Vernetzte Systeme. Übungsstunde Adrian Schüpbach 30. Juni 2006

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1 Vernetzte Systeme Übungsstunde Adrian Schüpbach 30. Juni 2006 Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

2 Letzte Serie! Letzte Serie! Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

3 Um was geht es? versenden von IP-Paketen mit Fragmentierung CRC als Prüfsumme Netzwerk und Link Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

4 Ziele sehen und verstehen, wie für ein bestimmtes Übertragungsmedium zu grosse IP-Pakete versendet werden wissen, wie die weit verbreitete Prüfsumme CRC berechnet wird, was ihre stärken und schwächen sind Slotted Aloha kennen lernen mal sehen, wie ein Byteblock in Pakete geparst werden kann Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

5 Übersicht 1 IPv4 und fragmentierung Einführung Besprechung Aufgabe 1 2 Cyclic Redundancy Check Einführung und Beispiel Besprechung Aufgabe 2 3 Slotted Aloha 4 Besprechung Aufgabe 4 Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

6 Fragmentierung von IPv4-Paketen Paketgrösse und MTU IP-Paket kann maximal 65535Bytes gross sein Längenfeld ist 16Bits gross in vielen Fällen lässt Netzwerk aber nicht so grosse Pakete zu Begrenzung heisst Maximum Transmission Unit (MTU) MTU ist für verschiedene Netzwerktypen unterschiedlich MTU für Ethernet: 1500Bytes Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

7 Fragmentierung von IPv4-Paketen MTU MTU für Netzwerk im System bekannt Router empfängt Paket muss es vor dem Weitersenden ev. fragmentieren, falls MTU des Sendenetzwerkes kleiner ist Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

8 Fragmentierung von IPv4-Paketen Fragmentieren IP-Paket hat Identifikationsfeld identifiziert IP-Paket jedes IP-Paket hat anderen Wert für Identifikationsfeld falls IP-Paket fragmentiert wird Identifikationsfeld wird in neues Fragment in den IP-Header kopiert somit klar, dass IP-Pakete mit gleichem Identifikationsfeld zum gleichen Paket gehören das MF-Bit (More Fragments) wird auf 1 gesetzt zeigt, dass ein weiteres Fragment kommen muss Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

9 Fragmentierung von IPv4-Paketen Zusammensetzen der Fragmente im Zielrechner müssen Fragmente zu einem IP-Paket zusammengesetzt werden d.h. v.a. Daten müssen zusammengesetzt werden Reihenfolge der Daten richtig (!= Reihenfolge der Pakete wie in TCP) IP-Daten der Fragmente haben ein gewisses Offset gegenüber dem Anfang der Daten im originalen IP-Paket dieses Offset steht in jedem IP-Header somit kann IP-Paket z.bsp. so zusammengestellt werden genügend grosse Puffer für alle IP-Daten des IP-Paketes Daten der ankommenden Fragmente in Puffer an Offset, das im IP-Header steht, kopieren Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

10 Aufgabe 1 a) Offet-Feld im IP-Header gibt Offet von 8Byte-Blöcken an, nicht von einzelnen Bytes wieso eigentlich? überlegen, ob es Zusammenhang mit anderen Feldern im IP-Header gibt wie gross ist Offset-Feld? wie kommt man mit diesen Infos ausgerechnet auf 8Byte-Blöcke? Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

11 Aufgabe 1 b) Nachricht von 1000Bytes soll mit UDP/IP verschickt werden Sender und Empfänger über zwei benachbarte Netze verbunden Netz 1 hat MTU 1024Bytes Netz 2 hat MTU 512Bytes UDP-Datagram hat Länge: 1000Bytes Daten + 8 Bytes Header = 1008Bytes IP-Header hat 20Bytes Länge über alles: = 1028Bytes Problem... Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

