6. Blandade uppgifter

Transkript

1 6. Blandade uppgifter 1. En digital TV-signal skall överföras på en analog kanal. TV-källan sänder bilder i form av en matris på 480x500 bildelement (pixels) med 32 olika intensitetsnivåer och med bildfrekvensen 30 bilder per sekund. a) Bestäm datahastigheten för TV-signalen. b) Hur många analoga telefonkanaler (med 3.1kHz bandbredd) behöver man för att kunna överföra denna signal binärt? c) Antag att vid mottagaren är signalbrusförhållandet (S/N) db 35 db (termiskt brus). Vilken bandbredd hos en analog kanal krävs för att klara överföring av data från TV-källan. d) Hur många olika signalelement (minimum) behövs för at skicka TV-signalen genom kanalen c)? 2. En voice analog signal ska sändas digitalt. För att utföra A/D-omvandling behöver man sampla signalen var 125:e µs (enl. samplingsteoremet). Hur många bit/s sänder man när man använder: a) Deltamodulering. b) DPCM (Differential Pulse Code Modulation) där varje skillnad mellan samplen är uttryckt m h a 4-bitars dataord. 3. I en fiberlänk ingår: - En laserdiod (LD) med uteffekten 250 µw (våglängden 1.5 µm). - En detektor (pin-diod) med känsligheten 45 dbm. - Två kontaktdon med förluster på 1.5 db i vardera. - Tio skarvar med förluster på 0.15 db. - Optisk fiber med förluster på 0.3 db/km för 1.5 µm Inkopplingsförluster till sändaren och mottagaren är 5 db resp. 2.5 db. Man kräver en effektmarginal på 5 db. a) Bestäm det maximala avståndet mellan två regeneratorer (optiska repeterare). b) Avståndet mellan station A och B är 4000 km. Stop-and-wait ARQ (Automatic Repeat Request) används. Anta att utbredningshastigheten är 2*10 8 m/s och länkkapaciteten är 100 Mb/s. Vad är utnyttjandegraden vid paketlängden 1000 bytes? c) Antag att tre bitar används för sekvensnumrering. Vad blir fönsterstorleken för: - Go-back-N ARQ? - Selective Reject ARQ? - Sliding Window flödesreglering? d) Antag att CRC (Cyclic Redundancy Check) används för detektering av bitfel. Mottagaren upptäcker bitfel i fall (välj ett alternativ) - En sekvens av nollor har detekterats. - En sekvens av ettor har detekterats. - En alternerande sekvens av nollor och ettor har detekterats. - Inget av ovanstående alternativ. 1

2 4. Betrakta följande väg genom Internet över olika fysiska länkar med olika MTU (maximum transfer unit) storlekar: MTU1 MTU2 MTU3 MTU4 A B C D E MTU-värdena på de olika länkarna är: MTU1 = 1500 bytes MTU2 = 1492 bytes MTU3 = 296 bytes MTU4 = 1500 bytes. a) Antag att fragmentering är tillåten, "reassembly" sker hos mottagaren och att IP-huvudet är 20 byte lång. Hur många fragment kommer till mottagaren om sändaren skickar ett IPpaket med en storlek på 1500 bytes (inklusive header). Visa dina beräkningar. b) Vid vilka noder kommer fragmentering att ske? c) Hur många fragment skulle komma till mottagaren om "reassembly" gjordes i varje router? Nämn två nackdelar med denna lösning. d) Förklara kortfattat varför fragmentering och "reassembly" är nödvändiga på IP-nivå. Varför kan inte alla MTU-storlekar vara lika? 5. a) Betrakta en Ethernet-buss med överföringskapacitet 10 Mbit/s och minimal paketstorlek 50 bytes. Beräkna den maximala längden på bussen som CSMA/CD tillåter i detta fall. (Antag att signalens utbredningshastighet är 2*10 8 m/s). b) Antag nu att man vill koppla ihop två Ethernet-segment med en repeater. Signalerna fördröjs med 0.01 ms (i varje riktning). Antag att längden på de två segmenten måste vara lika. Vad är den maximala segmentlängden i detta fall? c) Antag att du kopplar ihop två Ethernet-segment med en brygga. Bryggan introducerar en fördröjning på 0.1 ms. Vad är den maximala segmentlängden i detta fall? 6. Betrakta en FDDI-länk med en lysdiod som ljuskälla (för 1300nm som är standard för FDDI). Avståndet mellan stationerna kan inte överstiga 10 km. Den lägsta uteffekten från denna lysdiod är 17 dbm. Mottagarkänsligheten (för BER=10-12 ) är 41dBm. Mellan sändare och mottagare ligger två bybass switchar med förluster på 2.5 db i varje växel och två med förluster på 0.5 db i varje anslutning. Enligt standarden skall man räkna med ytterligare 2 db förluster för varje länk ev degradering av komponenter. Mellan sändare och mottagare ligger en multimodfiber med dämpning på 1 db/km. a) Hur stor är effektmarginalen? b) Hur mycket längre avstånd mellan stationerna kunde man tillåta med tanke på effektbudget om man inte behövde ha någon effektmarginal? c) Finns det andra begränsningar än effektbudget som inte tillåter ökning av avståndet mellan stationerna? Ge ett exempel. 2

