løsningsforslag 2005

EKSAMENEmnekode:ITF20205Emne:DatakommunikasjonDato: 28.Nov 2005 Eksamenstid: kl 9:00 til kl 13:00Hjelpemidler:• 4 sider (A4) (2 ark) med egne notater.• Kalkulator.• Gruppebesvarelse, som blir delt ut påeksamensdagen til de som har fått den godkjentFaglærer:Erling StrandEksamensoppgaven:Oppgavesettet består av 5 sider inklusiv denne forsiden. Kontroller at oppgaven er komplett før dubegynner å besvare spørsmålene.Oppgavesettet består av 3 oppgaver. Alle oppgavene skal besvares. Hvor stor vekt hveroppgave teller til eksamen er angitt ved oppgaven. Side 5 er en side med vedlegg.Sensurdato: 19. Desember 2005Karakterene er tilgjengelige for studenter på studentweb senest dagen etter oppgitt sensurfrist. Følginstruksjoner gitt på:http://www.hiof.no/index.php?ID=7027Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 1 av 12

Oppgave 1 (45%)a) Ethernet har etterhvert fått andre navn. Beskriv hvordan et slikt navn er laget og nevnnoen av disse navna.• 10Base5.Det første tallet forteller bithastigheten i antall Mbit/s. Det neste feltet fortellerom modulasjonsmetode. ”Base” betyr at det ikke er noen modulasjon avsignalet. Det siste sifferet forteller om regeneratoravstanden i antall 100-meterved bruk av koakskabel, ellers forteller den om overføringsmediet. 10Base5 erdet originale Ethernet, med 10 Mbit/s datahastighet og 500 mregeneratoravstand. Det brukes der ”tykk koaks”• 10Base2.Dette er 10 Mbit/s med en maks regeneratoravstand på 185m. Det brukes her”tynn koaks”, eller RG58. (Oppfattelsen av ordet ”tynn” eller ”tykk” er gitt avhvilket fagmiljø man snakker i. Her er ordene brukt slik som er gyldig i etdatamiljø. Hvis man hadde snakket om ”tynn koaks” i et radioastronomi ellerradiokommunikasjons-miljø hadde det vært en helt annen koaks enn RG58)• 10Base-T.Dette er 10 Mbit/s og bruk av parkabel som overføringsmedium. T= TwistedPair• 100Base-T4.Dette er 100 Mbit/s (Fast Ethernet) og bruk av Cat 3 parkabel somoverføringsmedium. Da Cat 3 har dårlige frekvensegenskaper måtte man bruke4 par (i stedet for 2) for å kunne overføre signalet. Det ble også brukt 3signalnivåer på linja, altså 3 forskjellige spenninger. Det brukes 8B/6T koding.Maks segment lengde er 100 m.• 100Base-TX.Dette er 100 Mbit/s (Fast Ethernet) og bruk av Cat 5 kabel. Kun 2 par brukes, enfor hver retning. Det brukes 4B/5B koding. Maks segment lengde er 100 m.• 1000Base-T.Dette er 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet). Det må brukes Cat 5 kabel (ellerbedre). 4 par må brukes. Man får til maks segment lengde på 100m ved åspesifisere en større minimum pakkelengde. Slot time på 512 bit blir øket til 512byte i Gigatbit Ethernet.b) Forklar virkemåte til aksessmetoden CSMA/CD.Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD) virker slik: Når enhost skal sende data, vil den først lytte på linja for å høre om den er ledig. Hvis den ikkeer ledig, venter den til linja blir ledig og starter sendingen etter at det har gått en”interframe gab” tid. Hvis den under sending av sine data oppdager at andre ogsåsender, at det er kollisjon, vil den avslutte sendingen av datapakka, og begynne å sendeen jamsekvens på 32 bit. Dette tilfeldige bitmønsteret sendes for å være sikker på at alleLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 2 av 12

som driver å sende skal oppdage kollisjonen. Hver stasjon venter da et random antallslot time før den forsøker å sende på nytt. Hvis dette random tallet skulle bli det sammepå begge to, vil det bli kollisjon igjen. Da venter de begge på nytt, men nå økertallområdet for randomtallet. Da er det mindre sannsynlighet for at begge velger sammerandomtall. Hvilket tallområde randomtallet velges er gitt av antall kollisjoner. Jo flereetterfølgende kollisjoner, jo større blir det tallområdet.Randomtallet R velges i området 0

