EKSAMEN Emnekode: ITF20205 Emne: Datakommunikasjon Dato: 28.Nov 2005 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 5 sider inklusiv denne forsiden. 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. Side 5 er en side med vedlegg. Sensurdato: 19. Desember 2005 Karakterene er tilgjengelige for studenter på studentweb senest dagen etter oppgitt sensurfrist. Følg instruksjoner gitt på: http://www.hiof.no/index.php?id=7027 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 1 av 12
Oppgave 1 (45%) a) Ethernet har etterhvert fått andre navn. Beskriv hvordan et slikt navn er laget og nevn noen av disse navna. 10Base5. Det første tallet forteller bithastigheten i antall Mbit/s. Det neste feltet forteller om modulasjonsmetode. Base betyr at det ikke er noen modulasjon av signalet. Det siste sifferet forteller om regeneratoravstanden i antall 100-meter ved bruk av koakskabel, ellers forteller den om overføringsmediet. 10Base5 er det originale Ethernet, med 10 Mbit/s datahastighet og 500 m regeneratoravstand. Det brukes der tykk koaks 10Base2. Dette er 10 Mbit/s med en maks regeneratoravstand på 185m. Det brukes her tynn koaks, eller RG58. (Oppfattelsen av ordet tynn eller tykk er gitt av hvilket fagmiljø man snakker i. Her er ordene brukt slik som er gyldig i et datamiljø. Hvis man hadde snakket om tynn koaks i et radioastronomi eller radiokommunikasjons-miljø hadde det vært en helt annen koaks enn RG58) 10Base-T. Dette er 10 Mbit/s og bruk av parkabel som overføringsmedium. T= Twisted Pair 100Base-T4. Dette er 100 Mbit/s (Fast Ethernet) og bruk av Cat 3 parkabel som overføringsmedium. Da Cat 3 har dårlige frekvensegenskaper måtte man bruke 4 par (i stedet for 2) for å kunne overføre signalet. Det ble også brukt 3 signalnivåer på linja, altså 3 forskjellige spenninger. Det brukes 8B/6T koding. Maks segment lengde er 100 m. 100Base-TX. Dette er 100 Mbit/s (Fast Ethernet) og bruk av Cat 5 kabel. Kun 2 par brukes, en for hver retning. Det brukes 4B/5B koding. Maks segment lengde er 100 m. 1000Base-T. Dette er 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet). Det må brukes Cat 5 kabel (eller bedre). 4 par må brukes. Man får til maks segment lengde på 100m ved å spesifisere en større minimum pakkelengde. Slot time på 512 bit blir øket til 512 byte i Gigatbit Ethernet. b) Forklar virkemåte til aksessmetoden CSMA/CD. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD) virker slik: Når en host skal sende data, vil den først lytte på linja for å høre om den er ledig. Hvis den ikke er ledig, venter den til linja blir ledig og starter sendingen etter at det har gått en interframe gab tid. Hvis den under sending av sine data oppdager at andre også sender, at det er kollisjon, vil den avslutte sendingen av datapakka, og begynne å sende en jamsekvens på 32 bit. Dette tilfeldige bitmønsteret sendes for å være sikker på at alle Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 2 av 12
som driver å sende skal oppdage kollisjonen. Hver stasjon venter da et random antall slot time før den forsøker å sende på nytt. Hvis dette random tallet skulle bli det samme på begge to, vil det bli kollisjon igjen. Da venter de begge på nytt, men nå øker tallområdet for randomtallet. Da er det mindre sannsynlighet for at begge velger samme randomtall. Hvilket tallområde randomtallet velges er gitt av antall kollisjoner. Jo flere etterfølgende kollisjoner, jo større blir det tallområdet. Randomtallet R velges i området 0<= R < 2 n (eller 0<=R<=(2 n -1)), hvor n er antall forsøk. Etter første kollisjon bli n=1, og da bli R et tilfeldig (random) tall mellom 0 og 1. Hvis det blir kollisjon igjen vil R