4 Paket- och kretskopplade nät Kommunikationssystem 2G1501 Syftet: Syftet med detta kapitel är att förstå egenskaperna hos, och skillnaderna mellan, de tre olika kopplade nätverkstyperna kretskopplade nätverk, virtuellt kretskopplade nätverk och datagramnätverk. Kunna definitionen för nätverkstyperna nämnda ovan. Om kretskopplade nätverk: Veta vad som menas med rumsväxlar ( Space-Division Switch ) och tidsväxlar ( Time-Division Switch ). Veta vad som menas med kostnad ( Least cost algorithms ). Veta varför, var och när dessa algoritmer används. (I några av övningarna används Dijkstras och Bellman-Fords algoritmer för att räkna ut minsta kostnaden. Det är bra att arbeta igenom dessa en gång, men det är inte nödvändigt att kunna dessa utantill!) Kunna beskriva vägvalsstrategierna: Fixed routing Flooding Random routing Adaptive routing Grundläggande kännedom om ISDN. B- och D-kanalen och deras egenskaper Basic service och Primary service Interface ATM Veta hur ATM implementerar virtuell kretskoppling (VPI, VCI) dessutom känna till ATM-paketstorleken och funktionen hos några av huvudets fält. 4.1 PAKETERING AV MEDDELANDE Antag att 3200 bitar nyttig information ska överföras och att överföringen ska ske med en maximal paketstorlek av 1024 bitar inklusive overhead. Visa med en figur hur uppdelningen i paket ser ut om man antar att overhead per paket eller meddelande är 16 bitar. sida 1 av 7
4.2 FÖRDRÖJNING I ETT KRETSKOPPLAT NÄT Följande parametrar är definierade för ett paket- eller kretskopplat nätverk: N: antal hopp mellan två givna stationer L: meddelandelängd i bitar B: datahastighet i bit/s för alla länkar P: paketstorlek i bitar (fix paketstorlek) H: overhead i bitar per paket eller meddelande S: uppkopplingstid (för kretskopplat eller virtuellt kretskopplat nät) i sekunder T pr =D: propageringsfördröjning per hopp (i sekunder) a) Beräkna fördröjningen från sändare till mottagare när kretskopplat, virtuellt kretskopplat nät används samt när datagramnät används. Antag att det inte blir någon fördröjning i noderna. Parametrarnas värden är N =4,L = 3200 bitar, B = 9600 bit/s, P = 1024 bitar, H = 16 bitar, S = 0,2 s och T pr = 0,001 s. Förutsätt att metoden Store-and-Forward används. b) Härled generella uttryck för de olika teknikerna, jämför dessa två i taget och visa under vilka villkor fördröjningen är lika stor. c) I uppgift a) och b) så har fördröjningen i noderna försummats. Hur påverkar det resultatet? 4.3 HUR GÖR MAN MED STORA PAKET Använd samma parametrar som i uppgift 4.2. Antag att L är mycket större än P och att T pr =D är noll. Vilket värde på P som funktion av N, B och H ger en minimal fördröjning i ett datagramnät? 4.4 ROUTING TABELL Ge exempel på olika metoder att uppskatta den kostnad som används vid beräkning av innehåll i routingtabeller. sida 2 av 7
4.5 ROUTING-ALGORITMER - ROUTING-TABELL a) Använd Dijkstras algoritm för att bestämma den billigaste vägen till alla andra noder för noderna 2 till och med 6 i figuren nedan. Visa resultatet i en tabell. 4.6 ROUTING-STRATEGIER Beskriv kortfattat, samt ge en fördel och en nackdel med följande routing-strategier: a) Fixed routing b) Flooding c) Random routing d) Adaptive routing 4.7 ADRESSERING Förklara grundligt hur adressering (vid uppkopplings- och dataöverföringsfas) på nätverksnivå hanteras i följande tre fall: a) Datagramnät b) Virtuellt kretskopplat nät c) Kretskopplat nät 4.8 JÄMFÖRESLE MELLAN OLIKA KOPPLINGSMETODER Ange en fördel med kretskopplade nät jämfört med datagramnät och en (och endast en) fördel med datagramnät jämfört med kretskopplade nät. sida 3 av 7
