581363-2 Tietoliikenne II (2ov)

Erilliskuulustelun  4.6. 2004  arvostelusta

1.Monilähetysreitityksessä (multicast routing) tarvitaan monilähetysosoite, monilähetysryhmä ja monilähetyspuu.

a)Kuinka monilähetysosoitteet eroavat tavallisista IP-osoitteista? (1 p) 
Internetissä käytetään D-luokan osoitetta on monilähetysryhmän osoitteena. Nämä eivät mitenkään eroa muista Internet-osoitteista. (Kurose & Ross: s. 378) (1 p)

b) Miten monilähetysryhmiä hallitaan? (4 p) 
Monilähetysryhmiä hallitaan IGMP-protokollalla ( Kurose & Ross: ss. 379-382):
    * joka toimii isännän ja sen lähimmän reitittimen välissä
    * vastaanottajapohjainen: isäntä voi ilmoittaa haluavansa liittyä tiettyyn monilähetysryhmään
    * reititin kyselee (kyselysanoma) ja isännät ilmoittavat, missä ryhmissä ovat jäseninä
      (ilmoitussanoma) tai kertovat lopettaneensa jäsennyyden (eroilmoitus)
    * tehokkuus: riittää, kun yksi vastaa, jäsennyys kestää vain tietyn ajan 

Arvostelusta: pisteitä on saanut 0- 4 sen mukaan, miten oikeaa asiaa monilähetysryhmistä  on kirjoittanut

c) Millaisia monilähetyspuita on olemassa? (6 p) 
Monilähetyspuista  (ss. 383-388)
Monilähetysryhmän monilähetyspuussa ovat mukana kaikki ne reitittimet, joilla on kyseisen monilähetysryhmän jäseniä ja lisäksi sellaiset muut reitittimet, joita tarvitaan, jotta nämä ryhmän jäsenien reittittimet voidaan saavuttaa ja yhdistää puuksi.

    * ryhmäpuu tai erikseen oma puu kullekin lähettäjälle (lähdepohjainen puu)
    * ryhmäpuu: kustannuksiltaan pienin puu, joka yhdistää kaikki ryhmään kuuluvat reitittimet
          o Steiner-puu NP-ongelma, heuristisia ratkaisuja
          o keskussolmun varaan rakennettu puu; mikä valitaan keskukseksi 
    * Lähdepohjainen puu eli oma puu kullekin lähettäjälle:
          o pienimmän kustannuksen puu voidaan laskea Dijkstran algoritmilla
          o käänteispolkulähettäminen 

Arvostelusta: pisteitä on saanut 0-6 sen mukaan, miten paljon erilaisia puita on esitellyt ja mitä niistä on kirjoittanut

d) Mitä tarkoitetaan käänteispolkulähettämisellä (reverse path forwarding) ja mikä rooli sillä on Internetin monilähetysreitityksessä? (4 p)
 'reverse path forwarding' (Kurose & Ross: ss. 387-388)
    * toiminta: lähetetään edelleen muille vain jos tulee siitä portista, johon alkuperäiselle lähettäjälle
        tarkoitetut paketit lähetetään: tämä nähdään suoraan reititystaulusta (2 -3 p)
    * rooli Internetin monilähetyksessä (2 -1p) 

e)Miten toimii PIM-protokolla  (protocol independent multicast)? (5 p)
 PIM (Kurose & Ross:  ss.389-391)
    * protokollasta riippumaton
    * protokollassa varauduttu kahteen erilaiseen skenaarioon: ryhmän jäseniä on hyvin tiheästi tai
       jäseniä on hyvin harvassa =>  kaksi erilaista toimintamoodia
    * tiheässä moodissa useimmat reitittimet mukana ryhmässä => käytetään DVMRP:n kaltaista,
       mutta sitä yksinkertaisempaa ja hieman tehottomampaa käänteispolkulähettämistä.
       Oletusarvoisesti  lähetetään kaikille, mutta ryhmään kuulumattomat karsivat itsensä pois
    *  harvassa moodissa ryhmään kuuluu vain muutama reititin. Tällöin käytössä on
        keskuspohjainen reititys, jossa ryhmään mukaaan haluavat reitittimet lähettävät
        liittymispyyntönsä (JOIN) keskussolmulle. Ne lähetettävät viestit yksittäisenä keskussolmulle,
        joka  sitten lähettää ne monilähetyksenä ryhmäpuuhun
    * pystyy tarpeen mukaan muuttamaan  ryhmäpohjaisen reitityksen  lähettäjäperustaiseksi
Arvostelusta: riippumattomuus, joustavuus 1 p,
                      kaksi eri moodia: keskuspohjainen ja käänteispolkua pitkin lähettävä  2 p 
                      tarkempi selvitys  kummakin moodin toiminnasta a' 1 p