bli et tilfeldig tall mellom 0 og 3, osv. Det fortsetter slik helt opp til den 10 ende kollisjonen. Da velges R mellom 0 og 1023 (2 10 =1024). Totalt vil to PC er forsøke å sende en pakke opp til 16 ganger, men de siste gangene fra 10 til 16 vil ikke område for R øke. Den vil hele tiden velges mellom 0 og 1023. c) Hva er det som bestemmer maks avstand på et Ethernet? Det er tiden som brukes for å sende en datapakke. En datapakke kan ikke være ferdig med å være sendt før det er gått en slot time. Det er tiden et signal går fra det ene ytterpunkt på et nett, til det andre, og tilbake igjen. Dette kravet er der for at en kollisjon mellom datapakker alltid skal kunne oppdages av de som sender, og som da vet at datapakka deres ikke kom frem. De vil da forsøke å sende datapakka på nytt. Tiden som brukes for å sende en datapakke er gitt av bithastigheten og antall bit i pakka. For 10Mbit/s Ethernet er maks avstand 2,5 km. Slot time er 512 bit times. Dvs en datapakka må ikke være mindre enn 512 bit. d) Hva har man gjort for å forlenge maks avstand på Gigatbit Ethernet? Med Gigabit/s datahastighet ville maks avstand vært 25 m hvis man hadde brukt en slot time på 512 bit times. Man har løst det problemet ved å gjøre minimum pakkestørrelse større enn 512 bit. Den er øket til 512 byte. Denne nye minimum pakkestørrelse utføres i hardware på nettkortet, ved at en padding blir lagt til slik at pakka blir stor nok. Da trenger man ikke å gjøre noen forandringer i software. Det er også åpnet opp for muligheten til å sende flere pakker etter hverandre, slik at de til sammen blir minimum 512 byte. e) Gi en kort forklaring på hvordan DNS virker. Domain Name System 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 det maskinnavnet ikke finnes i nærmeste navnetjener, vil den forespørre en navnetjener høyere opp i systemet. Hvis ikke den heller kjenner til navnet, vil forespørselen kunne gå opp til toppen i hierarkiet, som vil sende forespørselen nedover på den riktige vei i system. Den første navnetjeneren som har opplysningen om det maskinnavnet vil svare. Den første navnetjeneren, som originalt sendte forespørselen, vil kopiere opplysningen om det Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 3 av 12
maskinnavnet, og la den være hos seg i en viss tid, i tilfelle det blir en ny forespørsel. Etter at den tiden er gått ut, vil opplysningene om den maskinen bli slettet. f) Hva er forskjellene mellom OSI og TCP/IP referansemodell? Hovedforskjellen er at TCP/IP referanse modellen mangler lag 5 og 6 som finnes i OSImodellen. TCP/IP protokollen eksisterte før referanse modellen var laget, og inneholdt derfor heller ikke i starten klare definerte grensesnitt mellom de forskjellige lagene. Etter hvert ble det laget en hybrid modell, som er mye lik OSI-modellen på de 4 nederste lagene. Fra lag 4 går det rett opp i applikasjonslaget. Denne hybridmodellen kalles nå TCP/IP modellen. g) Forklar forskjellene mellom en HUB, Switch og Router. I forklaringen må du få med deg hvordan de forskjellige virker. En HUB har en tilkobling (port) per PC, og ble laget for at man skulle kunne bruke parkabel for å koble sammen PC er. En HUB erstatter altså funksjonen til en koakskabel. En HUB virker på lag 1 og for alle tilkoblede PC er virker det som om de er koblet til et felles overføringsmedium. En HUB sender ut til alle det som kommer inn på en port. En Switch er en HUB som klarer å lese MAC-adresser. Den virker på lag 2, og lærer seg først MAC-adressene til PC ene som er tilkoblet. Når en pakke kommer inn på en port, leses til-adressen på pakken, og den blir kun sent ut på den porten hvor den PC en er. En Switch kan