Løsningsforslag til EKSAMEN Emnekode: ITF20205 Emne: Datakommunikasjon Dato: 3.Des 2007 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: 28. Desember 2007 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 - 03/12-2007 Side 1 av 11
Oppgave 1 (35%) a) Hva er forskjellene på asynkron og synkron dataoverføring? Gi en beskrivelse av begge. Synkronisering betyr at sender og mottager synkroniserer seg slik at databitene tas imot riktig, dvs at for eksempel databit 0 blir tatt imot som databit 0, og databit 1 som databit 1 osv.. Asynkron Her foregår synkroniseringen for hver byte. Det sendes en startbit før databitene sendes. En forbindelse hvor det ikke går data, er på logisk 1. Startbiten er logisk 0, og det er den som mottageren synkroniserer seg på. Det gjøres ved at mottageren punktprøver det mottatte signal med en høyere (16x eller 64x) frekvens enn dataene. Med en gang det oppdages en logisk 0, starter mottageren. En ny punktprøve blir tatt en halv bitlengde senere, slik at midten i startbiten blir prøvet. Hvis det (fortsatt) er logisk 0, er mottageren sikker på at det er startbiten. De kommende 7 eller 8 bit blir punktprøvet mitt i biten, og plassert i riktig bitposisjon i mottageren (USART). Når siste bit er lest, forventer mottageren en (eller 2) stoppbit, som er logisk 1. Når stoppbiten er mottatt, begynner mottageren å lete etter neste startbit, slik at den kan synkronisere seg på den neste byten. T Start bit D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Stopp bit t Start synkronisering Synkron Ved synkron dataoverføring foregår synkroniseringen i starten av hver blokk. Når synkronisering først er oppnådd, er det ingen synkronisering igjen før neste blokk. Det er da viktig at senderklokka og mottagerklokka er eksakt like, derfor overføres senderklokka i sammen med dataene. Det gjøres ved å kode inn klokkesignalet i datastrømmen. På mottagersiden blir dette klokkesignalet dekodet ut av datastrømmen, og brukes til å klokke inn dataene. På den måten blir mottagerklokka og senderklokka eksakt like. Synkroniseringen kan foregå på to måter. Det ene er bytesynkronisering. Da er det en bestemt byte, synkroniseringsbyte, som er lagret i mottageren. I starten av blokka er det en slik synkroniseringsbyte. Mottageren sjekker det mottatte bitmønsteret med denne byten for hver bit mottatt. Da bitmønsteret er likt, er synkronisering oppnådd. Hvis denne synkbyten er en del av dataene, setter senderen inn en ekstra byte, som betyr at etterfølgende byte ikke er synkroniseringsbyte, men en databyte. Denne ekstra byten blir tatt ut på mottagersiden. Den andre måte en bitsynkronisering. Der ser mottageren etter et bestemt bitmønster. Når det har kommet 6 enere, etter en nuller, og det deretter kommer en nuller, er synkronisering Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 2 av 11
oppnådd. Hvis det samme synkroniseringsmønsteret kommer som en del av dataene, vil senderen sette inn en ekstra 0 i datastrømmen, slik at det ikke kommer 6 1 ere etter hverandre i dataene. Denne ekstra 0 er blir tatt ut igjen ved mottageren b) Hva er forskjellene på Baud og bit/s? Baud er hastigheten for et skifte på linja, om det nå er frekvensen som skifter (FSK), fasen (PSK) eller fasen og amplituden til sammen (QAM). Hvis et skifte kan gi informasjon om flere bit, slik som i for eksempel QAM-16, vil bithastigheten blir større en Baudhastigheten. Hvis det overføres 4 bit per skifte (slik som i QAM-16) vil det overføres 4 bit/baud. Hvis det for eksempel er en hastighet på 2400 Baud, gir det da 4 2400 = 9600 bit/s c) Hvorfor må det brukes modem på telefonnettet? Telefonnettet er laget for å kunne overføre signaler