L?sningsforslag uke 6

1. Kommunikasjonsformer

Gi en kort definisjon på følgende begrep:

• a)

linjesvitsjing er en teknikk som tradisjonelt har vært brukt i telefonnettet, men som nå også benyttes til dataoverføring. Tre faser inngår i kommunikasjonen: 1. oppsett av linje mellom avsender og mottaker vha. fysiske eller elektroniske svitsjer 2. overføring / transmisjon 3. nedkobling av linje. Fordelen ved linjesvitsjing er at man får en egen "fysisk" forbindelse reservert til den prosessen som foretok oppsettet, men på bekostning av å ha uutnyttet ressurs i nettet når denne prosessen ikke benytter linja.

pakkesvitsjing innebærer at data som skal overføres, først deles opp i pakker som så sendes ut på de fysiske linjene. Hver pakke inneholder 'hode' og 'hale' i tillegg til informasjonsbærende 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 angående hvilken retning pakken skal sendes basert på analyse av hode og den generelle øyeblikkstilstanden i nettet. Ulike pakker kan dermed følge 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 åpner pakkesvitsjing muligheten for å rute utenom linker eller noder som er nede eller overbelastet. Passer bra for asynkron trafikk.

• b)

synkron overføring (transmisjon) vil si at pakkene ankommer mottaker i samme takt som de leveres av sender, dvs at forsinkelsen er konstant mens overføringen foregår. eks tale- og video-overføring

asynkron overføring vil si at forsinkelsen varierer og at avsender og mottaker ikke er i takt. Pakkesvitsjing impliserer asynkron overføring, og her kan også rekkefølgen av pakkene innbyrdes endres underveis fordi de muligens følger ulike stier, og pakkene må dermed sorteres ved mottak. eks filoverføring, interaktiv kommunikasjon etc

• c)

i>forbindelsesfri (datagram) overføring kan sammenlignes med å sende et brev i det vanlige postsystemet. En pakke (datagram) utstyres med en fullstendig adresse som gjør det mulig å rute pakken frem til mottaker uten at det settes opp noen forbindelse på forhånd

forbindelsesorientert overføring kan sammenlignes med det å koble opp en telefonsamtale eller en TCP-forbindelse: Oppkobling - bruk - nedkobling

• d)

multipleksing i telenett vil si å gjøre bruk av noder i nettet (såkalte multipleksere) for å muliggjøre for flere linjer med lav bitrate å dele en linje med høy bitrate. Dataoverføringskapasiteten på den sistenevnte linja er større enn eller lik summenav bitratene for hver av lavkapasitetslinjene.

2. Typer av nettverk

• a) Gjør rede for forskjellen mellom punkt-til-punkt nett og kringkastingsnett.

Punkt-til-punkt nett: muliggjør dataoverføring mellom én avsender og én mottaker om gangen. Nettet består av mange forbindelser mellom individuelle par av maskiner. For å komme fra kilde til destinasjon kan en pakke i denne typen nett måtte gå innom mange mellomliggende maskiner (svitsjer). Det er viktig å finne en optimal rute gjennom nettet. Siden det her dreier seg om sender-mottaker par, kalles denne typen overføring gjerne 'unicast'.

Kringkastingsnett har gjerne en felles kommunikasjonskanal som deles av alle maskinene på nettet. Når en maskin sender en pakke ut på 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 muliggjør to nyttige kommunikasjonsmåter, nemlig 'kringkasting' (broadcast) og 'multikasting' (multicast). I det første tilfellet vil en pakke som blir sendt ut på 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 gjøre dette.

• b) Hva kjennetegner Internet og hvilke funksjoner må dette nettet kunne håndtere?

For det første består Internet av en meget stor samling autonome nett, dvs nett som i utgangspunktet er laget for å 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 høyhastighets forbindelser. Internettprotokollen (IP) binder alle de autonome nettene sammen til Internet ved å bl.a. tilby universell adressering. Sentrale funksjoner som må håndteres er bl.a. ruting på Internet-nivå mellom subnett (globale IP-adr), ruting på subnett-nivå mellom "lokale" maskiner (lokale subnett-adr), fragmentering og re-assemblering.

• c) Beskriv de mest vanlige LAN topologiene

Bus : alle maskinene er koblet til en lineær kabel, dvs uten sammenkoblede ender. Benyttes for Ethernet-baserte lokalnet, hvor protokollen tar høyde for at det vil oppstå kollosjoner på kabelen når to eller flere maskiner forsøker sende samtidig.

Ring : kabelen maskinene er tilkoblet utgjør en sluttet ring. LAN protokoller som benytter ring-topologier har sikre mekanismer som hindrer at kollisjoner oppstår (eks Token ring, FDDI)

Stjerne : Maskinene er tilknyttet en felles enhet /svitsj) som sørger for at data kan sendes til riktig mottaker (maskin eller nett) hvis denne også er tilkoblet svitsjen (eks Ethernet svitsj).