4.9 PAKET RESP. KRETSKOPPLING Betrakta två noder (N 1 och N 5 ) förbundna via tre noder (N 2, N 3 och N 4 ) i ett nätverk (se figur nedan). Nätet kan vara antingen av typen datagramnät eller virtuellt kretskopplat nät. Följande parametrar är definierade: L: meddelandelängd i antal bit B: datahastighet i bit/sekund för alla länkar P: paketstorlek i bit (fix paketstorlek) H: overhead i bit per paket S: uppkopplingstid för virtuellt kretskopplat nät i sekunder T pr : propageringsfördröjning per länk i sekunder N DG : nodfördröjning för datagramnät N VC : nodfördröjning för virtuellt kretskopplat nät Nodfördröjningar (N DG och N VC ) omfattar all fördröjning för vägval (routing) och felkontroll, etc. Antag att dessa funktioner inte kan överlappas med transmissionen av det föregående paketet. Antag att B=10 Mbit/s, P=1000 bit, H=60 bit, S=0,2 s, T pr =1 ms, N DG =1 ms, N VC =0,1 ms. a) Härled ett uttryck för totala fördröjningen från N 1 till N 5 (tid från det att N 1 börjar sända ett meddelande tills dess att N 5 har tagit emot hela meddelandet) för fallen datagramnät och virtuellt kopplat nät. b) Beräkna totala fördröjningen för ett meddelande om 3000 bit i fallen datagramnät och virtuellt kopplat nät. c) Vid vilken meddelandelängd (uttryckt i antal paket) är virtuell kretskoppling att föredra framför datagramnät? sida 4 av 7
4.10 Routing i kretskopplat nät Figuren nedan visar en del av ett kretskopplat nät där noderna är hopkopplade med (full duplex) synkrona TDM-länkar. På varje länk är kapaciteten uppdelad i fyra tidsluckor. Tillstånd i växlarna (mappning av inport:tidslucka->utport:tidslucka) a) Vem är A kopplad till? b) Sätt upp en kanal mellan B och D. c) Behöver man skicka med adressinformation i dataöverföringsfasen? 4.11 Routing för virtuell koppling Låt nätet i övning 4.10 vara ett virtuellt kretskopplat nät istället för ett kretskopplat nät (statistisk TDM istället för synkron TDM). a) I virtuell kretskoppling delas tiden inte in i fasta tidsluckor. Mappningstabellen ser likadan ut, men istället för att beskriva fasta tidsluckor på inporten och utporten så beskriver den något annat. Vad beskriver den? b) Behöver man skicka med någon adressinformation i dataöverföringsfasen? sida 5 av 7
4.12 ISDN - BASIC SERVICE / PRIMARY SERVICE Beskriv ISDN:s basic service och primary service. 4.13 ATM - ROUTING Visa hur byte av VCI/VPI går till över en switch i ATM. 4.14 ATM - DELAY Hur lång fördröjning har man vid segmentering av telefonsamtal vid användande av ATM? 4.15 ATM - PAYLOAD Hur stor del av en ATM länks totala bandbredd konsumeras av ATM cell huvud? 4.16 Fördröjningsvariation av ATM Beräkna minimal och maximal fördröjning över nätverket i följande överföring: CCITT H.261-kodad video med p =8(data skickas med hastighet = 8*64 kb/s = 512 kb/s) skickas över en rutt med tre STM-1 (155 Mb/s) nätverkslänkar. Anslutningen hos både sändaren och mottagaren består av förhyrda förbindelser med hastigheten 2 Mbit/s. Anslutningar till och från nätet sker via koncentratorer. Dessa och växlarna har köer som har plats för 20 ATM celler per utgång. Antag att AAL-1 används och bortse från fördröjning på grund av bearbetning och SDH:s kontrollinformation. Rutten är 80 km lång och utbrednings-hastigheten i ledningarna är 2*10 8 m/s. Hur stor buffert behövs hos mottagaren för att absorbera fördröjningsvariationerna? sida 6 av 7
4.17 Kapacitetsberäkning Antag att ett telefonsamtal kräver en överföringskapacitet på 64 kbit/s och att det finns 5 783 000 telefonabonnemang i Sverige. a) Gör en uppskattning av den totala informationsöverföringshastigheten, uttryckt i bitar per sekund, för hela Sverige under den bråda timmen, när varje telefon genererar en trafik på 0,2 Erlang. b) Gör en uppskattning av den totala informationsöverföringshastigheten, uttryckt i bitar per sekund, för hela Sverige om bildtelefon används. Antag att det krävs en överföringskapacitet på 1,5 Mbit/s för konferenskvalitet och 100 Mbit/s för högkvalitativ överföring. c) Hur många fibrer skulle teoretiskt behövas för hela Sverige om varje fiber har en praktisk överföringskapacitet på 2,5 Gbit/s? sida 7 av 7