som ligger i frekvensområdet 300Hz til 3400Hz. Alle signaler som skal igjennom telefonnettet må altså ligge i det frekvensområdet. Et datasignal ligger i frekvensområdet fra 0 Hz og oppover. Et modem flytter datasignalets frekvsnsområde, slik at det blir innefor bådbredden fra 300Hz til 3400Hz. Dermed kan datasignalet overføres på telefonnettet. d) Nevn eksempler på modulasjonsmetoder. FSK modulerer ved å la 0 og 1 få hver sin frekvens, slik som vist i tidsdiagrammet under: PSK modulerer ved å la 0 og 1 få hver sin fase, slik som vist i tidsdiagrammet under: QAM-16 modulerer ved å bruke flere faser og amplitude. 16 forskjellige tilstander til sammen gir en mulighet til å overføre 4 bit per tilstand. Da 2 4 =16. Så mange forskjellige faser og amplituder er vanskelig å vise ved bruk av tidsdiagram. Et polardiagram viser tilstandene klarere. Et eksempel på QAM-16 er vist i polardiagrammet på neste side: Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 3 av 11
e) Beskriv aksessmetoden som brukes i Ethernet. Ethernet bruker aksessmetoden CSMA/CD. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD) virker slik: Når en host (PC, switch, router, eller annet) 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 etter siste datapakke. Hvis den under sending av sine data oppdager at andre også sender, vet den at det er blitt kollisjon, og den avslutter sendingen av datapakka, og begynne å sende en jamsekvens på 32 bit. Dette tilfeldige bitmønsteret sendes for å være sikker på at alle som sender, 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 -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. R vil hele tiden velges mellom 0 og 1023. f) Hva er hovedforskjellene på en HUB en Switch og en Router? 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. Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 4 av 11
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 IP-adresser. En router vil også lære seg hvilke MAC adresser som hører til hvilke IP-adresser. Dette lager den i en tabell, og vil slå opp i den tabellen, før pakka sendes ut. Da har pakka både riktig MAC og IP adresse. g) Beskriv hvordan det er mulig å overføre en Ipv6 pakke i et Ipv4 nettverk? Man kan bruke tunneling. En IPv6 pakke blir lagt inn i datadelen på en IPv4 pakke. Pakken blir da overført i IPv4 nettverket, og kan bli pakket ut når den skal gå i et IPv6 nettverk. h) Hva er VLAN? Gi en beskrivelse. VLAN står for Virtual Local Area Network. Før VLAN ble etablert, måtte man være fysisk tilkoblet et LAN for å få alle ressurser tilgjengelig. Det er nemlig ikke vanlig å åpne opp for alle ressurser på et LAN for utenomverden. Slike interne ressurser kunne sperres ute fra omverdenen (internet) ved f.eks bruk av bridge eller router. Dette kunne bli et problem hvis en medarbeider ville arbeide hjemmefra, eller hans kontor ble fysisk flyttet til et annet nettverk (LAN). Løsningen ble VLAN. Ved bruk av denne standarden kan en medarbeider arbeide som om han var fysisk tilkoblet et LAN, fra et annet LAN. Standarden for VLAN er IEEE 802.1Q. Den standarden beskriver bla. et nytt felt i datapakkene, som beskriver hvilket LAN pakken tilhører. IEEE 802.1Q må være implemert for å kunne kjøre VLAN. Oppgave 2 (35%) a) Anta at du har laget et LAN, og du ønsker å teste om forbindelsen mellom de forskjellige maskinene er i orden. Hvordan kan du sjekke det? Man kan bruke ping, eller tracert. b) TCP og UDP er kjente protokoller i Internet. Hva er forskjellen mellom de? 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 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 5 av 11