3. Å·ÖÞ±­ÔÚÏßÂòÇò_Å·ÖÞ±­Í¶×¢ÍøÕ¾ÍƼö@ring og ruting

• a) Nevn de forskjellige typene adressering, og gi eksempler på 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 nødvendige egenskaper bør en nettverksadresse ha?

En nettverksadresse bør ha stort nok adresserom og gi en entydig identifikasjon av maskiner tilknyttet nettet. Som oftest vil hierarkisk ordenede adresser være å foretrekke. Videre bør det være mulig med dynamisk tilordning av adresser for enkelt vedlikehold av nettet. Å·ÖÞ±­ÔÚÏßÂòÇò_Å·ÖÞ±­Í¶×¢ÍøÕ¾ÍƼö@strukturen og navnehåndteringen bør også muliggjøre bruk av domener, som feks i Internet. Til sist bør en slik adresse kunne bli representert ved et alias som er lett å huske, eks ifi.uio.no, og navneoppslag bør da kunne foretas effektivt.

• c) Hva ligger i begrepet 'ruting' ?

Ruting er en funksjon som utføres av svitsjene (ruterne) i et datanett. I grove trekk innebærer 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 både dynamiske og statiske strategier for å foreta dette valget.

4. Ytelse (performance)

• a) Forklar begrepene 'båndbredde' (bandwidth) og 'gjennomstrømning' (throughput)

'Båndbredde' benyttes ulikt avhengig av om det er snakk om analoge eller digitale systemer. I det første tilfellet måles båndbredde i Hertz (Hz), eks har en analog telefonlinje ca 3kHz båndbredde. Når det gjelder digitale systemer, refererer båndbredde vanligvis kapasiteten til en link målt i bit per sekund (bps), også kalt bitrate, overføringshastighet, transmisjonsrate etc.

'Gjennomstrømning' er den faktiske datamengden som kan overføres på en link pr sekund (bit/s). Teoretisk maksimal båndbredde er ofte uoppnåelig pga. pakketap, flere brukere, maskin med for lav eksekverings kapasitet i forhold til ønsket senderate , etc.

• b) Hvor oppstår forsinkelse (delay) når en pakke sendes mellom to endemaskiner?

Forsinkelsen oppstår flere steder: Protokollstakken i avsendermaskinen; unngå kopiering av pakker mellom lagenes buffer, bruk pekere som flyttes. Propagasjonstid; overføringsmediet introduserer forsinkelse i form av tiden det tar elektroner å forflytte seg i en kobberledning / fotoner i en fiber. Prosesseringstid; tiden pakken holdes tilbake i mellomliggende noder mens hode analyseres og det ventes på ledig linje videre. Utsendingstid; avhengig av kapasitet på linken (eks 1Mbps linje, 10kb pakke gir 10ms utsendingstid for å dytte alle bit ut på linja. Retransmisjon av feilretting; av pakker ved feilsituasjoner, inkl. evt omruting av pakker ved nodefeil.

• c) Gjør rede for begrepet 'tjenestekvalitet' (QoS). Hvilke elementer kan inngå?

Viktige parametre er: overføringskapasitet, 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 å benytte lagdelte protokoller (design og anvendelse) ?

Lagdelingen er en måte å abstrahere systemet på, og gjør det lettere å organisere de oppgavene protokollstakken skal inneha. Hvert lag har sine dedikerte oppgaver, og tilsammen vil disse gjøre det mulig å 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 på), og det tilbys tjenester til laget over. I tillegg må et lag kunne Å·ÖÞ±­ÔÚÏßÂòÇò_Å·ÖÞ±­Í¶×¢ÍøÕ¾ÍƼö@e/ kommunisere med tilsvarende lag på andre maskiner (piers). Lagdelte protokoller skal i prinsippet være modulære, 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 gjøres det mange snarveier i protokollstakken for å oppnå bedre ytelse.

• c) Skisser OSI modellen og TCP/IP modellen. Hva består forskjellen mellom dem i? Hvorfor er de ulike?

Se figur 1-20 og 1-21 i Tanenbaum Grensesnittet mellom lagene inkluderer såkalte SAP'er (Service Access Point), Siden et lag tilbyr tjenester til laget over, og disse tjenestene leveres via SAP, tegnes SAP inn i modellen på toppen av det tilhørende laget, gjerne også med en bufferkø med meldinger som skal leveres. Tjenestebruker er det laget som benytter tjenestene, og man kan gjerne sammenligne dette med prosedyrekall med tilhørende returverdier: feks vil transportlaget kalle en funksjon i nettverkslaget for å sende en pakke, og returen fra funksjonskallet er meldingene som kommer tilbake fra den kommuniserende motparten.

Den største 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 på hvor mange lag et kommunikasjonssystem bør bestå av, og hva slags funksjonalitet hvert lag skal inneholde. Med tiden har modellene nærmet seg hverandre noe.

