INF3190/4190 L�sningsforslag 6: Diverse fra kap.1-4
1. Kommunikasjonsformer
Gi en
kort definisjon p� f�lgende begrep:
- a)
linjesvitsjing er en teknikk som tradisjonelt har v�rt brukt i telefonnettet, men som
n� ogs� benyttes til dataoverf�ring. Tre faser inng�r i kommunikasjonen: 1.
oppsett av linje mellom avsender og mottaker vha. fysiske eller elektroniske
svitsjer 2. overf�ring / transmisjon 3. nedkobling av linje. Fordelen ved
linjesvitsjing er at man f�r en egen "fysisk" forbindelse reservert
til den prosessen som foretok oppsettet, men p� bekostning av � ha uutnyttet
ressurs i nettet n�r denne prosessen ikke benytter linja.
pakkesvitsjing inneb�rer at data som skal overf�res, f�rst deles opp i pakker som s� sendes ut p� de fysiske linjene. Hver pakke inneholder 'hode' og 'hale' i tillegg til informasjonsb�rende data. Hvilken sti pakken skal ta gjennom nettet, bestemmes av adresseinformasjonen som ligger i den enkelte pakkens hode. I hver svitsj mellom avsender og mottaker foretas et valg ang�ende hvilken retning pakken skal sendes basert p� analyse av hode og den generelle �yeblikkstilstanden i nettet. Ulike pakker kan dermed f�lge ulike stier gjennom nettet mellom samme avsender og mottaker. Fordelen med pakkesvitsjing er at flere prosesser kan dele den samme fysiske linjen i nettet, og dermed utnytte ressursene bedre. I tillegg �pner pakkesvitsjing muligheten for � rute utenom linker eller noder som er nede eller overbelastet. Passer bra for asynkron trafikk.
- b)
synkron overf�ring (transmisjon) vil si at pakkene ankommer mottaker i samme takt som de
leveres av sender, dvs at forsinkelsen er konstant mens overf�ringen foreg�r.
eks tale- og video-overf�ring
asynkron overf�ring vil si at forsinkelsen varierer og at avsender og mottaker ikke er i
takt. Pakkesvitsjing impliserer asynkron overf�ring, og her kan ogs�
rekkef�lgen av pakkene innbyrdes endres underveis fordi de muligens f�lger
ulike stier, og pakkene m� dermed sorteres ved mottak. eks filoverf�ring,
interaktiv kommunikasjon etc
- c)
i>forbindelsesfri
(datagram) overf�ring kan sammenlignes med � sende et brev i det vanlige
postsystemet. En pakke (datagram) utstyres med en fullstendig adresse som gj�r
det mulig � rute pakken frem til mottaker uten at det settes opp noen
forbindelse p� forh�nd
forbindelsesorientert overf�ring kan sammenlignes med det � koble opp en telefonsamtale
eller en TCP-forbindelse: Oppkobling - bruk - nedkobling
- d)
multipleksing i telenett vil si � gj�re bruk av noder i nettet (s�kalte multipleksere) for �
muliggj�re for flere linjer med lav bitrate � dele en linje med h�y bitrate. Dataoverf�ringskapasiteten
p� den sistenevnte linja er st�rre enn eller lik summenav bitratene for hver av
lavkapasitetslinjene.
2. Typer av nettverk
- a) Gj�r rede for forskjellen mellom
punkt-til-punkt nett og kringkastingsnett.
Punkt-til-punkt nett: muliggj�r dataoverf�ring mellom �n avsender og �n mottaker om gangen.
Nettet best�r av mange forbindelser mellom individuelle par av maskiner. For �
komme fra kilde til destinasjon kan en pakke i denne typen nett m�tte g� innom
mange mellomliggende maskiner (svitsjer). Det er viktig � finne en optimal rute
gjennom nettet. Siden det her dreier seg om sender-mottaker par, kalles denne
typen overf�ring gjerne 'unicast'.
Kringkastingsnett har gjerne en felles kommunikasjonskanal som deles av alle maskinene
p� nettet. N�r en maskin sender en pakke ut p� nettet, vil denne derfor mottas
av alle de andre maskinene, men kun den eller de maskinene pakken er adressert
til, vil lese den inn i sin hukommelse. Pakker som ikke er adressert til en
bestemt maskin, blir ignorert av den maskinen. Denne typen nett muliggj�r to
nyttige kommunikasjonsm�ter, nemlig 'kringkasting' (broadcast) og
'multikasting' (multicast). I det f�rste tilfellet vil en pakke som blir sendt
ut p� nettet bli plukket opp og prosessert av samtlige maskiner i nettet, mens
i det andre tilfellet er det kun et subsett av maskinene som vil gj�re dette.
