Løsningsforslag uke 48

Løsningsforslag uke 48 Oppgave 1 Linjesvitsjing er en teknikk som tradisjonelt har vært i bruk i telefon-nettet, men som nå også benyttes for dataoverføring. ruken av en linjesvitsjet forbindelse foregår i tre faser: 1. Oppsett av linje: ved oppkall blir en fysisk linje blir satt opp mellom sender og mottager vha. mekaniske eller elektroniske svitsjer. 2. Linja brukes (for tale eller dataoverføring). 3. Nedkopling Fordelen ved linjesvitsjing er at man får en egen fysisk forbindelse som ingen andre bruker. Moderne datanett benytter imidlertid fortrinnsvis pakkesvitsjing som muliggjør deling av de fysiske linjene. Pakkesvitsjing innebærer at dataene som skal sendes først stykkes opp i pakker som sendes ut på de fysiske linjene. Hver pakke inneholder et hode og en hale i tillegg til de informasjonsbærende dataene. Hodet inneholder blant annet adresseinformasjon som er nødvendig for å rute pakken fram til mottager. Prinsippet er at pakker med data blir sendt ut på et nett og dirigert (svitsjet) til riktig sted via de pakkesvitsjene som finnes i nettet. Når en pakke kommer inn i en svitsj, avgjør svitsjen hvilken linje denne pakken skal sendes ut på ut ifra hva som ser best ut på det tidspunktet pakken prosesseres i svitsjen. Ulike pakker kan således bli sendt forskjellige veier mellom og. En fordel med pakkesvitsjing er at flere sendere og mottagere som utveksler data kan dele de samme fysiske linjene. Passer bra for asynkron trafikk (f.eks. e-post). En annen fordel er at pakkesvitsjing gir mulighet for å rute trafikk utenom linjer som er nede eller går ned. Forbindelsorientert overføring kan sammenlignes med det å kople opp en telefonsamtale eller en TCPforbindelse; Oppkopling - bruk - nedkopling av forbindelsen Forbindelsesfri overføring kan sammenliknes med å sende et brev i det vanlige postsystemet. En pakke (datagram) utstyres med en fullstendig adresse som gjøre det mulig å rute pakken fram til mottageren uten at det settes opp noen forbindelse på forhånd. C Multipleksere er innretninger i telenettet som gjør det mulig for flere linjer med lav bitrate å dele en linje med høy bitrate. Dataoverføringskapasiteten på den sistnevnte linja vil for en enkel type multiplekser, være større eller lik summen av bitratene for hver av lavkapasitets-linjene. 1

Oppgave 2 Punkt-til-punkt nett muliggjør dataoverføring mellom én avsender og én mottager av gangen. Nettet består av mange forbindelser mellom individuelle par av maskiner. For å komme fra kilde til destinasjon, kan en pakke i denne typen nett måtte gå innom mange mellomliggende maskiner (svitsjer). Det er viktig å finne en optimal rute gjennom nettet. Siden det her dreier seg om en sender og en mottager, kalles denne typen overføring gjerne unikast. Kringkastingsnett har gjerne en felles kommunikasjonskanal som deles av alle maskinene på nettet. Når en maskin sender en pakke ut på nettet, vil denne derfor mottas av alle de andre maskinene, men bare den eller de maskinene som pakken er adressert til, vil lese den inn i sin hukommelse. Pakker som ikke er adressert til en bestemt maskin, blir ignorert av denne maskinen. Kringkastingsnett muliggjør to nyttige kommunikasjonsmåter som kalles kringkasting og multikasting. Kringkasting betyr at en pakke som blir sendt ut på nettet, blir plukket opp og prosessert av alle de andre maskinene på nettet; Multikasting betyr at en pakke som sendes ut på nettet, blir plukket opp av et subsett av alle maskinene som er tilknyttet. Det som først og fremst kjennetegner Internet, er at det består av en meget stor samling med autonome nett, dvs. nett som i utgangspunktet er laget for å betjene en gruppe brukere (f.eks. lokalnettet ved UiO). Hvert av disse (sub-)nettene fungerer uavhengig av alle andre autonome nett i verden, men er knyttet sammen vha. ulike typer langdistansenett eller rene høyhastighets forbindelser. Internet-protokollen (IP) binder alle de autonome nettene sammen til det vi kaller Internet ved bl.a. å tilby en adresserings- mekanisme som er universell. Dette betyr i praksis at hvert enkelt subnett, tildeles et sett av Internet- adresser, som er unike ift. alle andre Internet- adresser og derved gjør det mulig for en maskin på ett subnett å kunne nå en hvilken som helst maskin på et annet subnett. Sentrale funksjoner som det må tas hånd om er bl.a.: Ruting på Internet nivå mellom subnett (globale Internet-adresser). Ruting på subnett nivå mellom lokale maskiner (lokale subnett-adresser). Fragmentering og reassemblering. C us lle maskinene er koplet til en lineær kabel (dvs. endene er ikke koplet sammen). enyttes for Ethernet-baserte lokalnett; denne protokollen tar høyde for at det vil oppstå kollisjoner på kabelen når to eller flere maskiner prøver å sende samtidig. Ring Kabelen som maskinene tilknyttes utgjør en sluttet ring (kan også være mer enn én fysisk ring). LN protokoller som benytter ring-topologi har sikre mekanismer som hindrer at kollisjoner oppstår (eks. Token ring, FDDI). Stjerne Maskinene er tilknyttet en felles enhet (svitsj) som sørger for at de når riktig mottager hvis denne maskinen/nettet også er koplet på svitsjen (eks. Ethernet svitsj) 2