dermed håndtere mer trafikk enn en HUB. En Router virker på lag 3 og vil rute trafikk basert på adresser på lag 3, f.eks IPadresser. h) Hva er hovedoppgavene til Transportlaget. Transportlagets hovedoppgaver er å sende data feilfritt mellom to endepunkter. All kommunikasjon foregår ende-til-ende. F.eks hvis en PC mottar en ACK-pakke (på transportlagnivå) vet den at det er den PC, som faktisk skulle ha datapakka, som svarer. Transportlaget er også grensesnittet mellom applikasjonene og nettverk, og skjuler de nettverksavhengige lagene for applikasjonene. Dessuten tilbyr den tjenester til applikasjonene. i) Hva er et Datagram? Et datagram er en pakke som blir sendt ut på nettet som en frittstående enhet, og den inneholder nok informasjon til å finne veien fram til mottager. Det er ingen oppsett av transportvei på forhånd, og neste datagram-pakke kan finne en annen vei frem til samme mottager. Det er ingen ACK/NACK-melding som sendes tilbake. Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 4 av 12
j) Hva er forskjellene på en TCP protokoll og UDP protokoll? UDP bruker datagram-pakker. Her kommer data i første pakke som sendes. Ingen oppsett av transportvei først, som de etterfølgende pakkene kan følge. Det er heller ikke ack-melding tilbake. I TCP settes forbindelsen opp før data sendes. Alle pakker bruker samme vei, og etter at dataoverføringen er ferdig går den inn i en nedkoblingsfase. Det er vanlig å bruke ACK/NACK-melding tilbake. TCP er dermed mye mer treg enn en UDP. k) Hva brukes portnummer til? Portnummer brukes til å fortelle hvilken applikasjon som skal ha dataene. Den info ligger i hodet på en TCP- eller UDP-pakke. Det finnes også portnummer mellom tarnsportlaget og nettverkslaget. Der brukes portnummeret til å fortelle om det er UDP eller TCP protokoll som skal ha dataene. l) Hvor må man bruke spanning tree bridge, og hvorfor? Spanning Tree Brigde må brukes der hvor man har flere mulige veier mellom to LAN, som forbindes vha bridge. Hvis ikke, vil flooding algoritmen medføre at en pakke vil gå i evig rundgang, og laste ned nette. Spanning Tree vil si at det velges hovedveier mellom de forskjellige nettsegmenter eller LAN. En pakke vil da sendes på hovedveien. De andre mulige veien vil kun være reserveveier, som brukes hvis hovedveien ikke virker lenger. Reserveveien vil da bli definert som en ny hovedvei. Spanning tree algoritmen går hele tiden i bakgrunnen, slik at den vil sette opp nye veier hvis en vei blir ødelagt, eller hvis nettet blir utvidet. Meget grovt fortalt så virker et spanning tree algoritme slik at en bridge blir en root - brigde. Ut ifra denne lages veiene. Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 5 av 12
Oppgave 2 (30%) Anta at du (ditt firma) har fått tildelt adresseområdet 137.29.176.00 med maske 255.255.240.00 av din ISP. a) Hvor mange host kan du ha på dette nett? Antall host er bestemt av antall bit i hostdelen av adressen. Hvor mange bit det er kan man se av nettmasken: 255.255.240.00-> 11111111. 11111111. 11110000.00000000 Det er 12 bit til host, som gir 2 12-2 = 4094 host b) Hva blir broadcastadressen på dette nett? Broadcastadressen er der hvor det er bare 1 ere i hostdelen av adressen. Nettadressen 137.29.176.00 -> (to siste byte): 10110000.00000000 Broadcastadressens to siste byte: 10111111.11111111 Som blir: 137.29.191.255 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 6 av 12
