Datakommunikasjon - Oblig 2 Mathias Hedberg - Ving 68 October 8, 2015 Contents Oppgaver: 2 Oppgave 1: Nettverkslaget...................................... 2 Oppgave 2: Linklaget........................................ 3 Oppgave 3: Trådløs kommunikasjon................................ 5 Oppgave 4: Mobilitetshåndtering.................................. 6 Oppgave 6: Cisco-konfigurasjon................................... 6 Oppgave 7: Generelt......................................... 7 1
Oppgaver: Oppgave 1: Nettverkslaget Forklar hva som menes med at Internett tilbyr en «Best effort»-tjeneste. Best effort vil si at Internett prøver å gi oss tjenester, men kan ikke grantere at det vil fungere hver gang. Pakker kan gå tapt her og der, selv om alle prøver så godt de kan. Nettverkskortet på din datamaskin er konfigurert med IP-adressen 192.168.1.10/25: (2%) Hva er nettverksprefikset (også kalt nett-id) og kringkastingsadressen (eng: broadcastaddress) til nettverket du er tilkoblet? 192.168.1.10 (subnet maske): 255.255.[11111111.100000000] (nett-id): 192.168.1.[01111111] = 192.168.1.127 (2%) Hvor mange verter (eng: hosts) kan det maksimalt være i dette subnettet? Vi har da plass til 2ˆ(32-25)-2 = 128-2 = 126 verter. Du jobber som nettverksadministrator og har fått i oppgave å planlegge fordeling av IP-adresser i forbindelse med utrulling av 80 nye klienter. Klientene skal fordeles over tre nettverk, med følgende fordeling: LAN1: 50 verter LAN2: 24 verter LAN3: 6 verter Du har som føring å benytte adresser innenfor adresseblokken 157.110.0.0/23, men sjefen har gitt klar melding om at du skal være så sparsom som mulig i tildelingen, slik at flest mulig adresser er ledige til eventuelle fremtidige innføringer av nye LAN. Benytt VLSM til å dele opp den tildelte adresseblokken på en mest mulig effektiv måte. Lag en tabell som for hvert subnett viser nettverksprefiks (nett-id), subnettmaske og kringkastingsadresse. LAN1 (50 klienter): Subnettmaske: 2ˆ6-2 = 62 klienter. Masken blir da 32-6 = /26 Nett-ID: 157.110.0.0 Broadcast: 157.110.0.[00111111] = 157.110.0.63 LAN2 (24 klienter): Subnettmaske: 2ˆ5-2 = 30 klienter. Masken blir da 32-5 = /27 Nett-ID: (Broadcast Nett1) + 1 = 157.110.0.64 Broadcast: 157.110.0.[01011111] = 64 + 31 = 157.110.0.95 LAN3 (6 klienter): Subnettmaske: 2ˆ3-2 = 6 klienter. Masken blir da 32-3 = /29 Nett-ID: (Broadcast Nett2) + 1 = 157.110.0.96 Broadcast: 157.110.0.[01100111] = 96 + 7 = 157.110.0.103 Mathias Hedberg 2
Oppgave 2: Linklaget LAN Subnettmaske Nett-ID Broadcast Client Range LAN1 /26 157.110.0.0 157.110.0.63 157.110.0.1-157.110.0.62 LAN2 /27 157.110.0.64 157.110.0.95 157.110.0.65-157.110.0.94 LAN3 /29 157.110.0.96 157.110.0.103 157.110.0.97-157.110.0.102 Resultat: Oppgave 2: Linklaget Hvorfor er det spesielt viktig å ha en MAC-protokoll i tilfeller der flere noder deler samme overføringsmedium? Mac protokollen sørger for at vi kan unikt identifisere de forskjellige klientene koblet til overføringsmediumet. Når det er snakk om lag 2, kan vi ikke benytte oss av identifikasjon som IP-adresser som vi har i lag 3. MAC-protokoller er delt inn i tre hovedklasser. Hva kalles disse? Gi en kort beskrivelse av de forskjellige klassene MAC-protokoller. Channel Partitioning Protocols handler om å dele opp en link likt via FDM, TDM, eller begge. Med dette kan vi unngå kollisjoner fordi alle har sin del av linken. Men denne protokollen fyller ikke helt opp kravene til en idel MAC protokoll, siden den ikke utnytter hele kapasiteten til linken. CDMA (Code divisioning multiple access) går også under denne kategorien. Her kan alle sende samtidig ved å ha en unik kode som legges til signalet. Denne i motsetting til de andre vil teoretisk sett kunne utnytte linken tilnærmet 100%. Random Access Protocols handler om å sende på den maksimale raten helt til det oppstår kollisjoner, da blir senderaten redusert som et resultat av de forskjellige protokollene innenfor Random Access. De vanligste protokollene her er varianter av ALOHA og CSMA. Aloha baserer seg på å sende rammer når man må, dersom det oppstår en