maskinnavnet, og la den være hos seg i en viss tid, i tilfelle det blir en ny forespørsel.Etter at den tiden er gått ut, vil opplysningene om den maskinen bli slettet.f) Hva er forskjellene mellom OSI og TCP/IP referansemodell?Hovedforskjellen er at TCP/IP referanse modellen mangler lag 5 og 6 som finnes i OSImodellen.TCP/IP protokollen eksisterte før referanse modellen var laget, og inneholdtderfor heller ikke i starten klare definerte grensesnitt mellom de forskjellige lagene.Etter hvert ble det laget en hybrid modell, som er mye lik OSI-modellen på de 4nederste lagene. Fra lag 4 går det rett opp i applikasjonslaget. Denne hybridmodellenkalles nå TCP/IP modellen.g) Forklar forskjellene mellom en HUB, Switch og Router. I forklaringen må du få meddeg hvordan de forskjellige virker.En HUB har en tilkobling (port) per PC, og ble laget for at man skulle kunne brukeparkabel for å koble sammen PC’er. En HUB erstatter altså funksjonen til enkoakskabel. En HUB virker på lag 1 og for alle tilkoblede PC’er virker det som om deer koblet til et felles overføringsmedium. En HUB sender ut til alle det som kommer innpå en port.En Switch er en ”HUB som klarer å lese MAC-adresser”. Den virker på lag 2, og lærerseg først MAC-adressene til PC’ene som er tilkoblet. Når en pakke kommer inn på enport, leses ”til-adressen” på pakken, og den blir kun sent ut på den porten hvor denPC’en er. En Switch kan dermed håndtere mer trafikk enn en HUB.En Router virker på lag 3 og vil rute trafikk basert på adresser på lag 3, f.eks IPadresser.h) Hva er hovedoppgavene til Transportlaget.Transportlagets hovedoppgaver er å sende data feilfritt mellom to endepunkter. Allkommunikasjon foregår ende-til-ende. F.eks hvis en PC mottar en ACK-pakke (påtransportlagnivå) vet den at det er den PC, som faktisk skulle ha datapakka, som svarer.Transportlaget er også grensesnittet mellom applikasjonene og nettverk, og skjuler denettverksavhengige lagene for applikasjonene. Dessuten tilbyr den tjenester tilapplikasjonene.i) Hva er et Datagram?Et datagram er en pakke som blir sendt ut på nettet som en frittstående enhet, og deninneholder nok informasjon til å finne veien fram til mottager. Det er ingen oppsett avtransportvei på forhånd, og neste datagram-pakke kan finne en annen vei frem tilsamme mottager. Det er ingen ACK/NACK-melding som sendes tilbake.Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 4 av 12

j) Hva er forskjellene på en TCP protokoll og UDP protokoll?UDP bruker datagram-pakker. Her kommer data i første pakke som sendes. Ingenoppsett av transportvei først, som de etterfølgende pakkene kan følge. Det er heller ikkeack-melding tilbake.I TCP settes forbindelsen opp før data sendes. Alle pakker bruker samme vei, og etter atdataoverføringen er ferdig går den inn i en nedkoblingsfase. Det er vanlig å brukeACK/NACK-melding tilbake.TCP er dermed mye mer treg enn en UDP.k) Hva brukes portnummer til?Portnummer brukes til å fortelle hvilken applikasjon som skal ha dataene. Den infoligger i hodet på en TCP- eller UDP-pakke. Det finnes også portnummer mellomtarnsportlaget og nettverkslaget. Der brukes portnummeret til å fortelle om det er UDPeller TCP protokoll som skal ha dataene.l) Hvor må man bruke spanning tree bridge, og hvorfor?Spanning Tree Brigde må brukes der hvor man har flere mulige veier mellom to LAN,som forbindes vha bridge. Hvis ikke, vil ”flooding” algoritmen medføre at en pakke vilgå i evig rundgang, og laste ned nette.Spanning Tree vil si at det velges ”hovedveier” mellom de forskjellige nettsegmentereller LAN. En pakke vil da sendes på hovedveien. De andre mulige veien vil kun værereserveveier, som brukes hvis hovedveien ikke virker lenger. Reserveveien vil da blidefinert som en ny hovedvei. Spanning tree algoritmen går hele tiden i ”bakgrunnen”,slik at den vil sette opp nye veier hvis en vei blir ødelagt, eller hvis nettet blir utvidet.Meget grovt fortalt så virker et spanning tree algoritme slik at en bridge blir en ”root”-brigde. Ut ifra denne lages veiene.Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 5 av 12

