Kurssikoe 9.11.2004
(Tarkastajana Markku Kojo)
Ongelma: Mikäli TCP:n ruuhkaikkuna on pieni (pienempi kuin 4) tai ikkunasta
katoaa runsaasti paketteja, ei vastaanottajalle perille
tulevia paketteja ole tarpeeksi kolmen toistokuittauksen
aikaansaamiseksi. Tällöin lähettäjä ei voi käyttää nopeaa
uudeleenlähetystä, vaan joutuu odottamaan ajastimen
laukeamista. Tällöin toipuminen on hitaanpaa ja joudutaan
hitaaseen aloitukseen.
Ratkaisu: RFC3042: Kahden ensimmäisen toistokuittauksen saapuessa
lähetetään uusi segmentti, jolloin näiden saapuminen
mahdollistaa tarvittaessa uusien toistokuittausten
lähettämisen.
Pisteytys: ongelma 2p, ratkaisu 2p
Ongelma: Tavallisesti lähettäjä saa tiedon ruuhkasta vasta, kun
segmentti/segmenttejä on kadonnut, jolloin joudutaan
toipumaan katoamisesta. Hidasta, tuhlaa resursseja.
ECN-mekanismilla ruuhkaan pyritään reagoimaan ilman,
että paketteja tarvitsee kadottaa.
ratkaisu: RFC3168: Otetaan käyttöön 2 bittiä IP-otsakkeesta
(CE, ECT lipuke) ja TCP-otsakkeessa ECN Echo ja
CWR -lipukkeet. TCP-yhteyden osapuolet sopivat ECN-
käytöstä yhteyttä muodostettaessa (SYN:ECN Echo ja CWR;
SYN ACK: ECN Echo).
Reititin käyttää jotakin aktiivista jononhallintamenetelmää
(alkavan) ruuhkatilan havaitsemiseksi (tyypillisesti RED,
jolloin paketin pudottamisen sijaan se merkitään).
Ruuhkautuessaan reititin asettaa CE-lipukkeen pakettiin
(edellyttäen että ECT-lipuke asestettu) ruuhkan merkiksi.
Kun TCP-vastaanottaja saa CE-merkityn paketin, se asettaa
ko. paketin kuittaukseen (sekä sitä seuraavien pakettien
kuittauksiin) ECN Echo-lipukkeen, jolla ilmoittaa lähetäjälle
ruuhkasta. Kun lähetäjä saa ECN Echo -merkityn kuittauksen
se hidastaa lähetystahtia samoin kuin paketin kadotessa
eli puolittaa ruuhkaikkunan sekä ssthresh-kynnysarvon.
Tämän lisäksi lähettäjä asettaa CWR-lipukkeen seuraavaksi
lähteviin segmentteihin ilmoittaakseen vastaanottajalle,
että on reagoinut ruuhkaan ja vastaanottaja voi lopettaa
ECN Echo-lipukeen lähettämisen.
Ongelma: Tavallisessa (Reno) nopean toipumisen ratkaisu toipuu vain
yksittäisestä segmentin katoamisesta. Mikäli samasta ikkunasta
katoaa useita segmenttejä, joudutaan odottamaan uudelleen-
lähetysajastimen laukeamista. Hidasta.
Ratkaisu: RFC3782 (tai RFC 2582): Kun tulee 3 toistokuittausta
suoritetaan nopea uudelleenlähetys ja asetetaan cwnd ja
sstresh kuten tavallisesti. Lisäksi talletetaan viimeksi
lähetetty järjestysnumero muuttujaan "recover". Kun saadaan
kuittaus ja jos se kattaa recover-muuttujaan talletetun
järjestysnumeron, niin nopea toipuminen valmis (vain yksi
segmentti katosi). Mikäli kuittaus kuittaa uusia numeroita,
muttei recover-arvoon asti, niin kyseessä on osittainen
kuittaus. Tällöin uudelleenlähetetään ensimmäinen kuittaamaton
segmentti ja näin jatketaan nopeaa toipumista lähettämällä
kullakin osittaisella kuittauksella ens. kuittaamaton
uudelleen kunnes recover-arvo tulee katetuksi.
Pisteytys: ongelma 2p, ratkaisu 3p
(Tarkastajana Markku Kojo)
Laajempi kaistanleveys sisältää useita taajuuksia. Eri taajuudet
etenevät eri nopeudella ja vaimenevat eri tavoin. Täten kapea
kaistanleveys tuottaa vähemmän virheitä (häiriötä) puhelinlinjan
analogiselle signaalille, jolla useita tasoja. Linja lisäksi usein
pitkä. Toisaalta puheen esittämiseen riittää kapea kaista.
Digitaalinen "kantti"-signaali taas sisältää vähemmän tasoja, jotka
tulee säilyttää vastaanottajalla tunnistettavaksi. Mitä suurempi
kaistanleveys sitä useampi Fourier-termi kaistaan mahtuu ja siten
auttaa säilyttämään signaalin muodon oikeampana ja
tunnistettavana. Lisäksi tietysti suurempi kaistanleveys salii
suuremmat nopeaudet.