3 7. SENDER RECEIVER SENDER RECEIVER SYN, SN =i SYN SYN, SN=j, AN=i SYN DATA, SN=i DATA, SN=i+1, AN=j a. Two-Way Handshake b. Three-Way Handshake I figuren ovan visas förenklade uppkopplingsscenarion. Förklara den grundläggande orsaken att använda trevägs handskakning för att koppla upp en TCP förbindelse istället för tvåvägs handskakning. (Ledtråd: titta på var det finns sekvensnummer och kvittenser). 8. Figuren nedan visar ett datagramnät. N1-N7 är nätverk, R1-R7 är routrar och siffrorna 0-9 anger kostnaden för att använda en länk från en router till ett nätverk eller till en annan router. Kostnaden för att använda en länk från ett nätverk till en router är 0, och kostnaden för att använda länkar inom ett nätverk är också noll. Antag att routrarna använder någon sorts algoritm för att beräkna den kortaste (billigaste) vägen till varje annat nätverk, att nätet har varit i gång tillräckligt länge för routrarna att ha fullständig kunskap om topologin och att ingen router använder default-vägval. a) Angevägvalstabellen för router R3 med de givna förutsättningarna. b) Av någon anledning ändras länkkostnaden mellan R3 och N3 till 3, och länkkostnaden från R4 till R5 ändras till 7. Vilka poster i R3:s vägvalstabell ändras och vad blir de nya next hop och kostnaderna i vägvalstabellen. Här antar vi att vägvalstabellerna är stabila efter ändringen av länkkostnaderna. 3

4 9. Svara på följande frågor. a) För att digitalisera analoga signaler kan man använda: AMI kodning PCM modulering ASK modulering QPSK modulering DPCM modulering DM modulering b) Av vilka skäl (bitsynkronisering, minskning av likspänningskomponenten eller minskning av bandbreddsbehovet) använder man följande koder: NRZ (Nonreturn to Zero) AMI (Alternate Mark Inversion) Manchester RZ (Return to Zero) HDB3 (High-Density Bipolar 3 zeros) c) En länkbudget gör man för att bestämma: Avståndet mellan sändare och mottagare Kapaciteten Priset för ett telefonsamtal Överföringskvaliteten på länken Antalet förstärkare mellan stationerna Den minsta mottagarkänsligheten Den minsta uteffekten från sändare 10. Man vill skicka en binärfil via e-post. Ange de olika protokoll som är inblandade i överföringen för hela TCP/IP-stacken (ner till och med medium access-nivån) och hur de är relaterade. Antag att en Ethernet-anslutning används. Svara genom att rita en figur med de olika protokollen. 11. a) Vad gör en dator (host) när den tar emot ett IP-paket med TTL=1? TTL=2? b) Vad gör en router när den tar emot ett IP-paket med TTL=1? TTL=2? 12. Antag att ett TCP-meddelande som innehåller 1500 byte data och 20 byte TCP-huvud lämnas till IP för att skickas över två nätverk inom Internet (dvs från en dator på ett nätverk via en router till en dator på ett annat nätverk). Det första nätverket använder 14-byte huvud och har en MTU (Maximum Transfer Unit) på 1024 byte, det andra använder 8-byte huvud och har en MTU på 512 byte. MTU för nätverken anger den totala paketstorleken som kan 4

5 skickas, inklusive huvud för det specifika nätet. Storleken på en IP-huvud är 20 byte. Visa schematiskt i en figur (med huvud i rätt ordning och med rätt storlekar samt med total paketstorlek) paketen som tas emot av nätverkslagret hos mottagardatorn. Vad är utnyttjandegraden för det andra nätverket (andelen nyttodata av den totala mängden data som skickas över det andra nätverket)? 13. a) Varför är det för IP i allmänhet nödvändigt att ha en adress per nätanslutning, istället för att bara ha en adress per dator? b) Varför utförs "IP reassembly" hos mottagaren istället för i routrarna? 14. Figuren nedan visar ett LAN med två bryggor och en repeterare. Besvara följande frågor: a) Hur många kollisionsdomäner finns det i nätverket? b) Vad gör repeteraren R1 om den känner att en av ingångarna är aktiv (t.ex om station (a) på nät Z sänder data till station (b) på samma segment)? c) Vilken sorts adress (IP-adress, UDP/TCP-portnummer eller MAC-adress) använder en brygga när den förmedlar paket? 15. I denna uppgift kommer du att jämföra kretskoppling och paketkoppling. Antag att: Antal noder mellan sändare och mottagare är 4 Mängden information som ska överföras från sändare till mottagare är bitar Datahastigheten på alla länkar är 9600 bit/s. I det paketförmedlade fallet skickar sändaren information i paket med fast storlek à 1024 bitar. Huvudet i varje paket består av 16 bitar. Uppkopplingstiden är 0.2 sekunder. Beräkningsfördröjningen i varje steg är sekunder. Inga kvittenser skickas. Propageringstiden kan försummas. 5