kollisjon, vil rammen sendes på nytt ut ifra en random sannsynlighet på enten 1 eller 0. CSMA handler om å lytte på kanalen før man sender for å da unngå kollisjoner. Taking-turns Protocols handler om å enten systematisk sende ut ifra en bestemt rekkefølge, eller spørre en master om å få lov til å sende. Token-passing baserer seg på den første. Det er et desentralisert system som handler om å sende rundt en token, som gir brukeren mulighet til å sende rammer. Etter brukeren er ferdig med å sende sin ramme, sendes token videre til neste. I polling, så sprør man en master som har kontroll over all trafikk, om å få lov til å sende. Hvis alle linker på et Internett kunne tilbyr sikker levering, ville TCPs RDT-mekanismer vært overflødig? Hvorfor eller hvorfor ikke? (Merk: Her må du tenke på hvor de ulike tjenestene er implementert i protokollstacken, og hva som kan introduseres på laget mellom transport- og linklaget) TCP sine RDT-mekanismer ville fortsatt være viktig for å ha pålitelig dataoverføring. Dette er på grunn at vi kan miste pakker på lagene over i protokollstacken. Rutere kan feks ha perfekte linker mellom hverandre uten pakke-tap på linken, samtidig som det kan være pakke-tap under prosessering av pakkene eller ved buffer overflow. Innholdet av en pakke har bitmønsteret 1011101010101001 og et par-talls todimensjonalt paritetssystem benyttes. Tegn opp det todimensjonale paritetssystemet med paritetsbit. Mathias Hedberg 3
Oppgave 2: Linklaget Bit 1 2 3 4 Sum 1 1 0 1 1 1 2 1 0 1 0 0 3 1 0 1 0 0 4 1 0 0 1 0 Sum 0 0 1 0 1 Forklar hvordan komponentene hub, svitsj og ruter fungerer. Synliggjør forskjellene mellom disse. En Hub er en flerports repeater, den forsterker et innkommende signal og sender den videre på portene. Den er ikke brukt i moderne nettverk lenger grunnet innføringen av switcher i nettverk. Hub-er er dumme nettverks komponenter grunnet at de ikke gjør noe annet enn å repeate og skape unødvendig trafikk og kollisjoner. En Svitsj opererer på lag 2 i protokollstacken. Den vil da flytte innkommende pakker til den riktige utgangen isteden for å sende ut på alle linkene. Dette gjøres ved å lese destinasjons mac-addressen som pakkene har. Svitsjen har en tabell over hvilke mac adresser som hører til hvilken interface. Denne bygges opp etter tid ved å lytte på trafikken på nettet. Får den en pakke med en adresse den ikke kjenner til, så sendes den ut på alle linkene utenom den som den kom fra. En switch hjelper også med å unngå kollisjoner grunnet når man kobler alle enheter på et switchet nettverk, vil det ikke være fler enn to NIC-er på hvert medium. En Ruter opererer på lag 3. Den leser av IP-headeren på pakkene og ruter deretter pakkene videre ut ifra hva den har i sin rutingstabell. Rutere kan være satt opp på smarte måter som gjør at de ruter traffiken ut i fra forholdene i nettverket. Rutere lager ett stabilt nettverk, over noe som konstant er i endring. Du kobler din datamaskin til et lokalt nettverk via en Ethernet-svitsj. (2%) Forklar hvordan datamaskinen din lærer seg hvilke MAC-adresser som hører til hvilke IP-adresser på nettverket. Datamaskiner bruker en protokoll som heter ARP, som er kort for Address Resolution Protocol. Den er for mac-adresser, hva DNS er for IP-adresser. Datamaskinen har en tabell som inneholder hvilke mac-adresser som hører til hvilke IP-adresser. Dersom datamaskinen skal sende en pakke, sjekker den i denne tabellen først. Dersom den ikke er der, vil datamaskinen sende ut en ARP-request til alle klientene på subnettet (Broadcast) etter den etterspurte IP-adressen. Klientene vil da dytte pakken opp til sin ARP-modul for å sjekke om den etterspurte ip-adressen er lik sin egen. Klienten som får en match, vil da sende tilbake et svar til datamaskinen med riktig mac-adresse. Denne legges til i ARP-tabellen. (2%) Forklar hvordan svitsjen lærer hvilke MAC-adresser som koblet til hvilken port. Svitsjen sender ikke ut ARP-requests som en datamaskin gjør. en lytter på nettet for å da kunne lære seg hvilke mac-adresser som hører til hvilken interface på switchen. Men dersom den får en ramme med en mac-adresse den ikke kjenner til, vil den sende den ut på alle interfaces med unntak av den pakken kom fra. Forhåpentligvis vil klienten svare slik at switchen kan oppdatere ARP-tabellen sin med adressen til klienten. Vil et Ethernet-nettverk der 4 noder er koblet sammen via en svitsj ha problemer med pakkekollisjoner? Hvorfor, hvorfor ikke? Mathias Hedberg 4
