Pisteitä on saanut sen mukaan, miten hyvin kysyttyjä asioita on selittänyt. Lähinnä tämä tarkoittaa sitä, miten hyvin on onnistunut tuomaan vastauksessaan esille kaikki oleelliset asiat. Jokainen oleellinen kohta on tuonut yhden tai joskus useamman pisteen. Jonkin kohdan perusteellisempi selvitys on saattanut tuoda korvaavia lisäpisteitä, jos jokin muu kohta on jäänyt hieman vajaaksi.
Jos näissä sepustuksissa tuntuu olevan kummallisuuksia, niin ilmoita tästä Liisa Marttiselle.

581333 Tietoliikenne I

Erilliskuulustelu 16.1.2004

1. Linkkikerros ja sen tarjoamat palvelut (20 p)
   1. Sijoita linkkikerros (link layer) Internetin protokollapinoon. Mainitse kaksi linkkikerroksen protokollaa ja selvitä myös lyhyesti, mihin näitä protokollia käytetään. (5 p)

      Arvostelusta:
      linkkikerroksen paikka protokollapinossa 1 p
      kaksi protokollaa: nimi (1 p), käyttö (1 p) kumpikin protokolla; hyväksyttyjä protokollia: PPP ja erilaiset MAC-kerroksen protokollat (Aloha, CSMA/CD, CDMA, Token Ring)

      Kurose & Ross: s 55 protokollapino.

   2. Kerro linkkikerroksen tarjoamista palveluista. (12 p)
      Yleisesti linkkikerros tarjoaa seuraavia palveluita:
      • yleistä palveluista (0-4 p)
      • kehystäminen (0-2 p)
      • luotettava tiedonsiirto (0-6 p)
        • virheen havaitseminen (0-3p)
        • virheen korjaaminen (0-3 p)
        • vuonvalvonta (0-2 p)
      • yhteiskäyttöisen kanavan käyttö (0-2 p)
      • muuta (0-2 p)
      Koska vastauksissa on painotettu hieman eri asioita, niin pisteitä on ollut jaossa reilusti eri osioista. Maksimipistemäärä kuitenkin 12 p.
      Kurose & Ross: ss. 421-423 yleiskuva linkkikerroksen palveluista, (ss. 425-432 (tarkemmin virheen havaitsemismekanismeista), 432-447 (tarkemmin yhteiskäyttöprotokollista))

   3. Mitä yhteisiä piirteitä on kuljetuskerroksella (transport layer) ja linkkikerroksella? Mikä on tärkein näiden kerrosten välinen ero? (3 p)
      Tärkein ero: linkkikerros yhden linkin yli, kuljetuskerros koko verkon yli (1 p).
      Yhteistä on huolehtia tiedonsiirrosta lähettäjältä vastaanottajalle ja pyrkiessään luotettavaan tiedonsiirtoon käyttävät samanlaisia menetelmiä: numerointi, virhetarkistukset, uudelleenlähettäminen, vuonvalvonta (0-2 p).

2. Reitityksestä (20 p)
   1. Millainen laite on reititin (router) ja miten se toimii? (6 p)
      Haluttuja asioita:
      • reitittimen rakenne (Kurose & Ross: ss. 358-365) (0-3 p)
      • toiminta: (0-4 p)
        Reititin osaa ohjata sille tulleet paketit eteenpäin kohti pakettien määränpäätä joko seuraavalle reitittimelle, joka taas ohjaa niitä oikeaan suuntaan kohti vastaanottajaa, tai oman verkon isäntäkoneelle. Reitittimellä on reititystaulu (tai esim. tulvituksessa pelkkä yksinkertainen reititysohje), josta reititin näkee, minne porttiin kullekin vastaanottajalle tarkoitetut paketit on lähetettävä. Yleensä reitittimet itse keräävät tietoa ympäröivästään verkosta ja vaihtavat näitä reititystietoja keskenään sekä laskevat näiden perusteella parhaat reitit eri kohteisiin. Tietojen vaihtoon käytetään jotain reititysprotokollaa.

