ÜBUNGEN ZUR VORLESUNG PERFORMANCE VON KOMMUNIKATIONSSYSTEMEN

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1 ÜBUNGEN ZUR VORLESUNG PERFORMANCE VON KOMMUNIKATIONSSYSTEMEN UND NETZEN Sommersemester 2008 Übungsleiter: Dipl.-Ing. Maik Debes 1. PROTOKOLLMECHANISMEN UND IHRE UMSETZUNG IN TCP Abbildung 1 zeigt den TCP-Paketkopf. ABBILDUNG 1: DER TCP-PAKETKOPF Welche Protokollmechanismen sind in TCP realisiert? Wie hängen diese jeweils mit der Quality of Service zusammen, die TCP erbringen kann. Wie spiegeln sich diese im TCP-Protokollkopf wider? 2. FLUSSSTEUERUNG Gegeben sei das in Abbildung 2 dargestellte Kommunikationsnetz. Sender und Empfänger arbeiten bis zur Schicht 7 des ISO/OSI-Referenzmodells, die drei anderen Netzkomponenten bis zur Schicht 3. ~ 1 ~

2 ABBILDUNG 2: KOMMUNIKATION ÜBER SATELLITEN Folgende Rahmenbedingungen sollen gelten: Die Transportschichtinstanz beim Sender möchte 5,5 Kbyte Nutzdaten an den Empfänger schicken. Die Vermittlungsschichtinstanz muss die Daten segmentieren, da die Sicherungsschicht nur genau 2 Kbyte Daten der Vermittlungsschicht je Rahmen transportieren kann. Der Overhead, den die Vermittlungsschicht als Protokollkontrollinformation in ihre PDU packt, beträgt 200 byte. Die Sicherungsschicht arbeitet durchweg mit dem Stop-and-Go-Verfahren, d. h. eine Sicherungsschichtinstanz muss nach dem Absenden eines Rahmens darauf warten, dass dieser von der Gegenstelle quittiert wird. Die Übertragungsdauern in der Abbildung beziehen sich auf die Sicherungsschicht und geben an, wie lange es dauert, bis der Rahmen komplett bei der jeweils empfangenden Sicherungsschichtinstanz angekommen ist. Sie gelten in beide Richtungen und sind konstant, da die Länge der Rahmen als fix angenommen wird. Der Einfachheit halber gehen wir davon aus, dass die Arbeitszeit in den einzelnen Knoten nicht berücksichtigt werden muss. Wie lange dauert es dann, bis die angesprochenen 5,5 Kbyte komplett beim Empfänger angekommen sind? [Hinweis: Versuchen Sie, den Ablauf mit Hilfe eines Weg-Zeit-Diagramms darzustellen!] ~ 2 ~

3 3. DIGITALISIERUNG ANALOGER SIGNALE Zur Übertragung und Speicherung analoger Signale, wie beispielsweise Sprache oder Musik, werden diese häufig digitalisiert. Die Vorgehensweise bei der Digitalisierung bestimmt dann die notwendige Übertragungsrate. [a] Wie läuft die Digitalisierung im Allgemeinen ab. Welche Schritte sind zu unterschieden und worauf ist jeweils zu achten? [b] Wovon wird bei der Digitalisierung der menschlichen Sprache für deren Übertragung in ISDN ausgegangen? Welche Abtastrate wurde daher hierfür verwendet? Für die Quantisierung wird in Europa die so genannte 13-Segment-Kennlinie (gemäß Empfehlung G.711) verwendet. Wie läuft hierbei die Quantisierung ab? Vergleichen Sie diese Kennlinie mit dem µ-law-verfahren, welches in Nordamerika und Japan verwendet wird. [c] Welche Rohbitrate entsteht bei der Digitalisierung eines analogen Stereosignals mit einer Bandbreite von 20 khz, wenn die Abtastwerte mit jeweils 16 bit codiert werden? [d] Welche Effekte nutzt das MP3-Verfahren bei der Codierung von Musikstücken aus? 4. ZUGRIFFSTECHNIKEN Die Netzanschlusstechnik bestimmt ebenfalls die zur Verfügung stehende Dienstgüte, da die Wartezeit, bis Daten gesendet werden können, unterschiedlich lang sein kann. Zur Datenübertragung stehen die folgenden Anschlusstechniken zur Verfügung. Vergleichen Sie diese hinsichtlich Zugriffstechnik und maximaler Wartezeit, bis Daten gesendet werden können. [a] B-Kanal des ISDN [b] Ethernet mit CSMA/CD [c] Wireless LAN [d] Token Ring 5. ERREICHBARE ÜBERTRAGUNGSRATEN AUF DEN VERSCHIEDENEN ISO/OSI- SCHICHTEN Übertragungsraten werden oft netzspezifisch angegeben. So spricht man bei Ethernet von 100 Mbit/s bzw Mbit/s, bei WLAN von 11 Mbit/s oder 54 Mbit/s, beziehungsweise bei ISDN von 64 kbit/s. Leider kommt diese Übertragungsrate selten auf der Anwendungsschicht an. [a] Welches sind die Gründe für diesen Unterschied zwischen der Übertragungsrate auf den unteren Schichten und der Übertragungsrate an der Anwendungsschicht? [b] Gegeben sei ein lokales Netz mit einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s. Eine Anwendung möchte 1 MBit übertragen. Hierzu muss die betroffene Protokollinstanz die Nutzdaten in Pakete mit maximal 150 kbit Nutzlast zerlegen. Jedes Paket benötigt zusätzlich 25 Byte Protokollkontrollinformation. Da beim Senden kein Fenstermechanismus verwendet wird, muss nach jedem Senden auf eine Quittung von 25 Byte gewartet werden. Die Verarbeitungszeit für ein Paket beträgt auf beiden beteiligten Seiten 10 ms. Wie groß ist dann maximal der Durchsatz, den die Protokollinstanz der Anwendung für diese Übertragung zur Verfügung stellen kann? ~ 3 ~