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. Anta at du (ditt firma) har fått tildelt adresseområdet 136.29.184.00 / 21 av din ISP. c) Hvor mange host kan du ha på dette nett? Vi finner først ut hvor mange bit det er i i hostdelen av adressen er 32-21= 11. Dvs antal host blir 2 11-2= 2046 d) Hva blir broadcastadressen på dette nett? En broadcastadresse har bare 1 ere i hostdelen av adressen. Vi ser på de to siste byte i nettadressen: 184.00 -> 10111000.00000000 (fet skrift angir hostdelen). For å finne broadcastadressen setter vi 1 ere i hostdelen. Det gir: 10111111.11111111 -> 191.255 Broadcastadressen blir : 136.29.191.255 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 6 av 11
e) Nå har ditt firma bestemt seg for å dele sitt nettverk opp i 2 subnett, LAN1 og LAN2. Ditt firma er fortsatt lokalisert i en bygning, som kalles hovedkontor. Disse to LAN ønskes størst mulig. Hvilke IP adresser får LAN1 og LAN2, og hva blir masken? Man må bruke 2 bit av hostdelen for å lage 2 nett: Vi ser på de to siste byte i nettadressen: 184.00 -> 10111000.00000000 fet skrift angir hostdelen, slik den var. Nå tar vi to bit av den delen, disse angis med kursiv. Vi får da følgende adresser på LAN1 og LAN2: 184.00 -> 10111010.00000000 -> 136.29.186.00 / 23 LAN1 184.00 -> 10111100.00000000 -> 136.29.188.00 / 23 LAN2 Masken blir altså: 255.255.254.00, eller slik som angitt på nettadressene for LAN1 og LAN2 f) Ditt firma planlegger nå en stor utvidelse, med mange eksterne kontorer. Hver av disse kontorene skal kunne ha opp til 30 PC er, som alle skal ha direkte tilkobling til internet. Ditt firma skal bruke av de IP-numrene som ble til overs etter subnettingen i oppgave e). Hvor mange slike eksterne kontorer kan de lage? Her er det 2 løsninger som er riktige. I den ene antar man at routeren er i en PC. I den andre er routeren ikke i en PC, da blir det 31 host. I løsning 1 antar vi at router er i en av disse PC ene Med 5 bit til host får vi: 2 5-2= 30. Det gir på 00 siden: 10111000.00100000 -> 136.29.184.32 / 27 fra adressen 10111001.11100000 -> 136.29.185.224 / 27 til-og-med adressen Det gir 2 4-1 = 15 På 11-siden får vi: 10111110.00000000 -> 136.29.190.00 / 27 fra adressen 10111111.11000000 -> 136.29.191.192 / 27 til-og-med adressen Det gir 2 4-1 = 15 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 7 av 11
Totalt blir det 15+15= 30 eksterne kontorer, men med punkt-til-punkt forbindelsene blir det bare 29 eksterne kontorer (se utredning i punk h) I løsning 2 antar vi at router ikke er i en av disse PC ene Da må vi bruke 6 bit til host, som gir får vi: 2 6-2= 62. Det gir på 00 siden: 10111000.01000000 -> 136.29.184.64 / 26 fra adressen 10111001.11000000 -> 136.29.185.192 / 26 til-og-med adressen Det gir 2 3-1 = 7 På 11-siden får vi: 10111110.00000000 -> 136.29.190.00 / 26 fra adressen 10111111.10000000 -> 136.29.191.128 / 26 til-og-med adressen Det gir 2 3-1 = 7 Totalt blir det 7+7= 14 eksterne kontorer g) Disse eksterne kontorene skal tilkobles via et høyhastighet punkt til punkt forbindelse, i prinsippet slik som en ISDN forbindelse. Hva blir masken på disse punkt til punkt forbindelsene? I et punkt til punkt forbindelse er det kun 2 host. Da er det nok med 2 bit i hostdelen. Det gir masken 255.255,255.252, som også kan skrives: / 30 h) Hvor mange IP numre har du nå igjen? Vi antar at alle de 30 eksterne kontorene skal ha sin punkt-til-punk forbindelse. Ved 30 eksterne kontorer får vi: 10111000.00000100 -> 136.29.184.04 / 30 fra 10111000.00011100 -> 136.29.184.28 / 30 til-og-med Det gir 2 3-1 = 7 punkt-til-punkt forbindelser på 00 siden og 10111111.11100100 -> 136.29.191.228 / 30 fra 10111111.11111100 -> 136.29.191.252 / 30 til-og-med Det gir 2 3-1 = 7 punkt-til-punkt