Pisteytys: analoginen 2p, digitaalinen 2p
Vuotava ämpäri sisältää rajatun puskurin ja se lähettää (vuotaa)
puskuriin tullutta dataa vakionopeudella. Jos datan (pakettiien)
saapumistiheys on suurempi (esim. isona purskeena) kuin mitä
puskuri pystyy tallettamaan, niin ylimenevä data (paketit) katoaa.
Vuoromarkkiämpäri generoi vuoromerkkejä tasaisella tahdilla ja
kukin vuoromerkki sallii tietyn datamäärän lähettämisen. Mikäli
lähetettävää ei ole, niin vuoromerkkejä varastoituu ämpärin
koon määräämä määrä, loput katoavat. Varastoituneet vuoromerkit
sallivat maksimissaan ämpärin kokoisen purskeen, joka voidaan
lähettää lähtevän linjan maksiminopeudella. Jos vuoromerkkejä ei
ole varastoituneena, data lähtee vuoromerkkien generointitahdissa.
Ämpäreitä voidaan käyttää liikenteen tasaamiseen. Vuotava ämpäri
takaa tasaisen lähetysvauhdin (mikäli lähetettävää), mutta
vuoromerkkiämpäri sallii rajoitetun kokoiset purskeet.
Pisteytys: Käyttö 1p, ämpärin toiminnan kuvaus a 1 1/2p
Kodekkia tarvitaan muuntamaan puhelinverkon analoginen signaali
digitaaliseksi (ja päinvastoin). Osa verkosta analooginen, osa
digitaalinen. Analogisesta signaalista otetaan näytteitä ja
näytteen arvo (analoogisen signaalin taso) esitetään binääri-
lukuna (kiinteä bittimäärä). Näytteet koodataan vakiomittausten
binäärilukujen jonoksi. Mitä enemmän tasoja analogisesta
signaalista halutaan erottaa (tarkkuus), sitä pidempi binääri-
luku tarvitaan (esim. 8-bittiä riittää 256 tason esittämiseen).
Näytteitä pitää ottaa riittävän tiheästi (Nyquist:
2*maksimitaajuus), jotta saadaan riittävä tarkkuus.
Pisteytys: tarve 2p, toiminta 2p
Melko paljon annettiin myös ei suoraan kurssin aihealueeseen
kuuluvana compressor/decompressor (codec) vastauksia. Näistä sai
pisteitä, muttei täysiä. Tällöin piti osata selittää myös toiminta.
(Tarkastajana Liisa Marttinen)
Langallisessa Ethernet-verkossa lähettäjä kuuntelee ensin väylää, jotta ei
lähettäisi jonkin jo käynnissä olevan lähetyksen päälle. Yhteentörmäys voi tapahtua
vain, jos asemat aloittavat lähetyksen niin samanaikaisesti, etteivät niiden lähetykset
ole etenemisviipeen takia vielä kuultavissa toisessa päässä verkkoa.
Lähettämisen jälkeen asema jatkaa linjan kuuntelua ja heti jos havaitsee yhteentörmäyksen
(=linjan jännite normaalia suurempi) keskettää lähettämisen.
Siis törmäykset ovat harvinaisia ja lyhytkestoisia.
Langattomassa verkossa ei pelkällä kuuntelulla pystytä yhtä tehokkaasti huomaamaan
muiden häiritseviä ja törmäyksiä aiheuttavia lähetyksiä.
Piiloaseman ongelma: Vaikka halukas lähettäjä ei itse kuule lähetystä, niin silti
vastaanottajan ympäristössä voi olla lähetys käynnissä. Piiloaseman ongelman voi
aiheuttaa fyysinen este tai signaalin normaali heikkeneminen.
(Vastaavasti on exposed station-ongelma, jossa kuuntelija havaitsee lähetyksen,
mutta todellisuudessa se ei häiritse vastaanottajaa.)
Myös törmäysten havaitseminen langattomassa verkossa on vaikeaa: pitäisi samanaikaisesti
kyetä itse lähettämään (voimakas signaali) ja vastaanottamaan toisen lähettämä
signaali (heikko signaali). => Mitään törmäyksen havaitsemista ei käytetä.
Siis törmäykset ovat melko yleisiä ja pitkäkestoisia (tuhoavat koko sanoman) ja näin
paljon kalliimpia kuin langallisessa lähiverkossa. => tarvitaan erilainen protokolla.
Kurose & Ross: ss. 508-509, 518.
Pisteytys:
- piiloaseman ongelma (2-3 p)
- törmäysten havaitsemisen vaikeus (1 p)
- törmäysten kalleus (1 p)
Koordinoinnissa käytetään CSMA/CA-protokollaa, joka pyrkii mahdollisimman paljon
välttämään törmäyksiä eli toimimaan niin, ettei samanaikaisia lähetyksiä pääsisi
syntymään. Kun sitten lähetetään, lähetetään koko kehys kerralla. Koska törmäyksiä
usein kuitenkin sattuu ja langaton linkki on muutenkin häiriöalttiimpi, vastaanottaja
kuittaa kaikki virheettöminä saapuneet lähetykset. Jos kuittausta ei tule ajoissa,
niin kehys lähetetään uudelleen.