Oppgave 3 båndbredde (bandwidth) Her skal man passe på at begrepet båndbredde benyttes ulikt ettersom det er snakk om digtale eller analoge systemer. Dersom det er snakk om analoge systemer, har båndbredden måleenheten Hertz (Hz). En analog telefonlinje har f.eks. ca. 3kHz bånbredde. Dersom man snakker om digitale systemer, mener man vanligvis kapasiteten til en link målt i bit pr.sekund. ndre betegnelser på sistnevnte er bitrate, overføringshastighet, transmisjonsrate mv. gjennomstrømning (throughput) Den datamengden vi faktisk får over en link pr. sekund (bit/s). Den teoretiske båndbredden er ofte ikke mulig å oppnå pga. pakketap, flere brukere, for langsom maskin med hensyn til programvaren som eksekveres ift. hastigheten man ønsker å sende med osv. Forsinkelsen oppstår flere steder: Fra applikasjonen som sender pakken, må pakken gå nedover i protokollstacken hvor det er mange buffere mellom lagene. Her er det viktig å unngå å kopiere pakkene, men heller flytte pekere. Kopiering tar tid. Hver protokoll har sine regler og funksjoner, dvs. at en pakke kan bli oppdelt i flere rammer som igjen legges i buffer. Propagation delay; selve mediet som det overføres på introduserer også forsinkelse: elektroner bruker tid på å forflytte seg i en kopperledning; det samme gjelder fotoner i et fiber. Prosesseringstid: Ute i nettverket vil det være mange rutere som pakken må passere; disse bruker tid på å få sendt pakker videre. Tid for å sende en pakke: Dette avhenger av kapasiteten på linken. En linje med 1Mbps og en pakkestørrelse 10 kb vil trenge 10 ms for å få hele pakken ut på linja. Retransmisjon av pakker fører selvfølgelig til forsinkelse. Ved bit-feil: Noen ganger vil enkeltbit bli feiltolket, men som oftest vil feil opptre i burst, dvs. feil i flere bit etter hverandre. Dette blir vanligvis forårsaket av elektrisk interferens, f.eks. lynnedslag. En node i nettet kan være nede. Pakken kan da eventuelt rutes rundt, men dette vil ikke alltid være mulig. Programvaren i en ruter kan dessuten bruke gale/ikke oppdaterte rutingtabeller, og derved framsende pakker i feil retning. Oppgave 4 Oppgaven til lag 1 er å klokke ut og ta i mot bit, multipleksing / demultipleksing, koding av bit i basisbånd, modulasjon av bit inn på en bærebølge (amplitude, frekvens og fase modulasjon). twisted pair mest brukt i telefonnettverk, billig og det mest brukte transmisjonsmediet. rukbar for kabling i bygninger. 3

