Tietoliikenne I -kurssin erilliskokeen 26.9.2003 arvostelusta

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.

Tehtävä 1.
Lähettäjän verkkoon lähettämät paketit voivat tulla perille virheellisinä tai kadota kokonaan.

Mitkä tekijät aiheuttavat virheellisiä paketteja tai pakettien katoamisia? (4 p)
Miten vastaanottaja havaitsee paketin virheelliseksi tai huomaa paketin puuttuvan? Mitä eri keinoja ja tapoja on käytettävissä? Miten tällaisesta virhetilanteesta toivutaan? (8 p)
Miten Internet-protokollat IP, UDP ja TCP suhtautuvat virheisiin ja virhetilanteesta toipumiseen? Tai miten ne pyrkivät estämään virheiden syntymistä? (8 p)

a) -kohdassa haluttiin seuraavia asioita (1 piste joka kohdasta) :

bittivirheet erityisesti langattomilla yhteyksillä muuttavat paketin bittejä ja ryöppyinä voivat hävittää koko paketin; reititin voi tuhota sopivasti vikaantuneet paketit
ruuhka verkossa aiheuttaa reitittimien puskureiden ylivuotoa ja pakettimien katoamisia
huono reititys voi kierrättää pakettia liian pitkään verkossa, jolloin se hävitetää elinajan loppumisen takia
vikaantuneet laitteet voivat hävittää ja vääristää paketteja

b)-kohdan vastauksessa haluttiin seuraavia asioita (miten havaitaan virheellinen tai puuttuva paketti 4 pistettä; miten toivutaan virheestä 4 pistettä):

Vastaanottaja voi havaita virheellisen paketin pakettiin liitettyjen tarkistusbittien avulla. (1 p) Käytössä on useita erilaisia menetelmiä, useimmilla vain havaitaan paketin bittien muuttuneen (2 p)
1. pariteettibitti / pariteettibitit
2. tarkistussumma 'checksum'
3. CRC-tarkistus
4. Hamming-tarkistusbitit, joiden avulla voidaan myös korjata yhden bitin virhe
Puuttuva paketti havaitaan pakettien numeroinnilla (1 p)
Yleensä virheestä toivutaan lähettämällä puuttuva tai virheellinen paketti uudestaan. Jos lähettäjä ei saa kuittausta (ack) lähettämästään paketista, niin paketin ajastin laukeaa ja paketti lähetetään uudestaan. Joskus käytetään myös NAK-kuittausta ilmoittamaan virheellisestä tai puuttuvasta paketista. (2 p)
Voidaan myös käyttää virheen korjaavaa tarkistusta, jonka avulla vastaanottaja pystyy itse korjamaan paketin. Joissakin tapauksissa virheestä toipumista kannata edes yrittää. (2 p)

c)-kohdassa kysyttiin Internet-protokollien suhtautumisesta virheisiin ja virheestä toipumiseen.

IP (2 p)
- otsakkeen kattava tarkistussumma, joka lasketaan joka hypyllä
- virheestä ei yritetä toipua; yleensä virheellinen datagrammi vain tuhotaan
UDP (2 p)
- tarkistussumman (checksum) käyttö vapaaehtoista, tarkistussumma lasketaan koko UDP-segmentistä + pseudo-otsakkeesta. Ei kuittauksia eikä virheestä toipumisita. Virheellinen paketti voidaan hävittää tai antaa sovelluskerrokselle varoituksen kera. Ei vuon- eikä ruuhkanvalvontaa pakettien 'turhan' häviämisen estämiseksi.
TCP pyrkii virheettömään tiedonsiirtoon: havaitsemaan virheet ja toipumaan niistä sekä vuonvalvonnalla että ruuhkanvalvonnalla huolehtimaan siitä, ettei turhaan hävitetä jo verkkoon lähetettyjä ja pitkälle siirrettyjä paketteja. (4 p)
- Checksum segmentille ja pseudo-otsakkeelle
- virheettömät ja oikeassa järjestyksessä vastaanotetut paketit kuitataan
- jos kuittaus ei tule ajoissa, paketin ajastin laukeaa ja läheettäjä lähettää paketin uudelleen vastaanottajalle
- vuonvalvonta: vastaanottajan ikkunan koko joka kuittauksessa
- melko monimutkainen ruuhkanvalvonta, jotta paketteja ei tarvitsisi hävittää ruuhkan takia

2. tehtävä:
Vastaa seuraaviin kysymyksiin:

Mitä tarkoitetaan vuonvalvonnalla (flow control)? Mitä keinoja ja mekanismeja vuonvalvontaan käytetään? (5 p)
Mitä tarkoitetaan ruuhkanvalvonnalla (congestion control)? Mitä keinoja ja mekanismeja ruuhkanvalvontaan käytetään? ( 5 p)
Mitä tarkoitetaan tulvituksella (flooding)? Mitä ongelmia tulvituksessa on? Mitä hyviä puolia? (5 p)

Mitä tarkoitetaan paloittelulla (fragmentation)? Miksi sitä tarvitaan? Miten IP-protokolla (versio 4) suhtautuu paloitteluun? (5 p)

Kukin kohta siis maksimissaan 5 pistettä. Pisteitä taas sen mukaan, paljonko asiaa vastauksessa on.

a) Vuonvalvonta: vastaanottaja voi estää lähettäjää lähettämästä enemmän kuin itse pystyy käsittelemään. Tarpeen jotta vastaanottajan puskuri ei vuoda yli ja näin hävitä segmenttejä.

keinot: liukuva ikkuna, joka rajoittaa lähettäjän kuittaamattomien segmenttien määrää. Ikkuna siirtyy ack-kuittausten myötä ja näin lähettäjä saa taas lähettää lisää.
TCP: joka kuittauksessa ilmoitetaan ikkunan koko eli paljonko lähettäjä saa vielä lähettää.

b) Ruuhkanvalvonta on tarpeen, jotta verkko ei ylikuormitu ja reitittimet eivät puskureiden ylivuodon takia hävitä sanomia.