Lähettävän aseman toiminta:
Asema kuuntelee ensin, onko kanava vapaa. Vaikka kanava on vapaa, niin asema
ei kuitenkaan lähetä heti, vaan odottaa pienen, kiinteän aikavälin ennen lähettämistä.
Jos lähetettävänä on itse sanoma, odotetaan hieman pitempi ns. DIFS-aikaväli.
Jos lähetetään kuittaus, odotusaika on lyhyempi ns. SIFS-aikaväli. Näin
kuittaukset ovat etuoikeutettuja.
Jos kanava on varattu eli ympäristössä on lähetys käynnissä, asema arpoo itselleen
satunnaisen odotusajan ja asettaa lähetysajastimen.
Tätä odotusaikaa kuluu vain silloin, kun kanava on vapaa. Kun kanava on varattu,
odotusaikaa ei kulu. Kun ajastin laukeaa, asema lähettää. Lähetys onnistuu,
jos siihen saadaan vastaanottajan kuittaus.
Jos lähetys epäonnistuu, valitaan uusi lähetysaika, mutta nyt pidemmästä aikavälistä
satunnaisesti.
Hyvin pitkille sanomille voidaan myös käyttää lähetysajan varausprotokollaa:
- lähettäjä lähettää ensin RTS-sanoman, jossa on ilmoitettu lähetyksen kesto
=> kaikki lähettäjän ympäristössä olevat aseman osaavat olla lähettämättä.
- vastaanottaja kuittaa pyynnön CTS-sanomalla, jolla vahvistaa ottavansa vastaan
ilmoitetun pituisen lähetyksen => kaikki vastaanottajan ympäristössä olevat
asemat osaavat olla lähettämättä. Kaikki asemat pystyvät laskemaan lähetyksen
aloitusjajan ja tietävät sen keston.
Kurose & Ross: ss. 517-522 (The 802.11 MAC Protocol)
Pisteytys:
- CSMA/CA -protokollan nimi 1 p
- perustoiminta 0-4 p (jopa 5 p, jos oikein hyvin selitetty)
- kuuntelu
- odotusajat DIFS ja SIFS ennen lähettämistä
- satunnainen odotusaika kanavan ollessa varattuna
- lähetyksen epäonnistuessa, pidempi väli, josta odotusaika arvotaan
(binary backoff)
- kanavan varaaminen RTS- ja CTS-sanomilla (0-4 p)
Maksimi pistemäärä kuitenkin 8 pistettä!
(Tarkastajana Liisa Marttinen)
1 1
B --------- C ------- D
| \ /|
| \ / |
| \ / |
2 | \ 2 4 / | 2
| \ / |
| \ / |
| \ / |
| \ / |
| \ / |
| \ / |
A --- G ----F ----------E
1 2 1
Pienimmän kustannuksen polkua liittymiseen käytettäessä syntyy seuraava reitityspuu eli kukin solmu liittyy keskussolmuun C 'halvinta' reittiä pitkin. A liittyy B:n kautta, D suoraan, E D:n kautta ja F B:n kautta.
Koko reitityspuun kustannus on sen reittien yhteenlaskettu summa eli 8.
1 1
B --------- C ------- D
| \ |
| \ |
| \ |
2 | \ 2 | 2
| \ |
| \ |
| \ |
| \ |
| \ |
| \ |
A F E
Ei ole, sillä allaolevan puun kustannus on 7.
1 1
B --------- C ------- D
| |
| |
| |
2 | | 2
| |
| |
| |
| |
| |
| |
A F---------- E
1
Kurose & Ross: ss. 387-390 (SpanningTree Broadcast)
Isäntäkoneet kommunikoivat lähimmän reitittimensä kanssa käyttäen IGMP-protokollaa.
- reititin kyselee isäntäkoneilta membership_query-sanomalla niiden ryhmäjäsennyyksiä
- isäntäkone vastaa membership_report-sanomalla kuuluvansa (yhä) ryhmän vastaanottajiin
- isäntäkone ilmoittaa leave_group-sanomalla lopettavansa jonkin ryhmän vastaanottamisen
Protokollan toimintaa on selvitetty kurssikirjassa (Kurose & Ross: ss. 393-395
(Internet Group Management Protocol).
Yhdessä reitittimet rakentavat monilähetysreititystä käyttäen lähetyspuun,
joka yhdistää kaikki ne reitittimet, joiden isäntäkoneet haluavat vastaanottaa tiettyä
monilähetystä (kuuluvat tiettyyn monilähetysryhmään)
Pisteytys:
- IGMP-protokolla 2-3 p
- monilähetysreititys 1-2 p
==============================================================================================================
Data Communications II
Course examination 9.11.2004
Write the name of the course, date, your name, your date of birth or your student number, and signature on every separate sheet. Books and calculators are not allowed.
1 1
B --------- C ------- D
| \ /|
| \ / |
| \ / |
2 | \ 2 4 / | 2
| \ / |
| \ / |
| \ / |
| \ / |
| \ / |
| \ / |
A --- G ----F ----------E
1 2 1