Informations- und Kommunikationssysteme

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1 Informations- und Kommunikationssysteme Übungsaufgaben 2. Teil 1 Aufgabe 1 Es sei gegeben, dass eine Datei mit F Bit über einen Pfad, der über Q Links durch das Netzwerk führt, gesendet wird. Das Netzwerk ist nur leicht ausgelastet, so dass keine Warteschlangenverzögerungen in den Knoten entstehen. Wenn eine Form der Paketvermittlung angewandt wird, werden die F Bit in M Pakete aufgeteilt und jedes Paket umfasst L Bit. Die Ausbreitungsverzögerung ist verschwindend gering. Die Bitrate R sei auf allen Leitungen gleich groß. a) Gehen Sie zunächst von der Verwendung der Nachrichtenvermittlung aus (d. h., zur Nachricht werden h Bits hinzugefügt und die Nachricht wird nicht segmentiert). Wie lange dauert die Übertragung der Datei von der Quelle zum Ziel? b) Das Netzwerk ist nun realistischer: Es ist paketvermittelt und nutzt virtuelle Kanäle (VCs). Die VC-Einrichtzeit beträgt t s Sekunden. Die sendenden Schichten fügen einen Header mit insgesamt h Bit an jedes Paket an. Wie lange dauert die Dateiübertragung? c) Es sei gegeben, dass das Netzwerk paketvermittelt ist, Datagramme verwendet und einen verbindungslosen Dienst nutzt. Jedes Paket hat einen Header von 2h Bit. Wie lange dauert jetzt die Übertragung der Datei? d) Es sei nun gegeben, dass es sich um ein leitungsvermitteltes Netzwerk handelt. Die Einrichtzeit ist t s. An die ganze Datei wird ein Header mit h Bit angehängt. Wie lange dauert in diesem Fall die Übertragung der Datei? 2

2 Aufgabe 2 Die Signalausbreitungsgeschwindigkeit v in Leitungen sei mit 2/3 der Lichtgeschwindigkeit c= km/s gegeben. Welche Ausdehnung hat dann ein Bit auf a) einem ISDN-B-Kanal mit einer Datenrate von 64 kbit/s? b) einem Ethernet-Kabel mit einer Datenrate von 10 Mbit/s? c) Einem Lichtleitkabel der SDH mit einer Datenrate von 155Mbit/s? 3 Aufgabe 3 Betrachten Sie zwei Hosts - Host A und B-, die über eine einzige Verbindungsleitung mit einer Rate von R bit/s verbunden sind. Die beiden Hosts sind m Meter voneinander entfernt; die Ausbreitungsgeschwindigkeit auf der Verbindungsleitung beträgt v Meter/Sekunde. Host A sendet ein Paket mit einer Größe von L Bit an Host B. a) Drücken Sie die Ausbreitungsverzögerung d prop in Bezug zu m und v aus. b) Ermitteln Sie die Übertragungsverzögerung des Pakets, d trans in Bezug zu L und R. c) Ignorieren Sie die Verarbeitungs- und Warteschlangenverzögerungen und erarbeiten Sie einen Ausdruck für die Ende-zu-Ende-Verzögerung. d) Wo ist das letzte Bit des Pakets zum Zeitpunkt t = d trans, wenn Host A mit der Übertragung des Pakets zum Zeitpunkt t = 0 beginnt? e) Angenommen, d prop ist größer als d trans. Wo ist das erste Bit des Pakets zum Zeitpunkt t = d trans? f) Angenommen, d prop ist kleiner als d trans. Wo ist das erste Bit des Pakets zum Zeitpunkt t = d trans? g) Angenommen, v = 2, m/s, L = 100 Bit und R = 28 Kbps. Ermitteln Sie die Entfernung m, so dass d prop gleich d trans ist. 4

