Løsningsforslag til EKSAMEN Emnekode: ITF20205 Emne: Datakommunikasjon Dato: 16.Des 2010 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, inklusiv denne forsiden og 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 eksame,n er angitt ved oppgaven. Sensurdato: 19. Januar 2011 Karakterene er tilgjengelige for studenter på studentweb senest dagen etter oppgitt sensurfrist. Følg instruksjoner gitt på: http://www.hiof.no/index.php?id=7027 Oppgave 1 (35%) a) Hva er forskjellene på en IPv4 adresse og en MAC adresse? I din beskrivelse må du også huske på å beskrive hvorfor vi har begge adressene. En MAC adresse virker på lag 2 i TCP/IP (eller OSI) modellen. MAC adressen kalles også den fysiske adressen eller hardware adressen. Denne adressen er individuell for alle nettverkskort. Det finnes ingen nettverkskort som har samme MAC adresse. MAC adressen består av 48 bit. De første 24 bit bestemmer hvilken produsent det er. Disse blir tildelt en produsent. De neste 24 bit bestemmer produsenten selv. Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 1 av 11
Det er MAC adressen som en PC bruker for å bestemme om en datapakke skal tas imot. Det finnes tre typer MAC adresser. Den individuelle, som nettopp er beskrevet, en gruppe adresse og en global adresse. Gruppe adresse brukes hvis det er en gruppe av PC er som skal ta imot pakken. En slik gruppe adresse kan programmeres. En global adresse vil si at alle PC er på et LAN tar imot pakken. En global adresse består av bare 1 ere. Så hvis en pakke kommer med bare 1 ere i MAC adresse feltet, vil alle PC er på et LAN ta imot pakken. Det er ikke et ordnet system på hvor nett-tilkoblinger med forskjellige MAC adresser er plassert. MAC adressen alene er derfor ikke nok til å finne en enhet på Internet. IP adresse virker på lag 3 i TCP/IP (eller OSI) modellen. IP adressene er hiarkisk oppbygd, slik at det er mulig å finne veien til en PC som er tilkoblet Internet. Her er det altså et ordnet system av hvor de forskjellige IP adressene befinner seg, slik at det kan brukes for å rute en pakke fram til riktig sted. IP adressen er bygd opp med en nettverksdel og hostdel. Nettverknummeret forteller hvilket LAN som PC en er tilknyttet. Alle PC er på samme LAN har samme nettverksnummer (=nettverksadresse). Begge adressene brukes samtidig på Internet. IP-adressen brukes for å finne fram til PC en gjennom Internet. MAC adressen brukes når pakken er kommet fram til riktig LAN. Ellers brukes MAC adressen når en PC (eller host) får tildelt en IP adresse. I begynnelsen etter påslag, har jo ikke PC en (eller host en) noen IP adresse enda. b) Vi er nå i en overgangstid, hvor man går fra å bruke IPv4 til å bruke IPv6. Gi først en beskrivelse av forskjellene på IPv4 og IPv6, og beskriv deretter hvordan det er mulig å bruke begge disse to samtidig, i Internet. Det er flere hovedforskjeller mellom IPv4 og IPv6. De viktigste er: Adressefeltet er mye større i IPv6. Det er det 128 bit, mens i IPv4 er det 32 bit. Det er også flere adressetyper i IPv6. I tillegg til unicast adresse (en enkelt enhet), slik som også IPv4 har, har IPv6 anycast og multicats adresse. Anycast tas imot av den første, den nærmeste, av et sett host s som utgjør anycast adressen. En multicast adresse blir sendt til alle som er en del av multicast adressen. Det kan sammenlignes med broadcast adressen i IPv4. IPv6 hodet har sløyfet en del felt, som gjør at prosesseringen på info i IPv6 hodet går raskere. Header Checksum er fjernet, som gjør at lag3-utstyr slipper å foreta beregningen på header checksum. IPv6 har sløyfet info om lengden på hodet, og muligheten av option i hodet. I stedet legger IPv6 opp til å bruke flere etterfølgende hoder. Denne metode gjør prosesseringen på et standardhode raskere. Det kan brukes tunneling for å sende en IPv6 pakke igjennom et IPv4 nettverk. Hele IPv6 pakka pakkes da inn i datadelen av IPv4 pakka. En annen måte er å bruke dual stack. Dvs en host can kommunisere både med IPv4 og IPv6. Er det f.eks en host som bruker IPv6, vil ruteren (eller annet) med dual stack, oppdage dette, og bruke IPv6. Tilsvarende for IPv4 Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 2 av 11