TCP:n ruuhkanvalvonta: perusversiossa slow start + kynnysarvon jälkeen hitaampi lähetyksen määrän kasvattaminen. Ajastimen laukeaminen vähentää lähetyksen takaisin hitaaseen aloitukseen.
Parannettu versio: 3. toistokuittauksen jälkeen nopea uudelleenlähetys (ei ehkä olekaan ruuhkaa, vaan huono, virheitä aiheuttava yhteys) ja nopea toipuminen (pudotetaan lähetys vain puoleen)

c) tulvitus (flooding) = reititystapa, jossa saatu paketti lähetetään edelleen kaikista muista linkeistä, paitsi siitä, josta se juuri saatiin. Tulvitus aiheuttaa verkkoon yhä enemmän ja enemmän paketteja. Ongelmana on tulvituksen lopettaminen: paketeilla elinaika, jonka jälkeen ne tuhotaan; pidetään kirjaa jo käsitellyistä paketeista eikä enää lähetetä niitä eteenpäin; tehdään verkosta 'virittävä puu', jolloin siinä ei ole silmukoita. Hyöty: löydetään nopein reitti ja yleensäkin saavutetaan kaikki solmut joihin on jokin yhteys.

d )Paloittelu on tarpeen, koska eri verkoissa on erilainen paketin maksimikoko. IPv4 -reititin paloittelee liian suuren paketin ennenkuin lähettää se toiseen verkkon: datagrammin otsakkeesa on tieto mistä paketista ja mistä kohtaa pakettia kyseinen pala on, sekä myös tieto siitä, onko kyseessä paketin viimeinen pala. Paloittelu voidaan myös estää. Vastaanottaja kokoaa paketin ennenkuin antaa sen käyttäjälle.

3. Tehtävä
Tietojenkäsittelytieteen opiskelija Aimo Ahkera laatii luennon väliajalla laitoksen verkkoon liitetyllä koneella sähköpostisanoman ja lähettää sen vaihto-oppilaana Australiassa olevalle ystävälleen Ulla Uutteralle. Sanoma sisältää sekä tekstiä että yhden kuvan viime kesän rantajuhlista.

Mitä sovelluskerroksen protokollia ja toimintoja tarvitaan sanoma siirtämiseen Aimon postijärjestelmästä Ullan postijärjestelmään? Kerro myös mihin näitä protokollia ja toimintoja tarvitaan. (8 p)
Miten TCP-protokolla osallistuu sähköpostisanoman toimittamiseen vastaanottajalle? Piirrä kaaviokuva, josta selviää, mitä kaikkia TCP-protokollan segmenttejä ja missä järjestyksessä tarvitaan. (8 p)
Piirrä kaaviokuva, josta selviää, millaisessa muodossa (= mitä otsakkeita (header) ja peräkkeitä (trailer) siihen on liitetty) sähköpostisanoma siirtyy sovelluskerroksella, kuljetuskerroksella, verkkokerroksella ja linkkikerroksella. (4 p)
a) Tässä piti mainita sellaisia protokollia kuin:
- DNS domain-osoitteen muuttamiseksi IP-osoiteeksi (2 p);
- SMTP sähköpostin vaihtamiseen postijärjestelmien ja postipalvelimien välillä (PUSH-protokolla) (2 p);
- postin lukemiseen ja siirtämiseen omalle koneelle: POP3, IMAP, HTTP; (1 p kukin) sekä
- MIME-toiminto kuvan lähettämiseen (1 p).
b) Kaaviokuvassa:
- TCP-yhteyden aloitus kolminkertaisella kättelyllä: SYN, SYN ACK ja ACK ;
- SMTP-, POP3- , IMAP- tai HTTP-protokollien sanomien siirtäminen TCP-protokollan segmentteinä (hidas aloitus + ruuhkanvalvonta, vuonvalvonta, tarkistusbitit segmenteissä ja kuittaukset sekä mahdolliset uudelleenlähetykset);
- sekä TCP-yhteyden päättäminen kolminkertaisella kättelyllä (FIN, FIN ACK, ACK).
Aloitus: 2 p, datan lähetys 2 p, lopetus 2 p, missä tarvitaan 2 p.

c) Kustakin kerroksesta 1 piste.
- sovelluskerroksella: esimerkiksi sähköpostiprotokollan sanoma: tarpeelliset sähköpostiprotokollan otsakkeet ja itse viesti ASCII-koodattuna.
- Kuljetuskerroksella: sähköpostiprotokollan sanoma tai osa siitä dataosassa; otsakkeena TCP-otsake
- Verkkokerroksella: datana TCP-segmentti (tai osa siitä) ja otsakkeena IP-otsake
- linkkikerroksella: datana IP-datagrammi (tai osa siitä) ja otsakkeena MAC-otsake (tai esim. PPP-otsake) + mahdollinen peräke.