- b) Hva kjennetegner Internet og
hvilke funksjoner m� dette nettet kunne h�ndtere?
For
det f�rste best�r Internet av en meget stor samling autonome nett, dvs nett som
i utgangspunktet er laget for � betjene en gruppe brukere (eks lokalnettet ved
UiO). Hvert av disse (sub-)nettene fungerer uavhengig av hverandre, men er
sammenknyttet vha. ulike typer langdistansenett eller rene h�yhastighets
forbindelser. Internettprotokollen (IP) binder alle de autonome nettene sammen
til Internet ved � bl.a. tilby universell adressering. Sentrale funksjoner som
m� h�ndteres er bl.a. ruting p� Internet-niv� mellom subnett (globale IP-adr),
ruting p� subnett-niv� mellom "lokale" maskiner (lokale subnett-adr),
fragmentering og re-assemblering.
- c) Beskriv de mest vanlige LAN topologiene
Bus :
alle maskinene er koblet til en line�r kabel, dvs uten sammenkoblede ender. Benyttes
for Ethernet-baserte lokalnet, hvor protokollen tar h�yde for at det vil oppst�
kollosjoner p� kabelen n�r to eller flere maskiner fors�ker sende samtidig.
Ring :
kabelen maskinene er tilkoblet utgj�r en sluttet ring. LAN protokoller som
benytter ring-topologier har sikre mekanismer som hindrer at kollisjoner
oppst�r (eks Token ring, FDDI)
Stjerne :
Maskinene er tilknyttet en felles enhet /svitsj) som s�rger for at data kan
sendes til riktig mottaker (maskin eller nett) hvis denne ogs� er tilkoblet
svitsjen (eks Ethernet svitsj).
3. Adressering og ruting
- a) Nevn de forskjellige typene
adressering, og gi eksempler p� applikasjoner hvor de benyttes
Unikast,
adresse til en enkelt maskin (MSN)
Kringkasting, fellesadresse for alle maskiner i nettet (melding til alle)
Multikast. gruppe-kringkasting / gruppe-adr (mailingliste, deltagere i
videokonferanse)
- b) Hvilke n�dvendige egenskaper b�r en
nettverksadresse ha?
En
nettverksadresse b�r ha stort nok adresserom og gi en entydig identifikasjon av
maskiner tilknyttet nettet. Som oftest vil hierarkisk ordenede adresser v�re �
foretrekke. Videre b�r det v�re mulig med dynamisk tilordning av adresser for
enkelt vedlikehold av nettet. Adressestrukturen og navneh�ndteringen b�r ogs�
muliggj�re bruk av domener, som feks i Internet. Til sist b�r en slik adresse
kunne bli representert ved et alias som er lett � huske, eks ifi.uio.no, og
navneoppslag b�r da kunne foretas effektivt.
- c) Hva ligger i begrepet 'ruting' ?
Ruting er
en funksjon som utf�res av svitsjene (ruterne) i et datanett. I grove trekk
inneb�rer denne funksjonen at svitsjen leser mottager-adressen i pakkehodene
som ankommer, og bestemmer ut fra denne hvilken retning pakken skal
videresendes (velger fysisk link). Det finnes b�de dynamiske og statiske
strategier for � foreta dette valget.
4. Ytelse (performance)
- a) Forklar begrepene 'b�ndbredde'
(bandwidth) og 'gjennomstr�mning' (throughput)
'B�ndbredde'
benyttes ulikt avhengig av om det er snakk om analoge eller digitale systemer. I
det f�rste tilfellet m�les b�ndbredde i Hertz (Hz), eks har en analog
telefonlinje ca 3kHz b�ndbredde. N�r det gjelder digitale systemer, refererer
b�ndbredde vanligvis kapasiteten til en link m�lt i bit per sekund (bps), ogs�
kalt bitrate, overf�ringshastighet, transmisjonsrate etc.
'Gjennomstr�mning' er den faktiske datamengden som kan overf�res p� en link pr sekund
(bit/s). Teoretisk maksimal b�ndbredde er ofte uoppn�elig pga. pakketap, flere
brukere, maskin med for lav eksekverings kapasitet i forhold til �nsket
senderate , etc.