c) I e-post er det noe som heter IMAP, POP3 og SMTP. Gi en kort forklaring på de forskjellige, og beskriv hvor i e-post systemet de brukes. POP3 står for Post Office Protocoll - Version 3. POP3er en protokoll mellom en user agent og mail-server. Når du starter en applikasjons på din PC ( user agent ) for å lese din e-post på mail-serveren, så kan det være POP3 protokollen som brukes mellom din PC og mail-serveren. (Enten brukes POP3 eller IMAP) IMAP står for Internet Mail Access Protocol. IMAP er en protokoll mellom en user agent og mail server. Når du starter en applikasjons på din PC ( user agent ) for å lese din e-post på mailserveren, så kan det være IMAP protokollen som brukes mellom din PC og mail-serveren. (Enten brukes POP3 eller IMAP) Ved bruke av IMAP lagres e-post i din mailserver, eventuelt i tillegg til de du laster ned. Du kan selvsagt velge å slette e-post i mail-serveren (og lokalt). Ved bruk a IMAP har du mulighet til å lage mapper på mailserveren, slik at du kan organisere din e-post. Det var ikke mulig ved bruk av POP3. Der var det kun mulig å lage mapper lokalt på PC en ( user agent ). Ved bruk av IMAP har du også mulighet til å laste ned deler av en e-post. Du kan f.eks velge å ikke laste ned vedlegg SMTP er protokollen som brukes mellom mailservere. Det er også mulig å bruke SMTP fra en UA til en mottagende mailserver. SMTP krever at sender og mottager er på, - og en mailserver er på hele tiden. SMTP kan ikke brukes for å hente ut epost fra en mailserver. Den kan bare levere epost. d) Hva er DNS, og hvordan er DNS bygget opp? Alle aktive maskiner på Internet har sin egen IP adresse, som er et nummer. Det er IP adressen som brukes i datapakker, for at pakkene skal komme fram til riktig PC, for eksempel en web-server eller mail-server. For oss mennesker er det mer naturlig å bruke et navn enn et nummer. Opplysningene om bla. hvilken IP adresse som hører til et navn, ligger i en navnetjener. Det at det finnes navnetjenere, gjør at du kan skrive inn adressen som et domain name, f.eks www.hiof.no. Din maskin kontakter da en navnetjener, for å få IP adressen til www.hiof.no. DNS står for Domain Name System. DNS består av et hierarkisk system av navnetjenere. En navnetjener inneholder noen opplysninger som er tilknyttet et maskinnavn på Internet. Primært er det IP-nummeret som PC en (brukeren) forespør etter. Hvis den navnetjeneren ikke kjenner IP-adressen, videresender den forespørselen til en root-navnetjener. Hvis DNS er i interaktive mode, vil din navnetjener få svar fra rootnavnetjeneren om hvem som er domenets autoritative navnetjener. Din navnetjener gjør deretter en forespørsel til den autoritative navnetjeneren, som eventuelt må spørre en annen navnetjener lenger ned i hierarkiet, før den svarer med informasjon om den aktuelle IP-adressen. Den lokale navnetjeneren svarer deretter den spørrende maskinen. DNS kan også være i rekursive mode. Da vil rootnavnetjeneren sende forespørselen videre til den autorative navnetjener, som igjen sender den videre. Svaret, som kommer fra den navnetjeneren som har opplysningene, vil gå samme vei tilbake, slik at det blir rootnavnetjeneren som sender Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 3 av 11