2.IP-protokollan avulla hyvin erilaiset verkot yhdistyvät Internetiksi. Verkkojen erilaisuus aiheuttaa   mm. seuraavia ongelmia, joihin IP-protokollan tulee ottaa kantaa: 
    Miten IPv6 on varautunut hoitamaan kuvattuja ongelmatilanteita? Mitä mekanismeja protokolla
tarjoaa niiden selvittämistä varten? (20 p) 
a)Eri verkoissa on erikokoinen paketin maksimikoko ja lähtöverkossa ihan sopivan kokoinen paketti voi olla liian suuri jollekin välissä olevalle verkolle.  (8 p)
•IPv6-reitittimet eivät enää paloittele liian suuria paketteja pienemmiksi kuten IPv4-reitittimet tekevät
•lähettäjän vastuulla on se, ettei  lähetä verkkoon liian suuria paketteja. Jos lähettää, niin ICMP hävittää paketin ja ilmoittaa virheestä ('Packet too big'), jonka jälkeen lähettäjä voi yrittää uudelleen pienemmällä pakettikoolla
•Kaikkien reitittimien on kyettävä käsittelemään vähintään  oletusmaksimin (MTU) kokoisia paketteja; oletusmaksimi suurempi kuin Ipv4:ssa. Minimimaksimi Internetissä on 576 tavua, IPv6:ssä MTU on 1280 tavua.
•Lähettäjä voi käyttää polun pienimmän oletusmaksimin etsimistekniikkaa (path MTU discovery technique)
•Optiona mahdollisuus  käyttää pakettien paloittelua IPv4:n tapaan: paketin numero, palan sijainti paketissa, onko paketin viimeinen pala; 

b)Huonompilaatuisissa verkoissa tiedon siirrossa voi tapahtua runsaasti virheitä, joten paketit voivat tulla perille virheellisinä, joutua osoitevirheen takia väärään osoitteeseen tai kadota kokonaan.(6 p)
• pakettien tarkistussummasata on luovuttu kokonaan tehokkuussyistä, sillä tarkistussumma jouduttaisiin  laskemaan uudestaan aina joka hypyllä ja tämä on hidasta.
Verkkojen luotettavuus on parantunut ja  oikeellisuuden tarkistus suoritetaan usein linkkikerroksella ja  kuljetuskerroksella TCP havaitsee  virheet ja huolehtii virheellisten ja puuttuvien pakettien uudelleenähetyksestä. TCP  ja UDP ottavat  tarkistussummansa (checksum) laskemisessa huomioon myös ns. pseudo-otsakkeen, jossa on mukana IP-otsakkeen muuttumattomat kentät eli näin voidaan varmistua, että nämä kentät  eivät ole matkalla muuttuneet.
•ICMP huomaa useat  IP-otsakkeen virheet,  jos kenttä on muuttunut kelvottomaksi. Esim. jos osoitekenttä on muuttunut sikäli kelvottomaksi, ettei  kyseistä osoiteeta on olemassa, niin paketti hävitetään 

c)Verkossa on epäluotettavia koneita ja nuuskivia käyttäjiä, jotka ovat kiinnostuneita verkossa kulkevien pakettien sisällöstä.  (6 p) 
•Pakettien turvallisuuteen kiinnitetty enemmän huomiota =  IPsec 
•IPv6-pakettiin voidaan liittää AH-otsake ja ESP-otsake
•AH-otsakkeeella varmistetaan lähettäjän identiteetti ja tiedon säilyminen muuttumattomana
•ESP-otsakeella näiden lisäksi salataan paketin sisältö
Näistä tarkemmin Kurose & Ross: ss. 660-663.
Tehtävän 2 arvostelusta: Mitä enemmän oikeanlaista asiaa, sitä enemmän pisteitä.

3.Kerro lyhyesti, mitä seuraavilla termeillä ja  lyhenteillä tarkoitetaan ja missä niitä käytetään tai missä ne esiintyvät.
a)BGP (border gateway protocol) (5 p)
Reititysprotokolla autonomisten alueiden väliseen reititykseen
•BGP-reitittimet vaihtavat keskenään reittitietoja; lähinnä keino välittää reitti-informaatiota
•ei niinkään nojaten pelkkiin  kustannuksiin, vaan ottaen huomioon eri AS:ien toimintapolitiikat (esim. turvallisuus, lait)
•pohjimmiltaan etäisyysvektoriprotokolla, mutta tallettaa reitin koko polun eli ne AS:t joiden kautta reitti kulkee
•toiminta: reitti-ilmoituksia naapureilta ('lupauksia' reitittää ilmoitettuja reittejä pitkin);  sopivan (=  AS:n reitityspolitiikan mukasen) reitin valinta; reitti-ilmoitusten lähettäminen naapureille 'valikoidusti'
•sanomat: open; keepalive; update; notification
•E-BGP ja I-BGP
(Tarkemmin BGP:sta Kurose & Ross: ss. 353-358) 

