Apc Probleme 1st 2013

ETTI. APC - Probleme - 1. V1-RO-st Octavian Catrina, 2013

1

Arhitecturi si Protocoale de Comunicatii (APC)

Probleme/intrebari.

Partea 1.

1. Arhitecturi de retele si echipamente ...................................................................................................... 2

1.1. Arhitecturi stratificate. Principii, functii. .......................................................................................... 2

1.2. Protocoale si servicii. Servicii cu/fara conexiune (TCP, UDP) ........................................................ 2

2. Transmisii de date, multiplexare si comutatie ........................................................................................ 2

2.1. Transmisii de date ........................................................................................................................ 2

2.2. Multiplexare si comutatie. Aplicatii, QoS. ....................................................................................... 3

2.3. Comutatie de pachete. .................................................................................................................. 3

3. Retele locale. Ethernet (IEEE 802.3) .................................................................................................... 4

3.1. Ethernet. CSMA/CD. Tehnici de baza (multiplexare, comutatie, cadrare) ...................................... 4

3.2. Ethernet. CSMA/CD. Scenarii de transmisie.................................................................................. 4

3.3. Ethernet. CSMA/CD. Coliziuni....................................................................................................... 4

3.4. Ethernet. CSMA/CD. Eficienta. ..................................................................................................... 4

4. Retele locale. WLAN/WiFi (IEEE 802.11).............................................................................................. 4

4.1. CSMA/CA vs. CSMA/CD. ............................................................................................................. 4

4.2. CSMA/CA. Terminal ascuns/expus. .............................................................................................. 5

4.3. WLAN. Transferul cadrelor in BSS/EBSS ...................................................................................... 5

5. Retele locale. Punti (IEEE 802.1D) ....................................................................................................... 5

5.1. Punti. WLAN. Transferul cadrelor .................................................................................................. 5

5.2. Punti. STP. Invatare si dirijare. Transferul cadrelor. ....................................................................... 6


2

1. Arhitecturi de retele si echipamente

1.1. Arhitecturi stratificate. Principii, functii.

a). Protocolul IP livreaza pachetele folosind o infrastructura de retea in care exista o mare varietate de tehnologii de nivel Fizic si Legatura de Date (cablu sau canal radio, punct-la-punct sau access multiplu, LAN sau WAN, cu sau fara conexiune, etc.).

Ce principiu al arhitecturilor stratificate permite acest lucru? Cum se aplica in acest caz?

b). Functia de adresare apare de mai multe ori in arhitectura stratificata, de pilda in nivelele Legatura de Date, Retea si Transport. Mai mult, fiecare dintre acestea are propria schema de adresare.

Cum se justifica aceasta situatie (aparenta redundanta)? [Alt context: adresarea la nivelul Aplicatie.]

c). Functia de control al erorilor apare atat in nivelul Legatura de Date cat si in nivelul Transport.

De ce nu este suficient controlul erorilor realizat de Legatura de Date? Pe de alta parte, daca nivelul Transport asigura controlul erorilor, de ce nu eliminam aceasta functie din nivelul Legatura de Date?

d). Protocolul IP asigura detectarea erorilor pentru informatia de control din antetul pachetului, dar nu si pentru datele tranportate in pachet (payload). Cele mai multe aplicatii au insa nevoie de un serviciu care sa garanteze integritatea datelor (pentru pachete individuale sau pentru un flux de pachete).

Cum este asigurata integritatea datelor in comunicatiile dintre aplicatii folosind retele IP? Cum se justifica adoptarea acestei solutii in proiectarea Internet-ului?

1.2. Protocoale si servicii. Servicii cu/fara conexiune (TCP, UDP)

Stiva de protocoale TCP/IP contine doua protocoale de baza pentru nivelul Transport: TCP, care ofera un serviciu cu conexiune care garanteaza integritatea unui flux de date, si UDP, care ofera un serviciu fara conexiune (datagrame), fara garantii de livrare.

a). De ce foloseste protocolul HTTP (Hypertext Transfer Protocol) serviciul oferit de TCP si nu cel oferit de UDP? (De exemplu, un client HTTP transmite o cerere catre un server HTTP specificand adresa unei pagini Web (URL), iar serverul ii raspunde livrand pagina Web respectiva.)

b). De ce foloseste protocolul DNS (Domain Name System) serviciul oferit de UDP si nu cel oferit de TCP, pentru comunicatiile sale cerere/raspuns? (De exemplu, un client DNS trimite o cerere unui server DNS specificand numele unui server HTTP, iar server-ul DNS ii raspunde cu un mesaj care contine adresa serverului HTTP cu numele respectiv.)

c). Aplicatiile au nevoie de un serviciu DNS fiabil, insa UDP nu garanteaza livrarea datagramelor care contin cererea si raspunsul. Cum este rezolvata aceasta problema?