- b) Hvor oppst�r forsinkelse (delay) n�r
en pakke sendes mellom to endemaskiner?
Forsinkelsen
oppst�r flere steder: Protokollstakken i avsendermaskinen; unng� kopiering av
pakker mellom lagenes buffer, bruk pekere som flyttes. Propagasjonstid;
overf�ringsmediet introduserer forsinkelse i form av tiden det tar elektroner �
forflytte seg i en kobberledning / fotoner i en fiber. Prosesseringstid; tiden
pakken holdes tilbake i mellomliggende noder mens hode analyseres og det ventes
p� ledig linje videre. Utsendingstid; avhengig av kapasitet p� linken (eks
1Mbps linje, 10kb pakke gir 10ms utsendingstid for � dytte alle bit ut p�
linja. Retransmisjon av feilretting; av pakker ved feilsituasjoner, inkl. evt
omruting av pakker ved nodefeil.
- c) Gj�r rede for begrepet
'tjenestekvalitet' (QoS). Hvilke elementer
Viktige
parametre er: overf�ringskapasitet, ende-til-ende forsinkelse, variasjon i
forsinkelsen (jitter), akseptabelt pakketap
5. Protokoller
- a) Gi en definisjon av begrepet
'protokoll' :
En
protokoll er regler for kommunikasjon mellom prosesser.
- b) Hva er hensikten med � benytte
lagdelte protokoller (design og anvendelse) ?
Lagdelingen
er en m�te � abstrahere systemet p�, og gj�r det lettere � organisere de
oppgavene protokollstakken skal inneha. Hvert lag har sine dedikerte oppgaver,
og tilsammen vil disse gj�re det mulig � tilby kompliserte tjenester. Fra et
gitt lags perspektiv, er det kun laget direkte over og under som er av
betydning: det brukes tjenester fra laget under (bygger p�), og det tilbys
tjenester til laget over. I tillegg m� et lag kunne samarbeide/ kommunisere med
tilsvarende lag p� andre maskiner (piers). Lagdelte protokoller skal i
prinsippet v�re modul�re, dvs at man kan skifte ut en protokoll eller et lag i
stakken med et annet uten endringer i omliggende lag, noe som krever
veldefinerte grensesnitt mellom lagene. I virkelighetens implementasjoner
gj�res det mange snarveier i protokollstakken for � oppn� bedre ytelse.
- c) Skisser OSI modellen og TCP/IP modellen. Hva best�r forskjellen mellom dem i? Hvorfor er de ulike?
Se
figur 1-20 og 1-21 i Tanenbaum Grensesnittet mellom lagene inkluderer s�kalte
SAP'er (Service Access Point), Siden et lag tilbyr tjenester til laget over, og
disse tjenestene leveres via SAP, tegnes SAP inn i modellen p� toppen av det
tilh�rende laget, gjerne ogs� med en bufferk� med meldinger som skal leveres. Tjenestebruker
er det laget som benytter tjenestene, og man kan gjerne sammenligne dette med
prosedyrekall med tilh�rende returverdier: feks vil transportlaget kalle en
funksjon i nettverkslaget for � sende en pakke, og returen fra funksjonskallet
er meldingene som kommer tilbake fra den kommuniserende motparten.
Den st�rste forskjellen ligger i at TCP/IP modellen ikke har egne lag for de funksjonene OSI modellen har skilt ut i Sesjons- og Presentasjonslag. Nettverkslaget er dessuten ikke formelt delt i tre lag, men IETF har spesifisert protokoller som behandler alle disse lagene. OSI er teoretisk og mer et rammeverk for diskusjon ang kommunikasjon i og med at den spesifiserer kravene til alle lag. OSI modellen er sjelden implementert i sin helhet, bl.a. pga ytelsesproblemer. De to modellene ble laget av to ulike organisasjoner (ISO og IETF/ARPA) med sine ulike syn p� hvor mange lag et kommunikasjonssystem b�r best� av, og hva slags funksjonalitet hvert lag skal inneholde. Med tiden har modellene n�rmet seg hverandre noe.
