at AAL- tar Byte av de 48 Byte til overhead. Tilbake står 47 Byte. Vi må vente til 47 lydbilder er mottatt før en full ATM-pakke (celle) kan sendes. Dette tilsvarer en ventetid på 25µs 47 = 5.875ms for første Byte, og ms for den 47 de Byte. Skal en sende oftere vil en redusere gjennomsnittlig ventetid, men da må en sende delvis fulle pakker (celler). 7. Svar på følgende om FDDI (a) Anta fjorten nodes med 3 km avstand, og beregn ringforsinkelse (ring latency. Hva representerer denne forsinkelsen?. (b) I FDDI kan en garantere ventetid for en bruker (node). Hvordan gjøres dette? (c) Hva blir minimum og maksimum ventetid i dette nettet hvis to av nodene trenger sending hvert 5 ms? Skisse til svar: 4 3km 5µs/km = 2µs i signalforsinkelse. Pluss, 4noder µs = 4µs i nodeforsinkelse. Dette gir tilsammen 224µs ringforsinkelse. Hvis ingen av nodene sender vil en node oppleve at token kommer tilbake innen denne ringforsinkelsen. I FDDI bestemmer nodene ved budgiving, hva TTRT 4

5 skal bli. Laveste bud velges, og noden er garantert at token kommer senest hvert 2TTRT sekund. For disse to nodene som skal ha token senest innen 5 ms, skal de be om en TTRT lik 25 ms. Laveste ventetid er ringforsinkelsen (ble beregnet over). 8. Svitsjer (a) skisser en svitsj og si kort hva den inneholder. Skisse til svar: En svitsj flytter pakker fra N innporter til N utporter. Pakkene legges først i et buffer (vanligvis FIFO) der svitsjen s CPU kan sjekke disse. Når CPU bestemmer det, slippes pakken gjennom svitsjens fabrikk (ulike typer) og kommer ut på ønsket utport. CPU har en tabell som sier hvilke porter som skal brukes, avhengig av hva som står i pakkehodet. (b) hva er en selvlærende svitsj (som brukes f.es. i svitsjet Ethernet) hva er det som læres? Skisse til svar: Den lærer hvilke utporter som skal brukes for mottakere angitt i pakkehodet. Ved boot er tabellen (mottaker, utport) tom, for hver pakke inn over en innport oppdateres (pakke.avsender, innport) i tabellen. En enkel svitsj vil sende til alle utporter hvis den ikke kjenner pakke.mottaker. (c) hva menes med at en svitsj er non-blocking? Hvor kan blocking forekomme? Skisse til svar: Med non-blocking menes at svitsjen ikke dropper pakker; alle pakker som ankommer vil bli videresendt. Blocking er at pakken må droppes, noe som kan skje hvis flere samtidig vil til samme utport, eller internt i en flerestegs fabrikk der to pakker vil bruke samme svitsje-element samtidig. 5

6 ASCII CONTROL CODE CHART b7 b6 BITS b5 b4 b3 b2 b CONTROL NUL SOH 2 STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS 8 9 HT 9 LF A 2 VT B 3 2 FF C 4 3 CR D 5 4 SO E 6 5 SI F 7 6 DLE 2 7 DC 2 8 DC DC DC NAK SYN ETB CAN EM SUB A ESC B FS C GS D 35 3 RS E 36 3 US F 37 LEGEND: SYMBOLS NUMBERS 32 SP ! # $ % & ( ) * 2A B 53 44, 2C D E / 2F 57 dec CHAR hex oct : 3A ; 3B 73 6 < 3C 74 6 = 3D > 3E 76 63? 3F 77 UPPER CASE 4 65 A 4 66 B C D E F G H I J 4A 2 75 K 4B 3 76 L 4C 4 77 M 4D 5 78 N 4E 6 79 O 4F 7 8 P Q R S T U V W X Y Z 5A 32 9 [ 5B \ 5C ] 5D ˆ 5E F 37 LOWER CASE a b c d e f g h i j 6A 52 7 k 6B 53 8 l 6C 54 9 m 6D 55 n 6E 56 2 p q r s t u v w x y z 7A { 7B C } 7D E o DEL 6F 57 7F 77 Victor Eijkhout Dept. of Comp. Sci. University of Tennessee Knoxville TN 37996, USA 6