forbindelser på 11 siden 7+7=14, dvs vi mangler 16 adresser til punkt-til-punk forbindelsene for alle 30 kontorene. Vi må da bruke av adresseområdet til et av de eksterne kontorene, slik at det da bare blir 29 eksterne kontor igjen. Et eksternt kontoret har 32 IP numre. Vi tar 16, dvs det blir 16 IP-numre igjen der. Dessuten kan vi ikke bruke IP-numrene fra 136.29.184.01 til 136.29.184.03, og 136.29.191.253 136.29.191.254, altså 6 IP-numre. Totalt får vi 16+6= 22 IP-numre igjen. Hvis vi tar utganspunkt i 14 eksterne kontorer får vi: Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 8 av 11
10111000.00000100 -> 136.29.184.04 / 30 fra 10111000.00111100 -> 136.29.184.60 / 30 til-og-med Det gir 2 4-1 = 15 punkt-til-punkt forbindelser på 00 siden og det holder. Vi bruker 14 av de. Hvert punkt-til-punk forbindelse har 4 IP-numre. Når et slikt blir til overs, får vi 4 numre her. På 11 siden bruker vi ikke fra 10111111.11000000 -> 136.29.191.192 til 10111111.11111110 -> 136.29.191.254 Det blir 63 IP-numre Dessuten kan vi ikke bruke IP-numrene fra 136.29.184.01 til 136.29.184.03, og 136.29.191.253 136.29.191.254, altså 6 IP-numre. Det blir til sammen 4+63+6= 73 IP-numre igjen Oppgave 3 (30%) a) 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. b) Hva er NAT, og hvordan virker det? Network Address Translator (NAT) brukes for å oversette IP-adresser mellom forskjellige nettverk. Den kan være implementert i en ruter, som gjør det mulig å ha mange PC er med hver sin IP-adresse på den ene siden, og kun en IP-adresse på den siden som er ut mot Internet. På den måten kan man få flere IP adresser. Man kan ha et stort nettverk hjemme. Alle PC ene på dette nettverket kan være på Internet samtidig, men Internet ser bare en IP adresse fra alle sammen. 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, men det som står i tabellen. Slik får den riktige host på LAN pakka. Følgende adresser er avsatt for bruk på private nettverk: (ref. RFC 1597) 10.0.0.0-10.255.255.255 172.16.0.0-172.31.255.255 Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 9 av 11
192.168.0.0-192.168.255.255 c) Hva er hovedoppgavene til lag 3 i OSI referanse modellen (som er det samme som lag 3 i Internet Protokoll Stack, eller TCP/IP Stack) Lag 3 kalles nettlaget, og sørger for at data blir rutet igjennom et nettverk. Den må inneholde prosedyrer som gjører at dataene finner veien i et nettverk. d) Du skal dimensjonere et singlemodus fiberoptisk anlegg. 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 0,0 dbm og med en spektral båndbredde på 1 nm. Innkoblingstapet ved mottageren er på 2 db. Lengden på kabelen er 100 km. Fiberkabelen leveres i lengder på 1 km. Skjøtetapet er 0,1 db. i. Hvilken følsomhet må mottageren ha? Ps Pim - 100 Pfiber - X Pskjøt Psystem = Pm 0,0 2,0 100 (0,3+0,1) 5,0 = Pm Pm = 0,0 2,0 40,0 5,0 = 47 dbm Ved bruk av 5 db systemmargin må følsomheten være 47 dbm eller bedre. ii. Hva er den største bithastigheten som kan brukes på dette anlegget? Med en kabel på 3,5 ps/(nm km), en laser på 1 nm spektral båndbredde og 100 km fiber blir den totale dispersonen: 3,5 1 100 ps = 350 ps = 0,35 10-9 Båndbredden blir da: B= 0,44/(0,35 10-9 )= 1,26 GHz Uten digital koding av data kan man overføre 2 1,26 Gbit/s = 2,5 Gbit/s e) Hvilke nettverkstopologier brukes i ZigBee? ZigBee kan konfigureres til å bruke forskjellige typer topologier; Punkt-til-punkt, stjerne, cluster tree og mesh. f) Hvilke frekvenser brukes i ZigBee? 868 MHz, 915 MHz og 2,4 GHz Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 10 av 11
VEDLEGG Formel for båndbredde på fiber: B = 0, 44 τ Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 11 av 11