svaret om IP adressen til din navnetjener. DNS kan fungere både i interaktiv og rekursive mode, men det er interaktiv som er mest vanlig å bruke. Den første navnetjeneren, som originalt sendte forespørselen, vil kopiere opplysningen om det maskinnavnet, og la den være hos seg i en viss tid (TTL), i tilfelle det blir en ny forespørsel. Etter at den tiden er gått ut, vil opplysningene om den maskinen bli slettet. Opplysningene som lagres i navnetjenerene, er ikke bare IP adressen til et navn. Databasen i navnetjeneren inneholder en resource record (RR) for hver host den har lagret. En RR inneholder fire felt: NAME, VALUE, TYPE, TTL. TTL angir hvor lenge navneopplysningene skal leve før den blir fjernet ifra cache. NAME og VALUE avhenger av TYPE: Her er noen av de mest brukte typer : Dersom TYPE=A (Address) så er NAME=hostnavn og VALUE=ip-adressen (IPv4) for hostnavnet. Dersom TYPE=AAAA (Address) så er NAME=hostnavn og VALUE=ip-adressen (IPv6) for hostnavnet. Dersom TYPE=NS (Name Server) så er NAME=domain, for eksempel hiof.no, mens VALUE er hostnavnet til en autoritativ DNS server som kan å få tak i ipadressene til hosts i det domainet. Dersom TYPE=CNAME (Canonical Name) så vil NAME være et alias navn mens VALUE er det virkelige hostnavnet. Dersom TYPE=MX (Mail exchange) så vil NAME være et alias navn for mailserver mens VALUE er det virkelige hostnavnet til mailserveren. e) Anta at du får følgende info etter en ping kommando: Du skal nå bruke TCP protokoll mot www.stanford.edu. Pakkestørrelsen er på 4600 bit. Den fysiske datahastigheten du har på forbindelsen til din ISP er 10 Mbit/s. Hva blir effektiviteten, hvis det kun går en-og-en pakke ad gangen, dvs idle RQ. Oppgi effektiviteten i prosent. Effektiviteten U : ttrans U RTT t trans L R RTT L R 237 10 4600 10 6 10 4600 10 10 6 6 460 10 237 10 460 10 6 6 460 10 U 237 10 460 10 6 0,460 10 237 10 0,460 10 0,460 237,460 0,0019 0,2% Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 4 av 11
f) Anta nå at trafikkbelastningen til www.stanford.edu er bedre, slik at gjennomsnittlig vindusstørrelse er på 12. Hva blir datahastigheten mellom deg og www.stanford.edu? Den nye U blir nå 12 ganger større: U = 12 0,0019 = 0,0232 Den effektive overføringshastigheten blir da: U R = 0,0232 10 10 6 = 500 10 2 = 232 Kbit/s Oppgave 2 (35%) 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 internetleverandør (ISP) får du nettnummeret, med maske: 80.16.36.00/24 a) Hvor mange host kan du ha på dette nett? 32-24=8 bit til host. Det gir 2 8-2=256-2=254 host b) Hva blir broadcastadressen på dette nett? I broadcastadressen er alle bit i host-delen 1. Det gir Nett: 00/24 -> 00000000 1 ere i hostdelen: 11111111-> 255 Broadcastadressen blir da 80.16.36.255 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. c) Hva blir nettadressen til disse to subnett, og hva blir nettmasken? 01 000000 -> 64 Nettadressen blir: 80.16.36.64/26 10 000000 -> 128 Nettadressen blir: 80.16.36.128/26 Fet skrift angir nettdelen av adressen Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 5 av 11
d) Hva blir laveste og høyeste IP adresse på en host på disse to subnett? Laveste IP er en over nettadressen. Høyeste IP er en under broadcast adressen 01 000001 ->65 01 111110 ->126 Laveste på nett1: 80.16.36.65 Høyeste på nett1: 80.16.36.126 10 000001 -> 129 10 111110 ->190 Laveste på nett2: 80.16.36.129 Høyeste på nett2: 80.16.36.190 Ut av de resterende adressene, som du mistet når du delte nettet i to, ønsker du å bruke slik: e) Noen ansatte skal få nett hjemme, hvor det skal være plass til 14 host. Hvor mange ansatte kan få det, og hva blir nettnummeret, og masken til disse hjemmenett? Med 4 bit i hostdelen, blir det plass til 2 4-2=14 host. Det