- d) Hvor i OSI modellen finner vi f�lgende
element:
tjenstekvalitet (QoS): brukes ofte om hvilken garanti et nettverk har for � sende pakker, i
form av flytkontroll, retransmittering, b�ndbredde, forsinkelse /
gjennomsnittlig forsinkelse. Ansvaret for dette ligger i de 4 nederste lagene
av OSI modellen, med hovedvekt p� transportlaget. Tjenestekvaliteten har en
verdi�kning oppover i stakken (summerer tjenesterne).
samtaleunivers beskriver hvilke datastrukturer som skal utveksles mellom entitetene
p� applikasjonslaget samt hvilke operasjoner som skal utf�res p� disse dataene
ved motta. Beskrivelsen er abstrakt, og blir f�rst konkret n�r datastruktur og
operasjoner lineariseres og kodes for utveksling mellom endesystemer. N�dvendig
for kommuniserende systemer � ha en felles forst�else.
protokoll
spesifiserer de regler som gjelder for kommunikasjonen mellom entiteter p�
samme lag i to systemer som kommuniserer med hverandre. Det kan finnes mange
forskjellige implementasjoner av en og samme protokollspesifikasjon. Finnes p�
alle lag.
grensesnitt
beskriver eksempelvis skillet mellom lag i modellen (tjenestegrensesnitt),
eller skillet mellom to entiteter som kommuniserer p� samme lag i ulike
systemer (protokollgrensesnitt).
- e) Hva er forskjellen p� en "De jure" og en "De facto" standard? Nevn eksempler p� begge
"De
jure" betyr vedtatt, i denne sammenheng en standard bestemt av en
autorisert, internasjonal standardiserings komit� (ISO, ITU). "De
facto" betyr at standarden har blitt til gjennom utbredt bruk, ofte
spesifisert av industrikonsortia eller uformelle organisasjoner som IETF (og er
mindre tidkrevende enn byr�kratiets De jure, alts� finnes det mange standarder
av denne typen)
6. Litt av hvert
a)
En ulempe med noen kringkastingsnett er den kapasiteten som sl�ses bort
n�r multiple vertsmaskiner pr�ver � aksessere kanalen samtidig. Anta et enkelt
eksempel der tiden deles inn i diskrete �slots�, der n vertsmaskiner
pr�ver � benytte kanalen med sannsynlighet p i l�pet av hvert slot.
Hvilken br�kdel av slot�ene sl�ses bort pga. kollisjoner?
Vi
skiller mellom n + 2 hendelser. Hendelsene 1 til n inneb�rer at
tilsvarende vertsmaskin med hell pr�ver � bruke kanalen, dvs. uten at kollisjon
oppst�r. Sannsynligheten for hver av disse hendelsene er p(1-p)n-1.
Hendelsen n + 1 er en ledig kanal, med sannsynlighet (1-p)n.
Hendelsen n + 2 er en kollisjon. Siden disse n + 2 hendelsene
representerer alle mulighetene, m� summen av deres sannsynligheter v�re 1.
Sannsynligheten for en kollisjon, som er lik br�kdelen av slot�er som sl�ses
bort, er da 1-np(1-p)n-1-(1-p)n.
b) N�r en fil overf�res mellom to
datamaskiner, har man to mulige kvitterings-strategier. I det f�rste tilfellet,
deles fila opp i pakker som kvitteres individuelt av mottaker; filoverf�ringen
som s�dan blir imidlertid ikke kvittert for. I det andre tilfellet, kvitteres
ikke pakker individuelt, men hele fila kvitteres n�r den har ankommet. Diskut�r
disse to tiln�rmingene.
Hvis
nettet tenderer til � miste pakker, er det best � kvittere for hver enkelt,
slik at mistede pakker kan retransmitteres. Hvis nettet derimot er meget
p�litelig, vil det � sende kvittering p� slutten av hele overf�ringen spare
b�ndbredde i det normale tilfellet (men dette krever at hele fila
retransmitteres selv om bare en eneste pakke mistes).
c) Et bilde er 1024 x 768 piksler med
3 bytes/piksel.� Anta at bildet ikke er
komprimert. Hvor lang tid tar det � overf�re det over en 56 kbps
modem-forbindelse?
Bildet
er 1024*768*3 bytes eller 2.359.296 bytes. Dette er 18.874.368 bit. Ved en
hastighet p� 56.000 bit/s, tar det omtrent 337s � overf�re bildet.
d) Tr�dl�se nett er lette �
installere, hvilket gj�r dem billige fordi installasjon av nett vanligvis
koster mer enn utstyret. Likevel har de ogs� noen ulemper. Nevn to av dem.