• d) Hvor i OSI modellen finner vi følgende element:

tjenstekvalitet (QoS): brukes ofte om hvilken garanti et nettverk har for å sende pakker, i form av flytkontroll, retransmittering, båndbredde, forsinkelse / gjennomsnittlig forsinkelse. Ansvaret for dette ligger i de 4 nederste lagene av OSI modellen, med hovedvekt på transportlaget. Tjenestekvaliteten har en verdiøkning oppover i stakken (summerer tjenesterne).

samtaleunivers beskriver hvilke datastrukturer som skal utveksles mellom entitetene på applikasjonslaget samt hvilke operasjoner som skal utføres på disse dataene ved motta. Beskrivelsen er abstrakt, og blir først konkret når datastruktur og operasjoner lineariseres og kodes for utveksling mellom endesystemer. Nødvendig for kommuniserende systemer å ha en felles forståelse.

protokoll spesifiserer de regler som gjelder for kommunikasjonen mellom entiteter på samme lag i to systemer som kommuniserer med hverandre. Det kan finnes mange forskjellige implementasjoner av en og samme protokollspesifikasjon. Finnes på alle lag.

grensesnitt beskriver eksempelvis skillet mellom lag i modellen (tjenestegrensesnitt), eller skillet mellom to entiteter som kommuniserer på samme lag i ulike systemer (protokollgrensesnitt).

• e) Hva er forskjellen på en "De jure" og en "De facto" standard? Nevn eksempler på begge

"De jure" betyr vedtatt, i denne sammenheng en standard bestemt av en autorisert, internasjonal standardiserings komité (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 byråkratiets De jure, altså finnes det mange standarder av denne typen)

6. Litt av hvert

a)      En ulempe med noen kringkastingsnett er den kapasiteten som sløses bort når multiple vertsmaskiner prøver å aksessere kanalen samtidig. Anta et enkelt eksempel der tiden deles inn i diskrete ”slots”, der nvertsmaskiner prøver å benytte kanalen med sannsynlighet p i løpet av hvert slot. Hvilken brøkdel av slot´ene sløses bort pga. kollisjoner?

Vi skiller mellom n + 2 hendelser. Hendelsene 1 til n innebærer at tilsvarende vertsmaskin med hell prøver å bruke kanalen, dvs. uten at kollisjon oppstår. 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, må summen av deres sannsynligheter være 1. Sannsynligheten for en kollisjon, som er lik brøkdelen av slot´er som sløses bort, er da 1-np(1-p)^n-1-(1-p)ⁿ.

b)      Når en fil overføres mellom to datamaskiner, har man to mulige kvitterings-strategier. I det første tilfellet, deles fila opp i pakker som kvitteres individuelt av mottaker; filoverføringen som sådan blir imidlertid ikke kvittert for. I det andre tilfellet, kvitteres ikke pakker individuelt, men hele fila kvitteres når den har ankommet. Diskutér disse to tilnærmingene.

Hvis nettet tenderer til å miste pakker, er det best å kvittere for hver enkelt, slik at mistede pakker kan retransmitteres. Hvis nettet derimot er meget pålitelig, vil det å sende kvittering på slutten av hele overføringen spare båndbredde 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 å overføre 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 på 56.000 bit/s, tar det omtrent 337s å overføre bildet.

d)      Trådløse nett er lette å installere, hvilket gjør dem billige fordi installasjon av nett vanligvis koster mer enn utstyret. Likevel har de også noen ulemper. Nevn to av dem.

En ulempe er sikkerheten. Enhver person, som tilfeldigvis er i bygningen, kan lytte på nettet. En annen ulempe er pålitelighet. Trådløse nett introduserer vanligvis mange feil. Et tredje potensielt problem er levetiden for batterier, siden de fleste trådløse innretninger er mobile.

e)      Nevn to fordeler og to ulemper ved å 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 økonomisk gevinst, slik som f.eks. er tilfellet med VLSI chip´er. En ulempe er at de politiske kompromissene som må gjøres for å komme fram til internasjonale standarder, ofte leder til teknisk dårlige standarder. En annen ulempe er at, når en standard er tatt i utstrakt bruk, er den vanskelig å endre, også selv om bedre teknikker eller metoder oppdages. Dessuten kan den allerede være foreldet når 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 vilkårlig analogt signal og genererer et digitalt signal fra det. En demodulator mottar en modulert sinus-bølge og genererer et digitalt signal.

g)      PPP er mye basert på HDLC, som benytter bit stuffing for å unngå at tilfeldige flag bytes inne i datadelen skal skape forvirring. Gi minst en årsak til at PPP bruker byte stuffing isteden.

PPP ble designet for å bli implementert i programvare, ikke i maskinvare slik som HDLC nesten alltid er (nettverkskort). I en programvare-implementasjon er det mye enklere å jobbe med bytes enn med individuelle bit. I tillegg ble PPP opprinnelig designet for å bli brukt sammen med modemer, og disse mottar og overfører data i enheter på 1 byte ikke 1 bit.

h)      Hva er det minste overhead´en ved å sende en IP-pakke når 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, altså totalt fem overhead bytes pr. ramme.