gir følgende nett: På 00-siden får vi: På 11-siden får vi: 00 01 0000->16 11 00 0000->192 00 10 0000->32 11 01 0000->208 00 11 0000->48 11 10 0000->224 Fet skrift angir som vanlig nettdelen av adressen Det blir 6 ansatte som kan få slike hjemmenett. Tabellen over viser siste byte i disse nett. Når vi tar med hele IP-adressen får vi disse nettnummer: 80.16.36.16/28 80.16.36.192/28 80.16.36.32/28 80.16.36.208/28 80.16.36.48/28 80.16.36.224/28 f) Hva blir IP adressene til punkt-til-punkt forbindelsene til hjemmenettene? Angi nettnummeret og maske. IP adressene til punkt-til-punkt forbindelsene bør tas fra ytterendene av adresseområdet. I vårt tilfelle må vi ta fra ytterenden, da det kun er der vi har ledige numre. Da vi har totalt 6 forbindelser, tar vi 3 fra 00 siden, og 3 fra 11 siden. Vi ser på siste byten: 0000 01 00 -> 04 1111 00 00 -> 240 0000 10 00 -> 08 1111 01 00 -> 244 0000 11 00 -> 12 1111 10 00 -> 248 Punkt-til-punkt forbindelsene får da disse numre 80.16.36.04/30 80.16.36.240/30 80.16.36.08/30 80.16.36.244/30 80.16.36.12/30 80.16.36.248/30 Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 6 av 11
g) Hva er NAT, og hvordan virker det? Network Address Translator (NAT) brukes for å oversette IP-adresser mellom to nettverk. Den kan være implementert i en ruter, som gjør det mulig å ha mange PC er med hver sin private IP-adresse på den ene siden, og kun en IP-adresse på den siden som er ut mot Internet. Man kan dermed ha et stort nettverk hjemme. Alle PC ene på dette nettverket kan da kommunisere ut på Internet samtidig, gjennom NAT ruteren. Internet ser bare en IP adresse fra alle sammen. PC ene på det private hjemme-nettverket må få et IP nummer som er spesiellt avsatt til dette. NAT oversetter fra IP adressen og fra portnummer som kommer fra en host på hjemme nettverket til den IP-adressen som routeren har ut mot Internet, og den velger en annen fra port-nummer. Dette lagres i en NAT-tabell. Når så svaret kommer fra Internet, slår den opp i NAT-tabellen og finner ut hvem host som skal ha den pakka. Den skifter da ut til ipadressen og til-portnummeret, med det som står i tabellen. Slik får den riktige host på LAN pakka. Følgende adresser er avsatt for bruk på private nettverk: IP adresse område 10.0.0.0 10.255.255.255 16,777,216 172.16.0.0 172.31.255.255 1,048,576 192.168.0.0 192.168.255.255 65,536 Maks antall addresser Subnet maske 10.0.0.0/8 (255.0.0.0) 172.16.0.0/12 (255.240.0.0) 192.168.0.0/16 (255.255.0.0) Antall bit i host delen 24 bits 20 bits 16 bits Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 7 av 11
Oppgave 3 (30%) a) Det finnes 4 hovedklasser av datanett. Det er Wi-Fi, WiMax, Bluetooth og ZigBee. Gi en beskrivelse av bruksområdet til de forskjellige. Alle disse er trådløse, dvs de bruker radiobølger som overføringsmedium. WiFi, WLAN: 802.11x (hvor x er a,b,g eller n). Laget for mobile enheter. Erstatter ledning i et typisk LAN i et kontorlandskap. Kan dermed koble en host (for eksempel PC) til et LAN, uten bruk av kabel. WiMax: 802.16 - Dekker et større område enn WiFi. Kan f.eks. brukes til å koble et utskutt LAN til Internet. Bluetooth: 802.15.1 Brukes der man skal koble eksterne enheter til en sentral enhet, som f.eks. en PC eller en mobil. Det kan være å koble et tastatur og mus, trådløst til en PC. Den er beregnet for få enheter, maks 7, og korte avstander. ZigBee: 802.15.4. Brukes der man f.eks skal styre et hus, hvor det finnes mange enheter som måler eller styres. ZigBee kan dekke et stort område med mange enheter. Kan konfigureres til forskjellige nettverkstyper. b) Gi en beskrivelse av ZigBee. Ta med deg nett-topologier, og nevn plassering av de forskjellige typer ZigBee noder. Ta med deg kanalstruktur