Oppgave 3: Trådløs kommunikasjon Nei, de vil ikke det, det er på grunn av at det er aldri mer en klient per medium. Ethernet har separert RX og TX, slik at det ikke vil oppstå kollisjoner på den måten. Også når pakker kommer til switchen, vil de bli buffret før de sendes ut. Derfor vil det heller være sannsynlighet for buffer overflow enn kollisjoner. Beskriv hensikten med eksponentiell backoff i CSMA / CD. Hvordan fungerer den? Hva hadde skjedd om man hadde fast / konstant backoff? Eksponentiell backoff handler om å tilpasse delayen før man sender, ut ifra hvor ofte kollisjoner skjer. Så i stedet for å ha en fast sannsynlighet, vil denne bli mindre og mindre dersom det oppstår kollisjoner. Dersom man hadde hatt en fast backoff, ville det fungert i liten skala, men ville ikke kunne tilpasse seg en økning med flere klienter på nettet. En konstant økning ville brukt for lang tid for å komme opp til den optimale verdien der ingen kollisjoner oppstår. Gi en kort forklaring på hva MPLS er, og gi et eksempel på hva det kan brukes til. MPLS (Multiple Label Switching) er en pakke-switchet måte å få til en virtual circut, for å da øke forwading hastigheten på rutere. I stedet for å lese IP destinasjonen i IP headeren, for å da sjekke opp longest prefix match, så kan den lese direkte av en MPLS header som inneholder en slags id, som ruteren må sjekke opp mot sin forwarding tabell. MPLS gir oss muligheten å styre datatrafikken i nettverket, også kalt traffic engineering. MPLS brukes i opprettelse av VPN forbindelser mellom endesystemer hos en ISP. Oppgave 3: Trådløs kommunikasjon Hvorfor er IEEE802.11 (Wi-Fi) mer utsatt for interferens enn eksempelvis mobiltelefonisystemer? En av grunnene til dette kan være at 802.11 fungerer på et offentlig frekvensspekter, derfor er det mulig at to rutere sender på samme frekvensspekter. I 3G benytter operatørene private spektre som de betaler store summer for. Da vil ingen andre sende på disse frekvensene. I tillegg så jobber mange ting i huset, som feks mikrobølgeovner på de samme frekvensene som wifi. Hvorfor benyttes «acknowledgment» i IEEE802.11 og ikke i Ethernet? Grunnen til dette er at med CSMA/CA, så vil ikke senderen kunne detektere om det blir en kollisjon når den sender, bare før den sender. En ACK vil da være senderens eneste mulighet til å få vite om en kollisjon har oppstått. I ethernet benyttes det at CSMA/CD, som klarer å fange opp disse kollisjonene. Forklar forskjellen på CSMA/CD og CSMA/CA, og grunngi hvorfor CSMA/CD sjeldent blir brukt i trådløse systemer. CSMA/CD (Collition Detection) jobber med det å sanse om en kollisjon oppstår når den sender, da kuttes sendingen og det prøves på nytt neste mulighet den har når eksponentiellbackoff gir grønt lys. CSMA/CA (Collition Avoidance) jobber heller med å sanse kollisjoner før og etter sendingen. Dersom det har oppstått en kollisjon, vil senderen telle ned en random verdi mens kanalen er ledig. Så vil en ny ramme sendes i sin helhet. Hvilken mekanisme er implementert i IEEE802.11 for å redusere «skjult terminal»-problemet? Mathias Hedberg 5