   2. Mitä yhteistä on reitittimellä ja sillalla (bridge)? Miten ne eroavat? (6 p)
      Yhteistä (0-4 p):
      Toiminta on pääpiirteiltään hyvin samankaltaista. Molemmat ovat kiinni vähintään kahdessa verkossa. Myös silta ohjaa kehyksiä kohti niiden vastaanottajaa, joka voi sijaita jossain hyvinkin kaukana olevassa verkossa. Sillassakin on 'reititystaulu' eli siltataulu, jonka perusteella tiedetään, minne verkkoon kehykset tulee lähettää. Tuntumattomat sillat keräävät itse tiedot siltatauluihin
      Eroja (0-4 p):
      Silta on yksinkertaisempi laite ja se toimii siirtoyhteyskerroksella. Reititin on paljon monimutkaisempi ja toimii verkkokerroksella. Silta käyttää MAC-osoitteita ja reititin IP-osoitteita.
      Sillat eivät vaihda tietoja keskenään. Silta ei laske mitään parhaita reittejä.
      Paketit ohjataan reitittimelle, silta tutkii kaikki siihen liitetyissä verkoissa kulkevat paketit ja välittää eteenpäin ne, jotka ovat matkalla muihin aliverkkoihin.

   3. Miten linkkitilareititystä (link state routing) käyttävät reitittimet päivittävät reititystietonsa? (6 p)
      Linkkitilareitityksessä reitittimet
      • keräävät tietoja linkkiensä tiedoista (HELLO, kysely (ECHO), mittaus)
      • ja laativat tietopaketteja, jotka lähetetään kaikille tulvituksena (tai Kurose & Rossin mukaan yleislähetyksenä); käytetään autentikointia ja kuittauksia.
      • Kun kaikilta saatu tietopaketit, niin tiedossa on koko verkon topologia (globaalitila) ja parhaat reitit eri solmuihin voidaan laskea esim. Dijkstran algoritmilla
      • Reitityksessä voidaan käyttää useita eri mittoja.
      Kukin kohta antaa maksimissaan kaksi pistettä.

      Kurose & Ross: ss. 304-308; lisätietoja luentokalvoissa.

   4. Miten reititys hoidetaan virtuaalipiiriverkossa? (2 p)
      Kun lähetyksen ensimmäinen paketti reititetään vastaanottajalle, niin kukin reitillä ollut reititin päivittää reititystauluunsa tiedon siitä, minne tämän lähetyksen paketit ohjataan. Muut saman lähetyksen paketit seuraavat kaikki samaa reittiä (1 p). Kukin reititin antaa lähetykselle oman virtuaalipiirinumeron, joten reititystaulukossa on paketin tuloliitäntä (interface), sen vanha VC-numero, uusi VC-numero ja lähtöliitäntä (1 p).

      Pisteen on saanut, jos on kertonut pakettien kulkevan samaa reittiä ensimmäisen paketin jälkeen. Toinen piste on tullut siitä, kun on maininnut virtuaalipiireistä ja siitä, kuinka reitittimet pitävät niistä kirjaa.