b)vuoromerkkiämpäri (token bucket) (5 p)
vuoromerkkiämpäri Kurose & Ross: 576 -577 (tosin nimellä Leaky Bucket) 
Menetelmä purskeisen lähetyksen säätelyyn. Lähettäjälle generoidaan lähetyslupia eli vuoromerkkejä tasaisessa tahdissa. Kukin vuoromerkki oikeuttaa tietyn datamäärän lähettämisen. Jos lähetettävää ei ole, niin lähetyslupia varastoituu puskuriin eli ämpäriin mahdollisia tulevia purskeita varten. Ämpärin koko rajoittaa purskeen. Liikenteen säätelyn lisäksi käytössä myös liikenteen purskeisuuden määrittelyissä.
c)RED (random early detection) (5p)
RED-puskuri:
     * pyrkii ennalta estämään ruuhkan pudottamalla satunnaisesti paketteja jo ennen kuin ruuhkaa
         pääsee todella muodostumaan.
    * Mitä enemmän puskuri täyttyy, sitä suuremmalla todennäköisyydellä paketteja pudotetaan;
        TMIN, TMAX.
    * Mitä pitempään ei ole lähetetty, sitä suurempi todennäköisyys.
    * Purskeista liikennettä ei sorsita. 

Lähettäjät pudottavat lähetystään eikä ruuhkaa pääse syntymään. Estää oskillointia! Mutta voidaan käyttää myös palvelunlaadun toteuttamiseen.
RED -puskuri pyrkii aktiivisella puskurin hallinnalla kontrolloimaan puskurien täyttöastetta ja välttämään täyden ruuhkan syntymistä. Se hävittää puskurista paketteja, vaikka puskuri ei vielä olisikaan täynnä. RED-puskuri tarkkailee koko ajan puskurin täyttymistä. Kun täyttöaste ylittää minimirajan, niin puskurista satunnaisestii aletaan poistaa paketteja. Mitä täydempi puskuri on sitä suuremmalla todennäköisyydellä paketteja poistetaan. Kun puskurin täyttöaste ylittää maksimirajan, niin poistotodennäköisyys on yksi. Samoin todennäköisyys kasvaa, mitä pitempään aikaan ei ole poistettu paketteja. Poistot pyritään kohdistamaan myös tasapuolisesti ryöppyisille ja vähemmän ryöppyisille yhteyksille.

Kun reitittimessä on käytössä RED-puskuri, niin reititin voi todella hävittää paketteja. RED-puskuria voidaan käyttää myös ECN-protokollan kanssa. Tällöin riiittää vain merkitä paketit hävitetyiksi eli ilmoittaa vastaanottajalle ruuhkasta ja ECN-protokollan avulla vastaanottaja taas ilmoittaa 'hävittämisestä' lähettäjälle, joka pienentää lähetystää samalla tavoin kuin segmentti olisi todella hävinnyt. 

d)Integroidut palvelut  (integrated  services)  ( 5 p)
•tapa, jolla voidaan parantaa Internetin palvelun laatua (QoS)
•varataan etukäteen tarpeelliset resurssit, jotta erilaisten sovellusten vaatimukset voidaan täyttää ja näin paremmin taata palvelun laatu 
•reitittimen tiedettävä, miten paljon sen resursseista (puskuritilasta ja linkkikapasiteetista) on varattu ja paljonko on jäljellä
•riittävät resurssit on varattava jokaisesta reitin varrella olevasta reitittimestä (call setup)
•tiedettävä tarkkaan sovelluksen vaatimukset ja sen liikennekäyttäytyminen
•tietojen siirtäminen reitittimeltä toiselle (esim. signallointiprotokollan RSVP-protokolla)
•kukin reititin päättää pystyykö se toteuttamaan esiotetyt vaatimukset
•kritiikkiä
 Asiat kerrottu tarkemmin  Kurose & Rossin kirjasta ss. 579-582 (integrated services)	   

Tehtävän 3 arvostelusta: Kustakin tehtävästän annettu   pisteitä 0-5 sen mukaan, paljonko vastauksessa on oikean  tyyppisiä asioita käsitelty. Yleensä yhdestä asiasta on saanut yhden pisteen.