6 a.) Rita figurer som förklarar principen för kretskopplad och paketförmedlad kommunikation. b.) Använd data ovan för att beräkna tiden som behövs för att överföra informationen (HELA blocket) från sändare till mottagare i båda fallen. 16. Betrakta en länk med längden d km, utbredningshastigheten v m/s och överföringskapaciteten C bit/s. Ramar med längden L byte ska överföras. a) Vad är den maximala utnyttjandegraden om flödesreglering enligt Stop & Wait används? b) Vad är den maximala utnyttjandegraden om Go-Back-N med fönsterstorlek 8 används? c) Beräkna utnyttjandegraden för Stop & Wait respektive Go-Back-N om d = 20 km, v = 2*10^8 m/s, C = 2 Mbit/s och L = 100 bytes. 17. a) Ange de två funktioner som transportprotokoll kan erbjuda applikationer i TCP/IPstacken. Förklara varför dessa funktioner krävs. Erbjuder TCP och UDP dessa funktioner? b) TCP använder flödesreglering och stockningsreglering för att uppnå tillförlitlig överföring av data mellan slutanvändare. Förklara syftet med de båda. c) Förklara kortfattat vad adaptiv omsändning är. d) Svara med sant eller falskt: A. UDP är ett förbindelselöst protokoll. B. IP är ett förbindelseorienterat protokoll. C. TCP är ett förbindelselöst protokoll. D. TCP är ett punkt till punkt protokoll. 18. a) Beräkna den maximala utnyttjandegraden i ett Token Ring LAN med följande parametrar: länkkapacitet 10Mbit/s, antal noder 10 avstånd mellan två intilliggande noder 200 m, signalens utbredningshastighet 2*10 8 m/s, paketstorlek 500 byte. b) Antag att samma MAC-protokoll skall användas i ett fiberoptiskt stadsnät med följande parametrar: 100 Mbit/s, 10, avstånd mellan två intilliggande noder 2000 m, signalens utbredningshastighet 2*10 8 m/s, paketstorlek 500 bytes. Vad är den maximala utnyttjandegraden i detta fall? c) Hur kan FDDI-protokollet (Fiber Distributed Data Interface) öka utnyttjandegraden i det andra fallet? 19. Växlade långdistansnät kan använda tekniker som kretskoppling (circuit switching CS), datagram paketväxling (DG) och virtuellt kretskopplad paketväxling (VCS). a) Betrakta följande påstående. Är det sant eller falskt? Förklara kortfattat varför. Om DG används så förekommer ingen uppkopplingsfas före transmissionen, som en konsekvens går informationsöverföringen alltid fortare om DG används än om CS används. 6

7 b) Betrakta följande påstående. Är det sant eller falskt? Förklara kortfattat varför. "VCS är bättre lämpat för interaktiv tal- och videoöverföring än DG. c) Betrakta följande påstående. Är det sant eller falskt? Förklara kortfattat varför. "DG reagerar på stockningar (congestion) på en länk i nätverket på ett flexiblare sätt än VCS. 20. Betrakta nätverket i figuren. Bestäm vägarna med lägst kostnad för alla noder med hjälp av Dijkstras algoritm. Redovisa stegen i algoritmen. Definiera vägvalstabellerna vid noderna. (Antag att länkarna är bidirektionella och att kostnaden är samma i båda riktningarna). a b c 1 d 21. a) En partvinnad kabel har en dämpning av 25 db och en bandbredd av 0.5 MHz. En sändare och en mottagare är anslutna till var sin ända av kabeln. Sändaren skickar in en signal med effekten 0.2 W in i kabeln. Effekten i bruset vid ingången till mottagaren är 0.2 µw. Beräkna signalbrusförhållandet vid ingången till mottagaren. Svara i db. b) Antag att signalbrusförhållandet vid ingången till mottagaren är 511. Vad är systemets maximala kapacitet? (Anta bara termiskt brus). c) Hur mycket blir den teoretiskt maximala kapaciteten i ett brusfritt system? d) Antag att modulationstakten är 50 kbaud och att 4 modulationsnivåer används. Vad blir då datatakten? 22. Betrakta nätverksarkitekturen i figuren. Antag att stationerna S och D ska kommunicera med hjälp av TCP/IP. Ethernet Ethernet FDDI S A B D 7

8 a) Vilken typ av nätverksutrustning (dvs, brygga eller router) bör användas som enhet A respektive enhet B? Föklara kortfattat varför. b) Definera protokollstackarna som måste implementeras i de olika noderna (dvs, datorerna S och D samt enheterna A och B.) c) Antag att dator S ska sända ett meddelande till dator D. Betrakta följande två typer av adressuppslagning: i) det symboliska namnet för dator D -> IP-adressen för dator D. ii) IP-adressen för dator D -> MAC-adressen för dator D. Vilken av noderna måste utföra (i) respektive (ii) och hur? d) Antag att det finns ett bitfel i huvudet i IP-paketet som skickas från S. Vilken nod upptäcker felet och hur reagerar den? e) Antag att det finns ett bitfel i datafältet i TCP-ramen som skickas från S. Vilken av noderna upptäcker felet och hur reagerar den? 8