og frekvensomårde. Ta også med deg adressering, og størrelse på et nett. ZigBee kan bruke forskjellige nett-topologier: Stjerne, tre og mesh. ZigBee bruker tre forskjellige noder: ZC (coordinator), ZR (router) og ZED (end device). I et nett finnes det kun en ZC. En ZR kan virke som en ruter som sender trafikken videre i nettverket, i tilleg til at den kan være en aktiv node. ZR kan også bli en ZC. ZED er den enkleste enhet, som kun kan sende eller motta data. Den kan ikke rute trafikk videre. Kjært barn har mange navn: ZC kalles også PAN coordinator. ZR kalles FFD (Full Function Device) og ZED kalles RFD (Reduced Funtion Device). I figuren om topologier over, er mørk blå en ZC, rød er en ZR og lys blå er en ZED. ZigBee bruker 16 kanaler i 2,4 GHz båndet. I tillegg brukes det i USA, og noen andre land, 10 kanaler i 915 MHZ båndet. I Europa brukes det 1 kanal i 868 MHz båndet, i tillegg til kanalene i 2,4 GHz båndet. Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 8 av 11
En node har en 64 bit adresse, som er unik for den noden. Ingen andre noder i hele verden har den adressen. Det finnes også en 16 bit adresse, som kallse short address. Det er den som brukes i nettverket. Et nettverk kan da ha litt over 65000 noder. c) Beskriv stacken i ZigBee? Dessuten må det skrives en del rundt dette. d) Gi en beskrivelse av hvordan Bluetooth virker. Bluetooth er primært laget for å kunne koble utstyr til en sentral enhet, f.eks en PC, uten bruk av kabel. Utstyr som tastatur, mus, osv. Bluetooth har en master som forespør opp til 7 aktive slaver, som er koblet i et piconet. Det kan være opp til 255 slaver, men kun 7 kan være aktive. En slave kan vekkes til å bli aktiv. Datahastigheten er liten. 1Mbit/s for V1.2, 3 Mbit for V.2.0 og 24 Mbit/s for V.3.0. Effekten er delt i tre klasser. Klasse 1 har maks effekt på 100 mw, og en rekkevidde på maks 100m. Klasse 2 har maks effekt på 2,5 mw, og en rekkevidde på 10m. Klasse 3 har maks effekt på 1 mw, og en rekkevidde på 1m. To eller flere piconet kan kobles sammen til et scatternet. En slave i et av disse piconet fungerer som en master i neste piconet. En slave i dette nettet, kan være master i neste piconet, osv. Båndbredden blir delt mellom alle aktive enheter. Alle enheter får en like stor andel tid per syklus. Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 9 av 11
e) Du skal dimensjonere et singlemodus fiberoptisk anlegg. Kabelen har en dempning på 0,3 db/km. Dispersjonen er på 2,0 ps/(nm km). Det brukes en laser med en innkoblet effekt på +0,0 dbm og med en spektral båndbredde på 1,5 nm. Innkoblingstapet ved mottageren er på 1,0 db. Lengden på kabelen er 55 km. Fiberkabelen leveres i lengder på 1 km. Du kan regne med 0,0 db i skjøtetap. i. Hvilken følsomhet må mottageren ha? P s P tap = P m P tap = P fiber + P skjøt + P innkobling + P system P system kan settes til området fra 3,0 db til 7,0 db. P skjøt kan sløyfes da hver skjøt er på 0,0 db +0,0 dbm 0,3 db/km 55 km 1,0 db 5,0 db = P m P m = +0,0 16,5 1,0 5,0 = 22,5 dbm Mottageren må ha en følsomhet som er bedre enn -22,5 dbm. For eksempel 23,0 dbm. (Riktige svar er: en følsomhet bedre enn; et tall fra -20,5 dbm til 24,5 dbm, avhengig hva som velges på systemmarginen) ii. Hva er den største bithastigheten som kan brukes på dette anlegget? Må først regne ut dispersjonen: t = 2,0 ps/(nm km) 55 km 1,5 nm = 165 ps Det gir en båndbredde på: B= 0,44/ t = 0,44/ 165 ps = 2,6 10 9 Hz = 2,6 GHz Den største bithastigheten blir da: 2,6 2 = 5,2 Gbit/s (uten koding) Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 10 av 11
VEDLEGG Formel for båndbredde på fiber: B 0, 44 Eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 16/12-2010 Side 11 av 11