2. Transmisii de date, multiplexare si comutatie

2.1. Transmisii de date

O legatura de date cu rata de bit R = 100 Mbps este realizata folosind un cablu optic cu viteza de propagare a semnalului V = 2.510

8 m/s si lungimea D = 25000 m.

In raspunsurile la intrebarile de mai jos, ilustrati comunicatia folosind diagrame de timp si documentati calculele efectuate (formule, notatii si rezultatele intermediare relevante).

a). Transmitatorul a terminat de transmis un bit. Cati alti biti va transmite pana cand acest bit va fi receptionat?

b). Care este intarzierea totala de transfer T pentru un cadru de date (DATA) cu lungimea N = 500 octeti? (Timpul scurs de la inceputul transmiterii primului bit si pana la incheierea receptiei ultimului bit).

c). Dupa receptia completa a cadrului de date, receptorul raspunde cu un cadru de confirmare (ACK) avand lungimea Na = 50 octeti. Cat timp trece din momentul in care incepe transmiterea cadrului de date si pana cand este receptionat cadrul de confirmare? (RTT: Round-Trip Time.)

d). Transmitatorul tocmai a terminat de transmis un cadru DATA. Cate alte cadre DATA ar mai putea transmite pana cand va primi cadrul ACK pe care il asteapta pentru cadrul DATA transmis?

e). Cadrul DATA contine un antet cu aceeasi lungime ca un cadru ACK, Na = 50 octeti. Evaluati eficienta (procentul de utilizare a legaturii de date) procedurii urmatoare: pentru fiecare cadru de date transmis, asteapta confirmarea, apoi continua transferul (Stop-and-Go). Sugerati solutii pentru ameliorarea eficientei transferului in astfel de situatii (principiul, fara detalii).


3

Indicatii: Diagrama de timp pentru comunicatia analizata (generica, nu e la scara).

Pentru evaluarea gradului de utilizare a legaturii de date, raportati timpul consumat pentru transmiterea unei unitati de date la timpul total consumat pentru transferull unui cadru DATA (transmiterea antetului, datelor si confirmarii si asteptarea sosirii confirmarii).

Send

Receive

DATA

ACK

Data transfer and

acknowledgement

2.2. Multiplexare si comutatie. Aplicatii, QoS.

a). Comparati comutatia de pachete cu conexiune si fara conexiune din puncte de vedere al asigurarii parametrilor de calitate a serviciului (QoS), luand ca exemplu rata de date minime pentru un flux de date.

b). Comparati comutatia de circuite si comutatia de pachete din puncte de vedere al utilizarii benzii disponbile a legaturilor de date si a asigurarii parametrilor de calitate a serviciului (QoS), pentru fluxuri de pachete cu diverse caracteristici si cerinte: cu rata de date constanta sau variabila; cu limite stricte privind intarzierea de transfer sau nu.

c). Explicati intuitiv, folosind exemple, de ce o retea de comunicatii bazata pe multiplexare TDM asincrona si comutatie de pachete este mai eficienta decat o solutie care foloseste multiplexare TDM sincrona si comutatie de circuite, pentru fluxuri de date cu rata variabila.

d). O legatura de date foloseste multiplexare TDM sincrona cu parametrii urmatori: un cadru contine N = 100 intervale de timp (canale temporale); in fiecare interval se transmit b = 8 biti de date; durata cadrului este

is T = 100 s. Care este debitul total R al legaturii de date? Care este debitul Rc disponibil pentru fiecare flux de date, presupunand ca i se aloca un singur canal?

2.3. Comutatie de pachete.

In reteaua de tip Ethernet comutat din figura, rata de bit este R = 10 Mbps si fiecare cablu are lungimea D =

100 m. Semnalul se propaga cu viteza V = 2108 m/s.

C1 C2

Dorim sa aflam durata minima de transfer a unui cadru Ethernet cu lungimea L = 1250 octeti (inclusiv preambulul) transmis de la C1 la C2, iar apoi durata transferului unui fisier. Durata transferului este minima atunci cand, in fiecare comutator, durata de asteptare in coada asociata interfetei de iesire (queuing delay) este nula. Documentati calculele efectuate: formule, notatii si rezultate intermediare relevante.

a). Comutatoarele Ethernet functioneaza in modul memoreaza si retransmite (store and forward). Care este durata minima de transfer a cadrului in acest caz?

b). Comutatoarele Ethernet functioneaza in modul cut-through, iar fragmentul de coliziune are lungimea maxima F = 64 octeti. Cat este in acest caz durata minima de transfer a cadrului?

