1 1
Høgskolen i Molde Institutt for Informatikk Prøveeksamen 1 in270: Datakommunikasjon Våren 2003 Skisse til svar: bokmål 1 Hjelpemidler: Kalkulator Oppgavesettet består av to (2) sider inkludert forsiden
Les dette før du begynner: Oppgavene skal løses på eget ark. Faglærer vil komme rundt et par ganger og besvare eventuelle spørsmål. Vær 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! 1. Forklar forskjell på hvordan SM og MM fiber virker, hvilke egenskaper de har og hva de vanligvis brukes til. Du skal forklare hvordan tre viktige støyforhold innvirker på anvendelsesmulighetene til SM og MM fiber. Skisse til svar: I Multi Mode (MM) fiber sprer lyset seg langs ulike veier i fiberen. De deler av lyset som tar den lange veien vil komme frem senere enn de som tar den korte veien. Det mottatte signal vil da være forstyrret (støytype 1: Delay distortion) grunnet denne avstanden, og forstyrrelsen øker selvsagt med fiberens lengde. En Single Mode (SM) fiber er såpass tynn at lyset ikke kan dele seg på flere veger. Alt lyset ankommer samtidig. Både SM og MM fiber svekker signalet jevnt (støytype 2: Attenuation) jevntslik at en uansett vil måtte begrense fiberens lengde, men en SM fiber lar en gå lenger fordi den ikke har delay distortion. Hverken SM eller MM utsettes for elektromagnetisk støy og passer godt for industrimiljø med mye slik støy. 2. Beregn sendefrekvensen til en 850nm LD. Vurder spektret til en fiber i forhold til TP og koax? Skisse til svar: Regneformelen er at λ = C/f der C er lysets hastighet (3 10 8 ), f er frekvensen og λ er bølgelengden. En får da f = C λ = 3 108 850 10 9 = 3 850 108 ( 9). Dette blir f = 0.003529 10 17 = 352.9 10 12. I dagligtale: 353 Thz. Dette er da langt over TP s spekter (noen Mhz) og koax s spekter (500-750 Mhz). 3. Et 4-byte fragment av en pakke inneholder ordet MOLDE. Anta 8 bits ASCII. Hvordan kodes dette i 10Base10, 100BaseF og 100Base4T? Skisse til svar: MOLDE er fem byte. I 8-bits ASCII kodes Molde som 01001101 01001111 01001100 01000100 01000101 Antar at det er nok med de fire første. I 10Base5 (finnes ikke noe 10Base10) kodes dette som Manchester, med endring midt i bit (0 1 for 1 og 1 0 for 0. Over 100BaseF kodes 4B/5B over NRZI (vedlagt eksamenstekst) og en sender da 125 Mb/s ut på fiberen: 5 bit for hver 4 bit, eller 10 bit per byte. I NRZI kodes 1 med en endring midt i bit, 0 gir ingen endring. Over 100Base4T brukes tre av de fire kopperparene i UTP. Koden er 8B6T (vedlagt eksamenstekst), altså 8 bit kodes som seks ternære. De seks tærnære symbol som skal sendes for en gitt byte legges ut på neste ledige wire etter at byten er 1
klar for sending. M kodes som +0-000, O kodes som -0+000, L som 0+-000 og D som -00++0. Hvert ternært symbol varer i 4 1 = 40 100 10 6 ns. Se Figur 3. 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 Manchester 4B5B/ NRZI 40ns 8B6T Wire 1 Wire 3 Wire 4 Figur 1: Moldekoding. Tidsintervallet for Manchester er 10 gang lengre (i faktisk tid) enn for 4B/5B og 8B6T. 4. Forklar CRC, virkemåte og hensikt. Skisse til svar: CRC er Cyclic Redundancy Check og brukes til å avdekke feil i en pakke. Avsender beregner en sjekksum av det som sendes og legger med. Hos mottaker beregnes sjekksum med samme algoritme på den pakke som mottas, inkludert sjekksummen. Denne sjekksummen skal bli lik null for at mottaker skal erklære pakken for feilfri. 5. Gi og forklar formelen for utnyttelse av en Idle RQ link. Skisse til svar: Formelen for utnyttelse av en Idle RQ link er U = T x /(T x +2T p ) der T x er tiden det tar å sende en pakke og T p er propagation delay; tiden det tar før pakken ankommer den andre parten. 6. Anta at Høgskolen har mørk fiber til Trondheim. Pakker sendes med linjerate tilsvarende STM-1, alle er like lang som maks pakkestørrelse i 1000BASE-TX og en bruker Idle RQ. Hva blir utnyttelsen? Husker du ikke forkortelsene og tallene de representerer, velg noe du tror er nært god bonus til de som husker de! Skisse til svar: STM-1 tilsvarer 155.52 Mb/s, avstanden til Trondheim er 300 km og maks pakkestørrelse i Gigabit Ethernet (1000BASE-TX) er 4096 bits. Dette gir T x = 4096/155520000 = 26.337 10 6 sekund og T p = (300 1000)/2 10 8 = 1.5 10 3 sekund (bruker C = 2 10 8 som signalhastighet). Dette gir U = eller 0.87 prosent. 26.337 10 6 26.337 10 6 + 2 1.5 10 3 = 8.7026 10 3 0.0087 2