4 6. ADRESSVERGABE MITTELS CIDR Beim Classless Inter-Domain Routing wird die strikte Einteilung der IP-Adressen in drei Klassen aufgelöst. Dafür muss nun die Länge der Netzkennung mit angegeben werden. [a] Geben Sie zu den folgenden IP-Adressen die Netzkennung an: a b c [b] Wie viele Adressen gehören nach der Einführung von CIDR zur Endsystemadresse /28? [c] Welche der vier folgenden Adressen gehören zu einem Subnetz? a /28 b /28 c /28 d /28 [d] Was für ein Vorteil bringt die Einführung von CIDR? Welche Konsequenzen hat die Einführung von CIDR für IP-Router? 7. VIRTUELLE VERBINDUNGEN Virtuelle Verbindungen sind eine spezielle Ausprägung der Paketvermittlung. Im Gegensatz zur Datagrammvermittlung muss die Verbindung zunächst aufgebaut werden, ehe Nutzdaten übertragen werden können. [a] Warum wird diese Art der Verbindung virtuell genannt? [b] Welche der folgenden Anwendungen eignet sich besser für virtuelle Verbindungen, welche für eine Datagramm-Kommunikation? a. Sensordaten, die alle 2 Stunden abgefragt werden b. Lange, sehr umfangreiche Videodateien c. Netzmanagement-Daten [c] Welche Auswirkung hat die Wahl der Vermittlungsart auf die Leistungsfähigkeit der Vermittlungseinrichtungen? [d] Wie lange steht dem Dienstbenutzer in einem Datenpaketvermittlungsnetz ein physikalisch vom Sender zum Empfänger durchgeschalteter Übertragungskanal zur Verfügung? [e] Bei ATM führt die virtuelle Verbindung zu so genannten Cut Through Switching. Erläutern Sie diesen Begriff. 8. PERFORMANCE VON VIRTUELLEN VERBINDUNGEN Gegeben sei das Netzwerk aus Abbildung 3. Ein Datenstrom, bestehend aus mehreren Paketen, soll von der Quelle Q zur Senke S übermittelt werden. Für die virtuelle Verbindung sei der kürzeste Weg Q->V5->V6->V7->S gewählt worden. Bei der Datagrammvermittlung entscheidet sich Vermittlungsknoten V5 zufällig gleichverteilt, ob das Paket an V1, V6 oder V8 weitergeleitet werden muss. ~ 4 ~

5 V2 V1 V3 V4 Virtuelle Verbindung Q V5 V6 V7 S V8 V12 V9 V10 V11 ABBILDUNG 3: BEISPIEL EINES KOMMUNIKATIONSNETZES Folgende Zeiten sollen betrachtet werden: Übermittlung eines Pakets über eine Teilstrecke:...10 ms. Treffen der Routing-Entscheidung:...5 ms Weiterleiten, wenn die virtuelle Verbindung existiert:..2 ms Ab welcher Anzahl von Paketen würde in der vorliegenden Netztopologie die virtuelle Verbindung eine kürzere Gesamtübertragungsdauer benötigen, wenn keine Fehler oder Quittungen berücksichtigt werden? ~ 5 ~

6 9. DER ASYNCHRONE TRANSFERMODUS ATM Der Asynchrone Transfermodus ATM wurde speziell für Anwendungen konzipiert, die hohe Datenraten und enge Zeitvorgaben benötigen. Wie unterstützt ATM die so geforderte Dienstgüte? Welche speziellen Funktionen und Leistungsmerkmale gibt es dazu am Nutzerinterface? Wie realisiert ATM die Übertragung unterschiedlicher Datenströme in einem Netz? 10. VERGLEICH ATM MPLS RSVP Vergleichen Sie die Ansätze ATM, MPLS und RSVP hinsichtlich mögliche Dienstgütegarantien verwendetes Vermittlungsverfahren Granularität der Dienstgütezusicherung Signalisierung 11. IP ÜBER ATM LANE Um ATM auch in lokalen Netzen verwenden zu können, entwickelte das ATM-Forum die so genannte LAN- Emulation. (a) Warum kann ATM nicht ohne Weiteres in einer IP-basierten LAN-Umgebung verwendet werden? (b) Welche zusätzlichen Komponenten müssen in LANE bereitgestellt werden? (c) Abbildung 4 (http://www.tkn.tu-berlin.de/curricula/ss97/bnt97/schoen.html) zeigt den Protokollstapel für LANE. Erläutern Sie den Protokollablauf. ABBILDUNG 4: DIE LANE-PROTOKOLLARCHITEKTUR (d) Welchen Effekt hat bei LANE die Dienstgütegarantie von ATM? ~ 6 ~

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