c). Transferam un fisier de la C1 la C2 cu protocolul TFTP (Trivial FTP). TFTP foloseste UDP si o procedura de control al erorilor in care asteapta confirmarea fiecarui bloc de date inainte de a transmite blocul urmator (Stop and Go). Comparati durata transferului fisierului in modul store and forward si modul cut-through, presupunand ca mesajele TFTP de date si de confirmare sunt encapsulate in cadre Ethernet cu lungimea L = 1250 octeti, respectiv F = 64 octeti, fisierul contine N = 100 blocuri de date si transmisia se desfasoara fara erori. Explicati diferenta dintre durata transferului in cele doua moduri.

d). Repetati calculul precedent presupunand ca fisierul este transferat folosind un protocol ideal care transmite blocurile de date succesiv, cu rata de bit maxima oferita de retea (transferul nu este afectat de alt trafic).


4

3. Retele locale. Ethernet (IEEE 802.3)

3.1. Ethernet. CSMA/CD. Tehnici de baza (multiplexare, comutatie, cadrare)

a). Ce tehnici de multiplexare si comutatie de baza sunt folosite in retelele locale Ethernet (IEEE 802.3) si WiFi (IEEE 802.11)?

b). Rezumati (in cateva fraze) protocolul CSMA/CD de control al accesului la mediu.

c). Cum determina receptorul inceputul si sfarsitul unui cadru in protocolul Ethernet?

d). Descrieti actiunile efectuate de receptor in protocolul Ethernet atunci cand primeste un cadru (in special, cum utilizeaza informatia de control din antetul cadrului: DA, SA, Length/Type, FCS).

3.2. Ethernet. CSMA/CD. Scenarii de transmisie.

O retea locala foloseste protocolul CSMA/CD cu rata de bit R = 10 Mbps. Timpul de propagare intre doua

statii, A si B, este = 12.5 s. Mediul de transmisie este initial liber si doar statiile A si B efectueaza transmisii. Statia A incepe transmiterea unui cadru cu lungimea L = 125 octeti la momentul t1.

a). Statia B incearca sa transmita un cadru la momentul t2 = t1+10 s. Explicati ce se intampla. Care sunt actiunile principale efectuate de A si B pana cand cele 2 cadre sunt livrate?

b). Aceeasi intrebare, daca statia B incearca sa transmita la momentul t2 = t1+150 s.

c). Aceeasi intrebare, daca statia B incearca sa transmita la momentul t2 = t1+100 s.

3.3. Ethernet. CSMA/CD. Coliziuni.

O retea locala care foloseste CSMA/CD opereaza cu urmatorii parametri: rata de bit R = 10 Mbps, timpul maxim de propagare = 10 s.

a). Care este durata maxima pana la detectarea unei (eventuale) coliziuni, fata de inceputul transmisiei? Descrieti o situatie in care este inregistrata aceasta durata maxima.

b). De ce este necesara definirea unei lungimi minime a cadrelor in acest protocol? Care ar trebui sa fie lungimea minima pentru aceasta retea?

c). De ce este necesara definirea unei lungimi maxime a cadrelor in acest protocol?

3.4. Ethernet. CSMA/CD. Eficienta.

O retea locala care foloseste CSMA/CD opereaza cu parametrii urmatori: rata de bit R = 10 Mbps, timpul

maxim de propagare = 50 s si lungimea medie a cadrelor L = 5000 bits.

a). Evaluati eficienta protocolului CSMA/CD in aceasta retea (gradul de utilizare a canalului de comunicatie) si explicati intuitiv rezultatul.

b). Explicati cum este afectata eficienta protocolului daca rata de transmisie creste la R' = 100 Mbps si apoi la R'' = 1 Gbps. Cum scaleaza protocolul cu cresterea ratei de transmisie?

c). Explicati cum este afectata eficienta protocolului daca lungimea medie a cadrelor devine L' = 1000 biti.

4. Retele locale. WLAN/WiFi (IEEE 802.11)

4.1. CSMA/CA vs. CSMA/CD.

a). In protocoalele CSMA/CA si CSMA/CD, atunci cand transmitatorul gaseste canalul ocupat, trebuie sa astepte pana cand devine liber (si intervalul de garda suplimentar). Apoi, protocoalele difera. In CSMA/CD, transmitatorul incepe transmisia imediat, in timp ce in CSMA/CA el trebuie sa astepte un interval de timp aleator inainte de a incerca sa transmita. Ce efecte are aceasta diferenta dintre comportamentul transmitoarelor? Cum se justifica aceasta diferenta?

b). In protocolul CSMA/CA, procedura de transfer de date utilizeaza un cadru de confirmare pozitiva. De ce este util acest mecanism in CSMA/CA? De ce nu este el prezent si in CSMA/CD?

c). Standardul IEEE 802.11 defineste mai multe intervale de garda intre cadre, printre care DIFS (DCF Interframe Space) si SIFS (Short Interframe Space). De ce sunt necesare mai multe intervale de garda? Care este rolul DIFS si SIFS in protocol?