Oppgave 4: Mobilitetshåndtering 802.11 bruker RTS (Request to Send) og CTS (Clear to Send). Dette innebærer at klientene spør om å få en tidsramme å sende på, Access Point-en vil svare på forespørselen med en tidsramme som kan brukes for sending. Denne meldingen er en CTS og sendes til alle de trådløse klientene som er i nærheten. Med dette kan man være sikrere på at skult-terminal prinsippet blir på stor grad redusert. Dette praktiseres bare når en klient skal sende en lang data ramme. Oppgave 4: Mobilitetshåndtering Hvorfor er det ikke anbefalt å løse mobilitetshåndtering i IP-nettverk med allerede utbredte routingsprotokoller som OSPF, RIP og BGP? Problemet med dette er at selv om det løser så si alle mobilitetsproblemer uten å endre noe særlig på infrastrukturen, så er det ikke skalerbar. Dersom man hadde brukt dette ville vi måtte legge til millioner av nye linjer i rutingstabellene for å håndtere alle de mobile enhetene, som må konstant endres på ved høy mobilitet ved klientene. Gi en forklaring på mobilitetshåndtering ved hjelp av direkte ruting til en mobil node. Grunnen til vi bruker direkte ruting, er for å unngå at trafikken sendes potensielt sett rundt hele jorda før den når målet når to norske kompiser er på besøk i Australia og ringer hverandre. Med Direkte ruting, må mobilen klare å sende trafikken på en rute som ikke er gjennom sitt hjemme nettverk. Om mobilen kjenner til den andre mobilen sin COA (Care of Address), så vil den kunne tunnelere trafikken direkte dit. Måten den får denne adressen på er ved å sende en forespørsel til hjemmenettverket selv, eller ved å få nettverket man besøker til å gjøre det. Da vil man kunne tunnelere alt direkte til den andre enheten. I protokollen Mobile IP: Tegn og forklar hvordan en pakke blir sendt fra «Correspondent Node» til «Mobile Node», når Mobile Node befinner seg i et «Foreign Network». Figure 1: dataipmobil.png - Først vil pakken bli sendt til Home Agent som vanlig. Men når pakken kommer til Home Agent med adre Oppgave 6: Cisco-konfigurasjon Figur 1: Nettverkstopologi Mathias Hedberg 6
Oppgave 7: Generelt Figure 2: images/image.9ze93x.png Figur 1 viser et labnettverk som en kollega av deg har satt opp. Kollegaen får ikke «pinget» fra C1 til C3, mens det går fint å «pinge» fra C1 til C2, og fra C2 til C3. Han har sett seg blind på problemet, og spør deg om hjelp for å få til IP-konnektivitet mellom C1 og C3. Ruterne R1 og R2 er produsert av Cisco. Konfigurasjonsfilene til disse ruterne er vedlagt (henholdsvis vedlegg A og B). Alle klientene er konfigurert med sin nærmeste ruter som «default gateway». Bruk de vedlagte konfigurasjonsfilene, og finn ut hva som må gjøres med konfigurasjonen for å oppnå IP-konnektivitet mellom C1 og C3. Dette er fordi han ikke har satt opp noen form for statisk ruting mellom C1 og C3, heller ikke noen dynamisk ruting på hele nettverket. Måten å sette opp en statisk rute ville vært: sh R1> enable # configure terminal ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 fe0/1 eller sh R1> enable # configure terminal ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 192.168.0.2 Hva er IOS? IOS er Cisco sitt operativsystem som kjøres på alle switchene og ruterne. Oppgave 7: Generelt Angi om følgende utsagn er sanne eller usanne: 1. POP er en push-protokoll. Nei, Det er en pull protokoll. 2. I en FTP-sesjon, så benyttes samme TCP-forbindelse til overføring av filer og kontrollinformasjon. Nei, en ny forbindelse opprettes. Mathias Hedberg 7
Oppgave 7: Generelt 3. IETF har det overordnede ansvaret for tildeling av IP-adresser i Internett. Nei, det er IANA. Internett association of names and numbers. 4. Metningkontrollen i TCP sørger stort sett for rettferdig deling av tilgjengelig overføringkapasitet mellom aktive TCP-forbindelser. Ja, så lenge det ikke finnes UDP tilkoblinger på nettet. 5. TCP er en «Stop-and-wait»-protokoll Nei, flere pakker kan sendes uten en ACK. 6. Utbredelsen av Network Address Translation (NAT) har forverret sikkerheten i Internett. Nei, den har økt sikkerhet ved å blokkere innkommende trafikk som ikke er initialisert fra innsiden eller satt opp statisk. Rett og slett en brannmur 7. Code Division Multiple Access (CDMA) gjør det mulig at flere kan sende samtidig på samme kanal med minimal innbyrdes interferens. Ja, alle så lenge tiden er synkronisert mellom alle klientene og alle har en unik kode. 8. BGP er basert på «Link State» routingsalgoritmen Nei, den er basert på path vector rutingsalgoritmen. 9. For en gitt modulasjonstype, så vil et fall i signal/støy-forholdet (eng: Signal to Noise Ratio) gi en høyere bitfeilrate (eng: Bit Error Rate). Det stemmer. Mathias Hedberg 8