3 Aufgabe 4 Es soll Sprache (z. B. Internet-Telefonie) von Host A zu Host B über ein paketvermitteltes Netzwerk übertragen werden. Host A konvertiert analoge Sprache während der Übertragung in einen digitalen 64-Kbps- Bitstrom. Dann gruppiert er die Bits in 48-Byte-Pakete. Zwischen Host A und B gibt es eine Verbindungsleitung mit einer Übertragungsrate von 1 Mbps und einer Ausbreitungsverzögerung von 2 ms. Sobald Host A ein Paket fertig hat, sendet er es an Host B. Sobald Host B ein ganzes Paket empfängt, konvertiert er die Paketbits in ein analoges Signal. Wie viel Zeit verstreicht von dem Zeitpunkt, an dem (aus dem Originalanalogsignal in A) ein Bit erzeugt wird, und dem Zeitpunkt, an dem es (als Teil des Analogsignals in B) dekodiert wird? 5 Aufgabe 5 Angenommen, Sie klicken in Ihrem Web-Browser auf einen Link, um eine Web-Seite anzuzeigen. Wir nehmen weiter an, dass die IP-Adresse für die betreffende URL im Cache Ihres lokalen Hosts gespeichert ist, so dass keine DNS-Suche erforderlich ist, um die IP-Adresse zu erhalten, und die HTML Datei drei sehr kleine Bilder auf dem gleichen Server indiziert. Bekannt sei die RTT zwischen dem lokalen Host und dem Server. Ignorieren Sie die Übertragungszeiten für die HTML-Seite und die Objekte. Wie viel Zeit verstreicht von dem Moment an, in dem im Browser auf den Link geklickt wird, bis der Client alle Objekte empfangen hat, bei a) HTTP ohne Pipelining und ohne parallele TCP-Verbindungen, b) HTTP ohne Pipelining und aber mit parallelen Verbindungen, und c) HTTP mit Pipelining über eine TCP-Verbindung? 6

4 Aufgabe 6 Client A baut eine TCP-Verbindung zu Server B auf, um eine Datei anzufordern, die in 5 Segmenten übertragen wird. Die Übertragungszeit eines Datensegments dauert 2 Zeiteinheiten. Die Round Trip Rime RTT hat ebenfalls einen Wert von 2 Zeiteinheiten. a) Wie viel Zeiteinheiten werden für die gesamte Übertragung unter Berücksichtigung des Slow Starts benötigt (Slow Start beginnend mit Congestion Window = 1 MSS [Maximum Segment Size]), wenn kein Verlust durch Stau auftritt und Client A alle Pakete entgegennimmt. Bei der Berechnung sollen nur RTT und Übertragungszeiten für die Datensegmente berücksichtigt werden. b) Wie groß ist die Auslastung dieser Verbindung (Übertragungszeit für Datensegmente / Gesamtdauer der Kommunikation beim Client) für das Zeitintervall vom Aufbau der Verbindung bis zu dem Zeitpunkt, wo der Client alle Segmente erhalten hat? 7 Aufgabe 7 Rechner A startet eine TCP-Verbindung zu Rechner B und überträgt eine sehr große Datei. Das Überlastfenster (Congestion Window) startet mit dem Wert 1 MSS und einem Schwellwert (Threshold) von 8 MSS. Der Empfänger B hat einen hinreichend großen Empfangspuffer und ist immer in der Lage, die gesendeten Pakete entgegen zu nehmen. Zeichnen Sie den Verlauf des Congestion Windows in Abhängigkeit von der Anzahl der Window- Übertragungszyklen auf, wenn bei Congestion Window = 10 MSS ein Datenverlust entsteht. Die Aufzeichnung soll bis zum 10. Übertragungszyklus dargestellt werden. 8

5 Aufgabe 10 Berechnen Sie die 16-Bit One's Complement Sum (Prüfsumme bei IP, UDP, TCP) für die folgende Bitfolge: Aufgabe 8 Ein Router hat in der Forwarding-Tabelle folgende Einträge: Netzwerk Link Interface / / /21 3 Auf welchem Interface wird er die Pakete mit den Zieladressen , , , weiterleiten? 10