5

4.2. CSMA/CA. Terminal ascuns/expus.

a). Ce inseamna "terminal ascuns" in retelele WLAN? Cum afecteaza acest fenomen protocoalele bazate pe accesul aleator la canalul de comunicatie?

b). Ce inseamna "terminal expus" in retelele WLAN? Cum afecteaza acest fenomen comunicatia in WLAN?

c). Cum sunt atenuate efectele terminalelor ascunse in protocolul definit de IEEE 802.11?

d). Rezumati principalele metode folosite pentru "evitarea coliziunilor" in protocolul definit de IEEE 802.11.

4.3. WLAN. Transferul cadrelor in BSS/EBSS

Imaginea de mai jos prezinta o retea WLAN extinsa (EBSS - Extended Basic Service Set), in care un comutator Ethernet interconecteaza doua retele WLAN de baza (BSS - Basic Service Set). M1, ... M6 sunt adrese MAC ale interfetelor.

M1

M3

M2

WLAN

Ethernet LAN

M4

M5

M6

AP1 AP2

C1

C2

C3 C4

WLAN

Explicati ce se intampla in scenariile listate mai jos: care sunt statiile care comunica si ce face AP1 cu cadrele primite. Indicati ipotezele pe care le faceti asupra informatiilor obtinute de AP1 in prealabil.

a). AP1 primeste un cadru 802.11 cu adresele SA=TA=M1, RA=M3, DA=M2.

b). AP1 primeste un cadru 802.11 cu adresele SA=TA=M1, RA=M3, DA=M6.

c). AP1 primeste un cadru Ethernet (802.3) cu adresele SA=M6 and DA=M2.

5. Retele locale. Punti (IEEE 802.1D)

5.1. Punti. WLAN. Transferul cadrelor

Imaginea de mai jos prezinta o retea WLAN extinsa, in care un comutator Ethernet interconecteaza doua retele WLAN de baza. M1, ... M6 sunt adrese MAC ale interfetelor.

M1

M3

M2

WLAN

Ethernet LAN

M4

M5

M6

AP1 AP2

C1

C2

C3 C4

WLAN

Explicati cum sunt transferate cadrele in scenariile listate mai jos, indicand: operatiile efectuate de dispozitivele implicate, tipul de cadru si adresele. Indicati ipotezele pe care le faceti asupra informatiilor obtinute de dispozitive in prealabil.

a). Statia C1 transmite un cadru cu adresa destinatie broadcast.

b). Statia C1 transmite un cadru catre statia C2.

c). Statia C1 transmite un cadru catre statia C3.

d). Statia C1 transmite un cadru catre statia C4.


6

5.2. Punti. STP. Invatare si dirijare. Transferul cadrelor.

Figura alaturata prezinta o retea locala cu punti (IEEE 802.1D). Pentru fiecare punte este specificat identificatorul sau, continutul curent al tabelului de adrese si costul asociat fiecarui port in STP.

a). Determinati arborele de acoperire calculat de STP pentru aceasta retea (radacina este B1). Pentru fiecare punte, indicati rolul fiecarui port si costul rutei minime catre radacina. Pentru cost egal alegeti puntea sau portul cu identificator mai mic.

b). Statia cu adresa A transmite un cadru catre statia cu adresa B. Indicati calea urmata de cadru prin retea. Specificati operatiile efectuate de fiecare punte in timpul transferului si continutul final al tabelelor de adrese.

Notatii: Identificatorii puntilor (Bridge ID) sunt B1 < B2 < ... < B5. C este costul portului. Statiile au adresele MAC A si B.

c). Statia cu adresa A se deplaseaza, deconectandu-se de la segmentul L2 si reconectandu-se la L1.

Statia B transmite un cadru catre adresa A. Explicati ce se intampla cu acest cadru. Indicati calea urmata de cadru prin retea. Specificati operatiile efectuate de fiecare punte.

Cum se rezolva problema aparuta?

d). Interfata care conecteaza puntea B5 la segmentul L2 se defecteaza.

Explicati ce se intampla: Care este efectul defectiunii, cum detecteaza puntile acest incident, si se reconfigureaza reteaua.

Indicatii/raspunsuri:

a). Arborele de acoperire initial.

b). Transmisia A-B.

c). Deplasarea statiei A si transmisia B-A. d). Reconfigurarea dupa defectarea legaturii B5-L2.


7

Apc Probleme 1st 2013

Documents

Transcript of Apc Probleme 1st 2013