12 Aufgabe 1 b) Paket muss also fragmentiert werden muss in 8Byte-Blöcke aufgeteilt werden neues Fragment bekommt auch IP-Header! fragmentiert werden aber nur IP-Daten Länge über alles muss immer kleiner als MTU sein wieviele Pakete gibt es und wie gross sind sie? welcher Wert hat das Offset-Feld? wo wird MF gesetzt/gelöscht? Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

13 Aufgabe 1 b) Fragmente haben jetzt Grösse <= MTU des ersten Netzes kommen beim ersten Router an müssen über das zweite Netzwerk weitergeschickt werden MTU aber nur noch 512Bytes zu grosse Fragmente müssen nochmals fragmentiert werden... Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

14 Aufgabe 1 c) warum darf Netzwerkschicht UDP-Datagram nicht in verschiedene IP-Pakete aufteilen (statt zu fragmentieren)? was ist der Unterschied? wie würden mehrere IP-Pakete im Gegensatz zu Fragmenten eines IP-Paketes behandelt? wie würde UDP-Teil von verschiedenen eigenständigen IP-Paketen interpretiert werden? in b) anschauen und sich überlegen, was passiert Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

15 Cyclic Redundancy Check (CRC) Übertragungsfehler erkennen beim Übertragen von Daten können Fehler passieren Empfänger muss das Überprüfen können Lösung: Prüfsumme der Daten berechnen weit verbreitete Methode zur Berechnung der Prüfsumme: CRC Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

16 Cyclic Redundancy Check (CRC) Berechnung Prüfsummenberechnung entspricht schriftlicher Division (wie in Primarschule gelernt) Daten werden durch eine Zahl, die durch ein Generatorpolynom dargestellt wird, dividiert statt normaler Subtraktion, wird xor benützt Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

17 Cyclic Redundancy Check (CRC) Beispiel Daten: Generatorpolynom: x 4 + x + 1 = Division: An Daten 4 (höchster Exponent) 0Bits anhängen dieser Bitstring dividieren die 4 0Bits mit Rest der Division überschreiben :10010=10 usw xor xor usw Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

18 Aufgabe 2 a) Daten und Generatorpolynom gegeben übertragener Bitstring berechnen Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

19 Aufgabe 2 b) CRC erkennt nicht alle Fehler wenn richtige Änderungen an Bitstring bei der Übertragung passieren, werden sie nicht erkannt veränderter Bitstring gegeben kann dieser Fehler erkannt werden? CRC berechnen. Falls Rest==0 Daten sind korrekt, sonst: Daten sind fehlerhaft Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

20 Aufgabe 2 c) gibt es vielleicht eine bestimmte Struktur, die Veränderung des Bitstrings aufweisen muss, damit Fehler nicht erkannt wird? gut anschauen, was in Aufgabe b) passiert überlegen, welche Operation bei CRC wichtig ist Struktur versuchen herauszufinden Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

21 Slotted Aloha Slotted Aloha regelt Zugriff auf Netzwerk wichtig um Kollisionen zu vermeiden falls Kollision auf dem Netzwerkkabel Bits sind verändert ( addiert ) keine Station kann richtig senden niemand weiss genau, wann andere senden wollen Annahme: n stationen am Besten, wenn jede Station 1 n der Zeit sendet bei Kollision abbrechen zufällige Zeit warten nochmals versuachen Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

22 Aufgabe 3 a) Slotted Aloha für n gleiche Clients hier: Netzwerk mit Fileserver Fileserver von allen Clients benützt deshalb Sendewahrscheinlichkeit p s des Servers auf konstanten Wert setzen Gesucht: Optimale Sendewahrscheinlichkeit p für übrige n Clients Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

23 Aufgabe 3 a) Wahrscheinlichkeit, dass Server senden kann ist =...? Server kann nur senden, wenn kein Client sendet Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Client senden kann =...? bestimmter Client kann nur senden, falls kein anderer Client sendet und Server nicht sendet Wahrscheinlichkeit, dass irgendein Client erfolgreich senden kann = n Wahrscheinlichkeit, dass einer senden kann Optimieren der Sendewahrscheinlichkeit der Clients: Ableiten und nullsetzen kann mit Maple gemacht werden gibt Formel fürp Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