3. Ruuhkanvalvonta ja vuonvalvonta (20 p)
   1. Kerro lyhyesti, mitä tarkoitetaan ruuhkanvalvonnalla (congestion control) ja vuonvalvonnalla (flow control). Miksi ruuhkanvalvonta on yleensä paljon hankalampaa kuin vuonvalvonta? (4 p)
      Ruuhkanvalvonta pyrkii havaitsemaan ruuhkatilanteen syntymisen mahdollisimman ajoissa ja purkamaan ruuhkautumiset niin, ettei verkko ruuhkan takia tukkeudu täysin ja paketteja jouduta ruuhkan takia hävittämään.
      Vuonvalvonta pyrkii huolehtimaan siitä, ettei lähettäjä lähetä vastaanottajalle dataa enemmän kuin tämä pystyy käsittelemään. Jos vastaanottajan puskurit täyttyvät, niin lähetettyä dataa katoaa.
      Vuonvalvonta on helpompaa, koska se on kahden osapuolen välistä. Vastaanottaja pystyy ilmoittamaan lähettäjälle, koska tämän täytyy hidastaa lähetystään. Ruuhkanvalvonnassa on mukana monta osapuolta: kaikki samanaikaa lähettävät isäntäkoneet. Toisaalta ruuhkaan vaikuttaa myös reititysalgoritmin joustavuus (linkit hidastuvat tai jopa katkeavat) ja tehokkuus (kulloinkin parhaimmat reitit) sekä se minne kukin on lähettämässä.

      Pisteitä on saanut ruuhkan- ja vuonvalvonnan selittämisestä 0-1 p kummastakin ja ruuhkanvalvonnan suuremmasta hankaluudesta 0-2 pistettä.

   2. Kerro pääpiirteissään, kuinka TCP-protokolla pyrkii hoitamaan ruuhkanvalvontaa. (10 p)
      TCP-ruuhkanvalvontaan kuuluu seuraavia asioita:
      • hidas aloitus: aloitetaan yhdellä segmentillä ja kasvatetaan lähetysmäärä kaksinkertaiseksi aina kun saadaan edelliseen lähetykseen kuittaus ajoissa (0-2 p)
      • lineaarinen kasvatus: kun saavutetaan kynnysarvo (merkki siitä, että aletaan olla lähellä ruuhkaa aiheuttavaa lähetysmäärää), niin kasvatetaan vain yhdellä segmentillä (0-2 p)
      • jos kuittaus ei tule ajoissa ja ajastin laukeaa => tulkitaan tilanne ruuhkaksi ja vähennetään lähetystä perusversiossa aloitetaan uudestaan hitaalla aloituksella. Myös kynnysarvoa muutetaan puoleen ruuhkahetken lähetysmäärästä. (0-3 p)
      • Aina ajastimen laukeaminen ei johdu ruuhkasta, vaan myös esim. siirtovirheestä. Tällaisessa tilanteessa on turha vähentää lähetysmäärää, sen sijaan syytä mahdollisimman nopeasti lähettää uudelleen virheellinen paketti. Tätä varten on kehitetty
      • ns. nopea uudelleenlähetys (fast retransmission): kolmas toistokuittaus kertoo, että paketti on puuttunut jo liian kauan ja muut sen jälkeiset paketit menneet hyvin perille. Tällöin ei varmaankaan ruuhkaa, vaan virheellinen paketti, joka syytä lähettää heti uudestaan eikä odottaa ajastimen laukeamista (0-2 p)
      • ja nopea toipuminen (fast recovery): koska oletettavasti ei ole ruuhkaa pudotetaan lähetysmäärä vain puoleen ja jatketaan siitä lähettämistä. Samoin uudeksi kynnysarvoksi tulee sen hetkisestä lähetysmäärästä (0-2 p)
      • Ajastimen arvon laskeminen ja ajastimen merkitys ruuhkanvalvonnalle (0-2 p)
      • jotain vielä kehittyneempiä menetelmiä (1 p)
      Maksimi pistemäärä 10 p.

   3. Entä kuinka TCP-protokolla huolehtii vuonvalvonnasta? (6 p)
      
      • joustava ja dynaaminen liukuvan ikkunan menetelmä (sliding window). Jokaisessa kuittauksessa mukana ilmoitus uudesta ikkunan koosta eli paljonko on tilaa vielä vastaanottajan puskurissa (jo myös alkukättelyissä, kun kuittaukset on käytössä). Voidaan myös ilmoittaa koko nollaksi => lukkiutumisongelma (0-4 p).
      • hieman mukailtu go-back n- mekanismi kuittauksineen (ack) + selitys, mitä tämä tarkoittaa (0-3 p).