c) Nå skal du dele dette nett opp i 6 subnett, LAN1 til LAN6. Disse nettene skal være så store som mulig. Hva blir nettnumrene til disse 6 nett? For å få 6 subnett må vi ta 3 bit av hostdelen og lage om til nett. Vi ser på de to siste byte av adressen 137.29.176.00. De to første, 137.29, er like på alle. 176.00 -> 10110000.00000000 De 6 nye nett får adressene: 10110010.00000000 -> 137.29.178.00 10110100.00000000 -> 137.29.180.00 10110110.00000000 -> 137.29.182.00 10111000.00000000 -> 137.29.184.00 10111010.00000000 -> 137.29.186.00 10111100.00000000 -> 137.29.188.00 d) Hva blir nettmasken på disse 6 nett? Nettmasken får 3 stk 1 ere til. Vi ser på de 2 siste byte: 11111110.00000000 -> 254.00 Det gir altså en maske på 255.255.254.00 e) 4 av disse 6 subnett tilkobles via ISDN, som også skal ha sine IP-numre. Hvilke IPnettnummer vil du gi til disse 4 ISDN-forbindelsene? ISDN-forbindelsene får nettnummer i ytterkant av nummerområdet, da det er et lite nett. Det er kun 2 host på en ISDN-forbindelse. Det vil si kun 2 bit til host. Vi velger 2 ISDN-nett på hver side av nummerområdet, altså 2 på 00-siden og 2 på 11-siden. Vi ser på de to siste byte: 10110000.00000100 -> 137.29.176.04 -> ISDN 1 10110000.00001000 -> 137.29.176.08 -> ISDN 2 10111111.11110100 -> 137.29.191.244 -> ISDN 3 10111111.11111000 -> 137.29.191.248 -> ISDN 4 Da det blir flere ISDN-forbindelser vil det være mulig å gi disse 4 ISDN-forbindelsene nummer på kun den ene siden (00-siden, eller 11-siden). Men etter at alle ISDNforbindelser er delt ut bør antall ISDN-forbindelser være tilnærmer lik på 00-siden og 11-siden, for å utnytte nummerområdet best mulig. f) Hva blir nettmasken til disse 4 ISDN-forbindelsene? Da det er 2 bit til host blir nettmasken: 255.255.255.252 da 11111100 -> 252 g) Ut av de resterende IP-numrene skal 4 ansatte få nettverk hjemme, via ISDN. De vil ikke bruke NAT. Det er bestemt at de kan ha maks 6 PC er på sitt hjemmenett. Hva blir nettmasken på disse nett. Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 7 av 12
Med 6 PC er på et nett må det være 3 bit i hostdelen. Det gir en maske på: 255.255.255.248 h) Resten av IP-numrene skal brukes av de ansatte som ønsker å ha sitt eget hjemmenett tilkoblet til internet via ISDN. De bruker alle en ISDN router med NAT. Hvor mange ansatte kan få dette tilbudet? Nå må vi først finne ut hvor mange nummer vi har igjen. Av de 4 ansatte (i oppgave g) har vi delt ut numrene: 10110001.11110000 -> 137.29.177.240 10110001.11111000 -> 137.29.177.248 10111110.00000000 -> 137.29.190.00 10111110.00001000 -> 137.29.190.08 Til disse 4 her vi gitt nummer fra midten, like under og like over de numrene som er gitt til de 6 LAN (oppgaven c). Dette fordi resten skal gå til ISDN, som er mindre nett og dermed skal være mer i ytterkant av nummerområdene. Disse 4 skal også ha ISDN-forbindelser: 00-siden: 10110000.00001100 -> 137.29.176.12 -> ISDN 5 10110000.00010000 -> 137.29.176.16 -> ISDN 6 11-siden: 10111111.11101100 -> 137.29.191.236 -> ISDN 7 10111111.11110000 -> 137.29.191.240 -> ISDN 8 Det vi har igjen på 00-siden er da fra nummeret over 10110000.00010000 -> 137.29.176.16 -> ISDN 6 opp til nummeret under 10110001.11110000 -> 137.29.177.240, som var nettnummeret til en av de 4 ansatte. Det blir da fra: 10110000.00010100 -> 137.29.176.20 Til 10110001.11101100-> 137.29.177.236 Nå er det 4 nummer mellom hvert ISDN-nett, så antall ISDN-nett på 00-siden blir 476/4=119 Så gjør vi samme undersøkelse på 11-siden. Vi har fra nummeret under 10111111.11101100 -> 137.29.191.236 -> ISDN 7, opp til nummeret over 10111110.00001000 -> 137.29.190.08, som var nettnummeret til en av de 4 ansatte. Det blir da fra: 10111111.11101000 -> 137.29.191.232 Til 10111110.00010000 -> 137.29.190.16 Nå er det 4 nummer mellom hvert ISDN-nett, så antall ISDN-nett blir 476/4=119 Totalt vil 119+119=238 ansatte få tilbud om ISDN Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 8 av 12