En
ulempe er sikkerheten. Enhver person, som tilfeldigvis er i bygningen, kan
lytte p� nettet. En annen ulempe er p�litelighet. Tr�dl�se nett introduserer
vanligvis mange feil. Et tredje potensielt problem er levetiden for batterier,
siden de fleste tr�dl�se innretninger er mobile.
e) Nevn to fordeler og to ulemper ved
� ha internasjonale standarder for nettverks-protokoller.
En
fordel er at hvis alle bruker standarden, kan alle snake med alle. En annen
fordel er at utstrakt bruk av enhver standard vil gi brukerne av de
resulterende produktene en �konomisk gevinst, slik som f.eks. er tilfellet med
VLSI chip�er. En ulempe er at de politiske kompromissene som m� gj�res for �
komme fram til internasjonale standarder, ofte leder til teknisk d�rlige
standarder. En annen ulempe er at, n�r en standard er tatt i utstrakt bruk, er
den vanskelig � endre, ogs� selv om bedre teknikker eller metoder oppdages.
Dessuten kan den allerede v�re foreldet n�r den blir vedtatt.
f) Hva er forskjellen, hvis noen,
mellom demodulator delen av et modem og koder delen av en codec?
En
koder mottar et vilk�rlig analogt signal og genererer et digitalt signal fra
det. En demodulator mottar en modulert sinus-b�lge og genererer et digitalt
signal.
g) PPP er mye basert p� HDLC, som
benytter bit stuffing for � unng� at tilfeldige flag bytes inne i datadelen
skal skape forvirring. Gi minst en �rsak til at PPP bruker byte stuffing
isteden.
PPP ble
designet for � bli implementert i programvare, ikke i maskinvare slik som HDLC
nesten alltid er (nettverkskort). I en programvare-implementasjon er det mye
enklere � jobbe med bytes enn med individuelle bit. I tillegg ble PPP
opprinnelig designet for � bli brukt sammen med modemer, og disse mottar og
overf�rer data i enheter p� 1 byte ikke 1 bit.
h) Hva er det minste overhead�en ved
� sende en IP-pakke n�r PPP brukes? Her skal du bare regne med overhead�en som
introduseres av PPP selv, og ikke IP-hode overhead.
Det minste en ramme kan ha,
er to flag-bytes, en protokoll-byte og to sjekksum-bytes, alts� totalt fem
overhead bytes pr. ramme.
7. Oppgaver fra
Tanenbaum kap. 1
Oppgave 14
Meldinger
og byte str�mmer er forskjellig. I en str�m av meldinger holder nettverket rede
p� grensene mellom meldinger. I en byte str�m gj�r det det ikke. F.eks. anta at
en prosess skriver 1024 bytes ut p� en forbindelse og s� ytterligere 1024
bytes. Mottageren leser da 2048 bytes. Med en meldingsstr�m vil mottakeren f�
to meldinger a 1024 bytes.
Oppgave 15
Forhandlinger
har � gj�re med � f� begge sider til � bli enige om noen parameter eller
verdier som skal benyttes under kommunikasjonen eks maksimum pakkest�rrelse.
Oppgave 18
a) Data
link laget
b) Nettverkslaget
Oppgave 19
Rammer
innkapsler pakker. N�r en pakke ankommer linklaget vil alt (hode, data, etc)
bli innlemmet som datafeltet i rammen. Hele pakken legges i en
"konvolutt" (rammen).
Oppgave 20
Med n lag
og h bytes addert pr lag er det totale antallet bytes i hodet pr melding nh,
slik at det feltet som g�r med til headere er hn. Den totale meldingsst�rrelsen
er M + nh, slik at den delen av b�ndbredden som sl�ses bort i headere er hn /
(M+hm)
Oppgave 27
Lyshastigheten
i en koakskabel er omtrent 200.000 km/s, som er 200 m/microsec. Ved 10 Mbps tar
det 0.1 microsec � overf�re et bit. S�ledes varer bitet0.1 microsec i tid og i
l�pet av denne tiden vil det bevege seg 20 meter. Et bit er s�ledes 20 meter
langt her.
Oppgave 29
Tenk p�
"the hidden terminal problem". Anta et tr�dl�st nett med fem
stasjoner. A til E, slik at hver av dem bare er innenfor rekkevidden av sin
n�rmeste nabo. Da kan A snakke til B samtidig som D snakker til E. Tr�dl�se
nett har en potensiell parallell funksjonalitet, og i dette henseende avviker
det fra Ethernet.