coaxialkabel brukes til overføring av TV-signaler og i localnettverk. 50 omh (data) og 75 omh (tvsignaler). rukes til kortere avstander. Kan bære mange slags signaler samtidig (data, TV osv.). optisk fiber brukes omtrent over alt. Fiber har mange fordeler: stor kapasistet - høy båndbredde mindre størrelse og lettere enn kobberledninger (twisted pair) lavere demping av signalstyrke, og dempingen er konstant over en lengre rekkevidde elektromagnetisk isolasjon - påvirkes ikke av andre elektromagnetiske kilder (pga. bruk av lys, vanskelig å avlytte eller å bryte). større avstander mellom repeatere (eks. på 318 km uten repeatere). terrestrial mikrobølge alternativ til coax eller fiber. rukes i områder hvor det er vanskelig å legge kabel. Sender og mottaker må ha øyekontakt. satelitt mikrobølge brukes til TV, telefoner og private organisasjoner (egne linker). distribuering pga. stort footprint. Ypperlig til broadcast radio radiobølger vi kjenner fra vanlig radio og TV. I motsetning til satelittsignaler, krever ikke radiosignaler rettede antenner. infrarød sender og mottaker må ha øyekontakt, og infrarøde stråler går ikke igjennom vegger. ltså bedre sikkerhet og ingen interferensproblemer (slik som for mikrobølger). Det finnes heller ikke frekvensallokering infrarøde stråler. rukes mellom apparater som står nær hverandre (fjernkontroll, mobiltelefon og PC). Oppgave 5 Legge på en mottaker- og avsender-adresse. For å skille virkelige data fra støy o.l. på linjen. Oppdage feil (eks. CRC), rette feil (eks. FEC). Legge på flytkontroll. Man kan bruke både start- og sluttmerke på rammene, eller bare startmerke, variabel eller fast lengde (variabel krever vel sluttmerke eller angitt lengde i header, ettersom man vanskelig kan kreve at det skal gå en jevn strøm av pakker, slik at man kunne brukt startmerket på neste som sluttmerke). Se forøvrig forrige spørsmål. C Flytkontroll regulerer trafikken over en kanal, og går ut på å gjøre det mulig for mottaker å regulere hvor mye data den til enhver tid er i stand til å motta. Dette kan oppnås ved at mottaker sender en egen melding som ber avsender slutte å sende (eller bremse på sendehastigheten). Glidene vindu mekanismen kan også benyttes for å løse dette ved at mottager lar være å sende kvitteringer (CK) når den ikke kan motta for øyeblikket. Den siste metoden innebærer unødige retransmisjoner, men dette spiller ingen rolle siden linken likevel ikke kan brukes til noe annet når mottaker-noden ikke kan motta. 4

Oppgave 6 Hovedoppgaven til nettlaget er å transportere rammer fra SP på toppen av nettlaget hos avsender, gjennom nettet og til SP på toppen av nettlaget hos mottager. Ofte vil rammer måtte passere mange rutere på sin vei fra avsender til mottager. Nettlaget er det laveste laget som tar seg av ende til ende transmisjon, i motsetning til link laget som tar seg av det å flytte rammer fra en ende av en link til en den andre. Nett-tjenesten kan være forbindelsesorientert eller forbindelsesfri. Uavhengig av dette er oppgavene til nettlaget adressering og ruting. Dersom nett-tjenesten er er forbindelsesorientert må nettlaget i tillegg sørge for glidende vindu, flytkontroll og metningskontroll. Forbindelsesorientert: Pålitelig. Forbindelsesfri: Teleselskaper har 100 års erfaring med telefonsystemer. Medfører overhead i forbindelse med oppsettting av virtuell rute. ll kompleksitet i nettverksdelen, medfører mindre fleksibilitet. Nettverkslaget skal sørge for rimelig pålitelig overføring. oppsetting av forbindelser og forhandling av parametere som kostnader og pris. edre egnet for konferanse aktig trafikk som er avhengig av kort forsinkelse. Upålitelig og forbindelsesløs representert ved Internet. ca. 30 års erfaring. Nettverkslaget er upålitelig uansett. Derfor vil hostene uansett oppdage/korrigere for feil og sørge for flytkontroll. Kompleksiteten legges i transportlaget, men det gjør ikke så mye da regnekraft har blitt veldig billig. Oppgave 7 Datagrammer: Hver pakke inneholder den komplette adressen til destinasjonen. Switchen/ruteren benytter så denne informasjonen til å bestemme hvor pakken skal videre. Virtuelle forbindelser (Virtual Circuit, VC): En VC vil si at alle pakker fra en bestemt node,, går samme vei til en bestemt node,. For at en VC skal virke må det først opprettes en 5