i) Gi en beskrivelse av virkemåten til NAT. Network Address Translation (NAT) gjør det mulig å ha et stort LAN (lokal area network), hvor alle kan være tilknyttet Internet, men som allikevel bruker bare en IPadresse ut mot Internet. Alle tilknytninger på LAN må da bruke en av de 3 blokker med IP-adresser som er avsatt til private nettverk: 10.0.0.0-10.255.255.255 172.16.0.0-172.31.255.255 192.168.0.0-192.168.255.255 Ut mot Internet finnes en router med NAT-funksjon i seg. Den oversetter fra IPadressen og fra portnummer som kommer fra en host på LAN 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 ip-adressen og til-portnummeret, men det som står i tabellen. Slik får den riktige host på LAN pakka. Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 9 av 12
Oppgave 3 (25%) a) Anta at du har en 100m lang UTP kabel med karakteristisk impedanse R 0 =100 Ω. Denne er avsluttet med en motstand på 50 Ω (istedet for 100 Ω ). Dette gir en mistilpasning. Ved sendersiden er det tilpasning, fordi der brukes det en generator med 50Ω indre motstand og en 50Ω motstand i serie, slik som indikert på tegningen. Du sender en 250 ns lang puls, med en spenning på 10V, ut på denne kabelen. Hvor stor spenning har pulsen som kommer tilbake? Lag også en skisse av signalene slik de ser ut ved senderen. Pass på å målsette aksene riktig. Spenningen på pulsen som kommer tilbake, U R, er gitt av refleksjonsfaktoren og utsendt puls U F : U R R R 0 50 100 50 = ρ = = = = 0,33 U R + R 50 + 100 150 F 0 Spenningen på pulsen som kommer tilbake, U R = ρ U F =-0,33 10V= -3,3V 10V U 5V 0V 250ns 500ns 750ns 1000ns t -3V Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 10 av 12
b) Du skal installere et singlemodus fiberoptisk anlegg. Avstanden er 122 km. Kabelen har en dempning på 0,3 db/km. Dispersjonen er på 3,5 ps/(nm km). Det brukes en laser med en innkoblet effekt på 5,0 dbm og med en spektral båndbredde på 1 nm. Innkoblingstapet ved mottageren er på 2 db, og fiberen leveres i lengder på 5 km. Skjøtetapet kan settes til 0,1 db. i. Hvilken følsomhet må mottageren ha? P m = P S -P innkobl -P fiber -P skjøt -P system P m = -5,0 dbm 2 db - 122 0,3 db - 24 0,1dB = -5,0 2-36,6-2,4 7 P m = - 53,0 dbm Mottageren må ha en følsomhet på - 53,0 dbm (eller bedre) ii. Hva er den største bithastigheten som kan brukes på dette anlegget? Vi må først finne båndbredden B, til dette anlegget. Den er gitt av dispersjonen τ: 0,44 0,44 0,44 12 6 B = = = 10 [Hz] = 1030 10 [Hz] = 1030[MHz] 12 τ 122 3,5 1 10 [s] 427 Da ingen koding er oppgitt er den største bithastigheten er 2 B = 2,060 [Gbit/s] c) Gi en kort beskrivelse av ZigBee. ZigBee er et wireless system som har en forholdsvis stor rekkevidde. En node kan nemlig virke som en repeater for en annen. Det kan være flere repeatere på en strekning. Hvis en node går ned, finnes det antagelig en annen i nærheten som kan ta over hvis det brukes Mesh nettverk. ZigBee har et lavt strømforbruk og en datahastighet på opp til 250 Kbit/s (250 Kbit/s, 40Kbit/s eller 20 KBit/s). Det er 16 kanaler i 2,4 GHz båndet. Det brukes CSMA/CA aksessmetodet. DSSS modulasjon brukes. Det er 64 bit adressering, slik at veldig mange noder kan være tilstede. Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 11 av 12
VEDLEGG Formel for refleksjon: ρ = R R 0 R + R 0 Formel for båndbredde på fiber: B = 0, 44 τ The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved the following three blocks of the IP address space for private networks: 10.0.0.0-10.255.255.255 172.16.0.0-172.31.255.255 192.168.0.0-192.168.255.255 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 12 av 12