7. I forrige spørsmål burde du få et dårlig resultat. Vil en annen feilkorrigeringsprotokoll enn Idle RQ hjelpe, eller er det andre muligheter for å bedre utnyttelsen? For hvert tiltak du skisserer skal du også illustrere fordelene med et tidsdiagram som viser effekten av tiltaket. Skisse til svar: De kan øke pakkestørrelsen eller gå over til en annen feilprotokoll som Go-Back-N. I Idle RQ må senderen stoppe og vente etter en (1) pakke; i Go-Back-N kan han sende inntil han har K ubekreftede. 8. Hva menes med carrier extension i 1000BASE-TX? I hvilken forbindelse brukes dette? Hva skjedde hvis systemet ikke hadde dette? Skisse til svar: Alle pakker vil fylles ut slik at de minst er 4096 bit. Uten denne ville senderen i shared-access modus, ikke vite om det ble worst-case kollisjon. Pakken var ferdig utsendt før eventuelle kolliderende (sendt av en som var lengst mulig borte) hadde ankommet. Kollisjoner betyr at pakken må sendes om igjen, og en reduserer utnyttelsen av nettet. 9. I hvilken forbindelse er flytkontroll (flow control) aktuelt i Ethernet? Hvordan virker dette? Skisse til svar: Når en DTE sender over et ikke-shared Ethernet (full duplex) av typen 1000BASE-TX kan svitsjen be DTE om å ta en pause. Dette er kun aktuelt hvis svitsjen har opphopninger av pakker fra denne DTE, pakker som ikke kommer seg ut av svitsjen grunnet stor last til aktuell utgangsport. Dette pausesignalet indikerer også hvor lenge DTE må ta pause. 10. Forklar kort hva som menes med flertjenestenett Skisse til svar: Med flertjeneste menes at flere typer tjenester skal kunne fraktes over samme nett. Data (epost, filer, web) er en type (vanligst i dag); disse kalles ofte asynkrone. Lyd/bilde/video en annen med felleskrav om sanntids levering. Altså må pakker med lyd, bilde og video leveres innen visse frister for at de skal kunne brukes hos mottaker. Disse tjenestene kalles ofte synkrone. Datapakker har ikke slike frister, de kan godt leveres når nettet har tid. Et flertjenestenett må kunne sikre sanntids levering for de brukere som sender denne type trafikk. 11. Beskriv problemene ved bruk av Ethernet for synkrone tjenester. Foreslå en taktikk for en bedrift som vil tilby flere tjenester over samme nett, men som ikke vil kaste ut Ethernet-utstyret sitt. Skisse til svar: Synkrone tjenester er de som har tidskrav. En pakke skal kunne sendes til faste tider og leveres raskt (innen frister). I Ethernet er en ikke sikret sendetid. Det kan ta kort eller lang tid før en får tilgang til det delte mediet (bus/hub i shared configuration ) eller svitsjen ( full duplex configuration ). Ett tiltak er større bitrate i nettet slik at ventetidene reduseres (lavere sjanse for kollisjon og venting). Et annet er at en deler nettet inn i segment (med broer og svitsjer) slik at ikke all trafikk flyter overalt, men sendes til andre segment bare hvis nødvendig. Dette reduserer lasten i hvert segment og dermed ventetid. 3
Ethernet har ingen prioritering eller sendetids-garantier som i FDDI, slik at en kan ikke tune utover dette med bitrate og segmentering. 12. Hva er en viktig likhet mellom FDDI-II og ATM som flertjenestenett. Forklar kort virkemåten. Skisse til svar: I begge må en sette av kapasitet på forhand. En PC må i FDDI-II kontakte en managerstasjon (cycle manager) for å få plass i toget som farter rundt ringen. I ATM vil PC kontakte et Signal Control Point (SCP) for å få avsatt plass i de svitsjer som bærer PC ens trafikk. 13. Forklar den interne virkemåten (ikke egenskapene) til selvrutende svitsjer. Skisse til svar: En selvrutende svitsj vil overføre en pakke til korrekt utgang ved å legge på en merkelapp tilsvarende utgangens binære bitmønster (5 10 = 101 2 ). Pakken skal styres gjennom log 2 N kolonner (steg) som hver har N/2 element. Hvert element har to innganger og to utganger. Elementet kan settes i KRYSS (1 til 2 og 2 til 1), eller i FLATT (1 til 1, 2 til 2). Hvis en pakke skal INN i et element i steg k er det den k de bit i merkelappen som avgjør om elementet settes til KRYSS eller FLATT. Mer detaljert: Sier merkelappen 1 i posisjon k skal pakken ut på utgang 1 og elementet settes da til KRYSS hvis pakken ankom ved inngang 2, eller FLATT hvis den ankom ved inngang 1. 14. Hva menes med blocking og non-blocking. Forklar to måter dette opptrer på og diskuter i sammenheng med TDM, SDM og FDM. Skisse til svar: Blocking betyr at en pakke må droppes grunnet kollisjon. Pakken har ankommet svitsjen og sitter i en inngangsport. Utgangskollisjon betyr at det er flere pakker som skal (fra ulike innganger) til samme utgang. Internkollisjon betyr at pakken ikke kom seg gjennom fabrikken, men kolliderte. Dette forhindres ved å bruke en fabrikk som garantert kan overføre summen av maks trafikk ved alle innganger. En TDM bus må være NC bps, f.eks, slik at alle innganger får egen tidsluke på bus. For SDM (Space Division Multiplexing) trengs egen linje i rommet: En matrisesvitsj vil ha en linje mellom alle innog utganger og kan ikke ha internkollisjon, men kan ha utgangskollisjon. En FDM svitsj har nok frekvenser til at alle pakkene flyter gjennom fabrikken uforstyrret, uten å kollidere med hverandre. 4