6 Aufgabe 9 Die einem Unternehmen zugewiesene klassenlose Netzadresse lautet /18. Vom Netzadministrator sollen 32 Subnetze (Zählung der Subnetze mit 0 beginnend, d.h. Subnetz Nr. 0, 1,...,31) eingerichtet werden. a) Geben Sie die erste und die letzte Hostadresse für Subnetz Nr. 3 an. b) Geben Sie die Anzahl der zu vergebenden IP-Hostadressen pro Subnetz an. c) Geben Sie die Subnetzmaske an. d) In welche Subnetze werden die Pakete mit folgenden Zieladressen bzw geroutet? Achtung, es liegt kein Schreibfehler bei den Zieladressen vor! Geben Sie alle Adressen und Masken in dezimaler Punktschreibweise an! 11 Aufgabe 11 Der Router D erhält von seinen Nachbarn (B,C,E) die gezeigten Distanzvektoren. Ermitteln Sie die Forwarding Table für D mit Zielrouter, nexthop und minimaler Distanz (die Pfadkosten von D zu seinen Nachbarn entnehmen Sie bitte der Grafik). B C E A B C F G D 4 B D E F E 1 1 C A G

7 Aufgabe 12 Bestimmen Sie mit dem Dijkstra-Algorithmus die kürzesten Routen vom Knoten H zu allen anderen Netzknoten. Verwenden Sie hierzu die in der Vorlesung gezeigte Notation. Zeichnen Sie den Routingbaum. 13 Aufgabe 13 Ein Sender möchte folgende Sendedaten M = übertragen. Zur Datensicherung verwendet er ein durch das Protokoll vorgegebenes Generator-Polynom G(x) = x 4 +x+1. a) Berechnen Sie die zu übertragende Bitfolge T (Daten und CRC)! b) Welche Berechnung führt der Empfänger aus, wenn kein Übertragungsfehler auftrat? c) Kann der Empfänger sicher sein, dass die Übertragung fehlerfrei war, wenn die Polynomdivision den Rest 0 ergibt? 14

8 Aufgabe 14 CSMA/CD-Zugriffsverfahren (Ethernet): a) Was bedeutet CSMA/CD? Welche Konzepte stecken dahinter? b) Gegeben ist ein Ethernetkabel mit N angeschlossenen Rechnern. Die größte Distanz zwischen den am Kabel angeschlossenen Rechnern beträgt d Meter. Wie groß ist in diesem Netz das Kollisionsintervall, wenn die Signalausbreitungsgeschwindigkeit v s beträgt? c) Zwischen den zwei entferntesten Stationen eines 10 Mbit/s Ethernets befinden sich 500m Kabel. Wie groß muss die Länge eines Datenframes (gemessen in Bytes) dann mindestens sein, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektrischen Signals 2 x 10 8 m/s beträgt? d) Welche physische und logische Topologie verwendet man beim 10BaseT? e) Ist CSMA/CD ein deterministisches oder ein stochastisches Zugriffsverfahren? 15 Zwei Rechner sind über einen Link verbunden. Die Kommunikation erfolgt mit Daten-Paketen gleicher Länge. Die Länge der Acknowledgement-Pakete kann bei den weiteren Betrachtungen vernachlässigt werden. Es wurde festgestellt, dass 11 Pakete mit einer Paketdauer zu je 7 * 10-6 s genau auf den Link passen, d.h. wenn das letzte Bit des 11. Pakets den Sender gerade verlassen hat, kommt das erste Bit des 1. Pakets beim Empfänger an. Wie groß ist die Verzögerungszeit d prop auf dem Link? Wie groß ist die Round Trip Time (RTT)? Wieviel Zeit vergeht vom Senden des ersten Bits bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Empfänger die erste Quittung senden kann? Wie viele Pakete müssen ohne Acknowledge gesendet werden, damit das Acknowledge für das erste Paket noch ankommt, bevor alle Pakete gesendet sind? 16