forbindelse, dette gjøres ved at den hosten som vil opprette en VC, sender ut en setup-message. Denne spesielle pakken vil da traversere nettet og sette av resurser i de forskjellige ruterene den er innom. Hver ruter som kan tilby VC er, må vedlikeholde en tabell over de VC er den har. Datagrammer: Datagrammer er veldig enkle å sende, de kan sendes til enhver tid til enhver node. Dette gjør at avsender ikke trenger å bekymre seg med hvilken vei pakken tar. Datagrammer er imidlertid ikke garantert å nå mål, de kan gå tapt på veien, og avsender har ingen måte å finne ut av dette. En annen effekt av datagrammer, som til tider ikke er ønsket, er at de kan komme frem i en anne rekkefølge enn de ble sendt. Dette kommer av at datagrammer kan ta forskjellige veier. Datagrammer tilfører en del kompleksitet til ruterene. Ruterene må kunne bygge ruting-tabeller, og dette er ikke alltid en dans på roser. Et siste draw-back med datagrammer er at hver pakke må inneholde destinasjonsadressen. Virtuelle forbindelser: VC er har den fordelen at hver pakke som sendes kun trenger å inneholde VCI, noe som er en del mindre enn en hel adresse. VC sørger også for at alle pakker ankommer i den rekkefølge de blir sendt, noe som er en klar fordel i enkelte applikasjoner. VC er er på den annen side sårbare for brudd i kretsen. Skulle en ruter gå ned, må hele kretsen etableres på nytt. Oppgave 8 To hovedproblemer: Heterogenitet og skalering. Heterogenitet: rukere av forskjellige typer nettverk skal ha mulighet til å kommunisere med hverandre, til tross for at nettene har forskjellige medium aksessteknologi, tjenestemodeller og adresseringsskjema. Skalering: Internett ekspanderer med en nærmest utrolig hastighet. Denne veksten resulterer i følgende delproblemer: Ruting: hvordan finne en effektiv sti i et nettverk av flere millioner noder? dressering: Hvordan identifisere alle nodene i nettet? Heterogene subnett skal kommunisere og opptre som ett operativt system. Sub-autonomitet: det skal ikke kreves endringer i subnettene. Størst mulig adaptivitet overfor kabelbrudd, node- kræsj og trafikkbelastning. Gjøre minst mulige forutsetninger om underliggende teknologi. Skal utnytte ulike nett- og transmisjonsteknologier (konvergensteknologi). Endesystemene skal håndtere påliteligheten. 6

C Se sammenkobling av store nett figuren. Når man sammenkobler nett vha TCP/IP må man alltid opp på IP laget før pakkene kan sendes videre på en fysisk link. Figure 1: Sammenkobling av store nett. D Transporten av pakker skjer på raskest mulig måte. Vi har derfor ingen garanti for vellykket overføring. En best effort overføring betyr at: pakker kan bli borte. pakker kan ankomme i feil rekkefølge. pakker kan dupliseres. pakker kan bli unormalt forsinket. det settes en øvre grense for pakkestørrelsen. 7

Oppgave 9 Transportlaget er det første laget med ende til ende kontroll. Lagene fra transport- laget og over finnes typisk bare i endesystemene og ikke i rutere og switcher. Over transportlaget finner vi protokoller som understøtter samvirke mellom distribuerte applikasjoner; disse protokollene beskjeftiger seg ikke med selve overføringen av data, men forutsetter at dette ivaretas av underliggende lag. Under transportlaget har vi det fysiske nettet, med rammer og ruting. Disse lagene (Fysiske, link, nett, transport) har det kollektive ansvaret for overføring av data mellom sender og mottaker, og at kvaliteten på overføringen tilsvarer applikasjonens behov. Hvis vi ønsker å oppnå/garantere full pålitelighet i Transportlaget, må vi ha: - Pålitelig oppkobling av forbindelser. - Pålitelig overføring av data, dvs: alle meldinger kommer fram ingen meldinger dupliseres meldinger bytter ikke rekkefølge meldingene inneholder ikke feil (feilsjekk ende-til-ende) Pålitelig nedkobling av forbindelser uten tap av datapakker (graceful close). C Valget mellom TCP og UDP gjøres når man skal implementere en applikasjon. Mer spesielt velger man det når man oppretter f.eks en socket, som kan ta parameter TCP eller UDP. Man velger den protokollen man tror best vil oppfylle sine behov til netteverks- kommunikasjon effektivitet/hastighet/sikkerhet. Det vil vel ofte ende opp med ett kompromiss, og man bruker den protokollen som har flest av de egenskapene man trenger. UDP vil typisk være velegnet for å sende mange spredte små pakker, eller lyd/bilde strømmer, interaktiv bruk, hvor det ikke er vesentlig om alle pakker kommer frem. TCP er velegnet til store filoverføringer o.l. 8