24 Aufgabe 3 b) effektiven Wert für p mit n = 10 und p s = 1 3 berechnen Werte in Formel aus a) einsetzen und berechnen optional: Wert für n = 10 und verschiedene andere p s berechnen und schauen, was passiert Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

25 Aufgabe 3 c) wie gross ist Wahrscheinlichkeit, dass irgendeine Station erfolgreich sendet? Formel aus a) nehmen und in Formel für Wahrscheinlichkeit, dass irgendeine Station sendet, einsetzen auflösen n = 10 und p s = 1 3 einsetzen und ausrechnen kann mit Maple gemacht werden Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

26 Aufgabe 3 d) die beiden Werte aus b) und c) mit den entsprechenden Werten der normalen Slotted Aloha vergleichen was ist besser? was ist ev. schlechter? Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

27 Aufgabe 3 e) Vergleich Slotted Aloha mit eine Reservationsverfahren in Reservationsverfahren ist Zeitfenster, in dem Station senden kann, reserviert wie hoch kann somit Kanalausnützung theoretisch sein? wie müssen die Zeitfenster reserviert werden, damit das aufgeht? dynamisch vs. statisch was würde statisch bedeuten (Anzahl Stationen, Reservierung, Ausnützung des Kanals)? Überlegungen anstellen und Slotted Aloha mit Reservierungsverfahren vergleichen Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

28 Aufgabe 4 a) Gegeben: Viele Bytes nicht irgendwelche Bytes, sondern Paket Ziel: Wissen, was in Paket steht einfachster Lösungsweg: Bei äusserstem Header beginnen Bedeutung des Headers genau aufschreiben Header wegnehmen und somit zum nächstinneren Header gehen z.bsp. Headeraufbau-Bild nehmen und Werte dort einsetzen Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

29 Aufgabe 4 a) Gegeben: Viele Bytes nicht irgendwelche Bytes, sondern Paket Ziel: Wissen, was in Paket steht einfachster Lösungsweg: Bei äusserstem Header beginnen Bedeutung des Headers genau aufschreiben Header wegnehmen und somit zum nächstinneren Header gehen z.bsp. Headeraufbau-Bild nehmen und Werte dort einsetzen Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

30 Aufgabe 4 a) Gegeben: Viele Bytes nicht irgendwelche Bytes, sondern Paket Ziel: Wissen, was in Paket steht einfachster Lösungsweg: Bei äusserstem Header beginnen Bedeutung des Headers genau aufschreiben Header wegnehmen und somit zum nächstinneren Header gehen z.bsp. Headeraufbau-Bild nehmen und Werte dort einsetzen Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

31 Aufgabe 4 a) Beispiel: Ganz aussen: 0xAA (7x): Preambel (Anfang des Frames) 0xAB: Start der Framedaten optional: wer ist Hersteller der beiden Netzwerkkarten? Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

32 Aufgabe 4 b) wie lange sind eigentliche Daten? Länge über alles bekannt Headerlängen bekannt Daten im Klartext? Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

33 Aufgabe 4 c) um welche Anwendung handelt es sich? warum? aus b) und aus wichtigerem Grund erkennbar (erratbar) ( was bestimmt Anwendung?) Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

34 Aufgabe 4 d) IP-Checksumme überprüfen IP-Checksumme: Das 16Bit-2er-Komplement der 2er-Komplementsumme aller 16Bit-Wörter im IP-Header konkret: Header in 16Bit-Wörter aufteilen 16Bit-Wörter addieren Übertrag auch addieren Ergebnis negieren Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33

35 Aufgabe 4 Beispiel CC C51 => Uebertrag: > dazuaddieren C52 Adrian Schüpbach (ETH Zürich) Vernetzte Systeme SS / 33