Oppgave 2 (30%)Anta at du (ditt firma) har fått tildelt adresseområdet 137.29.176.00 med maske255.255.240.00 av din ISP.a) Hvor mange host kan du ha på dette nett?Antall host er bestemt av antall bit i hostdelen av adressen. Hvor mange bit det er kan manse av nettmasken: 255.255.240.00-> 11111111. 11111111. 11110000.00000000Det er 12 bit til host, som gir 2 12 -2 = 4094 hostb) Hva blir broadcastadressen på dette nett?Broadcastadressen er der hvor det er bare 1’ere i hostdelen av adressen.Nettadressen 137.29.176.00 -> (to siste byte): 10110000.00000000Broadcastadressens to siste byte: 10111111.11111111Som blir: 137.29.191.255Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 6 av 12

c) Nå skal du dele dette nett opp i 6 subnett, LAN1 til LAN6. Disse nettene skal være såstore som mulig. Hva blir nettnumrene til disse 6 nett?For å få 6 subnett må vi ta 3 bit av hostdelen og lage om til nett.Vi ser på de to siste byte av adressen 137.29.176.00. De to første, 137.29, er like påalle.176.00 -> 10110000.00000000De 6 nye nett får adressene:10110010.00000000 -> 137.29.178.0010110100.00000000 -> 137.29.180.0010110110.00000000 -> 137.29.182.0010111000.00000000 -> 137.29.184.0010111010.00000000 -> 137.29.186.0010111100.00000000 -> 137.29.188.00d) Hva blir nettmasken på disse 6 nett?Nettmasken får 3 stk 1’ere til. Vi ser på de 2 siste byte:11111110.00000000 -> 254.00Det gir altså en maske på 255.255.254.00e) 4 av disse 6 subnett tilkobles via ISDN, som også skal ha sine IP-numre. Hvilke IPnettnummervil du gi til disse 4 ISDN-forbindelsene?ISDN-forbindelsene får nettnummer i ytterkant av nummerområdet, da det er et litenett. Det er kun 2 host på en ISDN-forbindelse. Det vil si kun 2 bit til host. Vi velger 2ISDN-nett på hver side av nummerområdet, altså 2 på 00-siden og 2 på 11-siden. Vi serpå de to siste byte:10110000.00000100 -> 137.29.176.04 -> ISDN 110110000.00001000 -> 137.29.176.08 -> ISDN 210111111.11110100 -> 137.29.191.244 -> ISDN 310111111.11111000 -> 137.29.191.248 -> ISDN 4Da det blir flere ISDN-forbindelser vil det være mulig å gi disse 4 ISDN-forbindelsenenummer på kun den ene siden (00-siden, eller 11-siden). Men etter at alle ISDNforbindelserer delt ut bør antall ISDN-forbindelser være tilnærmer lik på 00-siden og11-siden, for å utnytte nummerområdet best mulig.f) Hva blir nettmasken til disse 4 ISDN-forbindelsene?Da det er 2 bit til host blir nettmasken: 255.255.255.252da 11111100 -> 252g) Ut av de resterende IP-numrene skal 4 ansatte få nettverk hjemme, via ISDN. De vilikke bruke NAT. Det er bestemt at de kan ha maks 6 PC’er på sitt hjemmenett. Hva blirnettmasken på disse nett.Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 7 av 12

Med 6 PC’er på et nett må det være 3 bit i hostdelen. Det gir en maske på:255.255.255.248h) Resten av IP-numrene skal brukes av de ansatte som ønsker å ha sitt eget hjemmenetttilkoblet til internet via ISDN. De bruker alle en ISDN router med NAT. Hvor mangeansatte kan få dette tilbudet?Nå må vi først finne ut hvor mange nummer vi har igjen. Av de 4 ansatte (i oppgave g)har vi delt ut numrene:10110001.11110000 -> 137.29.177.24010110001.11111000 -> 137.29.177.24810111110.00000000 -> 137.29.190.0010111110.00001000 -> 137.29.190.08Til disse 4 her vi gitt nummer fra midten, like under og like over de numrene som er gitttil de 6 LAN (oppgaven c). Dette fordi resten skal gå til ISDN, som er mindre nett ogdermed skal være mer i ytterkant av nummerområdene.Disse 4 skal også ha ISDN-forbindelser:00-siden:10110000.00001100 -> 137.29.176.12 -> ISDN 510110000.00010000 -> 137.29.176.16 -> ISDN 611-siden:10111111.11101100 -> 137.29.191.236 -> ISDN 710111111.11110000 -> 137.29.191.240 -> ISDN 8Det vi har igjen på 00-siden er da fra nummeret over10110000.00010000 -> 137.29.176.16 -> ISDN 6 opp til nummeret under10110001.11110000 -> 137.29.177.240, som var nettnummeret til en av de 4 ansatte.Det blir da fra:10110000.00010100 -> 137.29.176.20Til10110001.11101100-> 137.29.177.236Nå er det 4 nummer mellom hvert ISDN-nett, så antall ISDN-nett på 00-siden blir476/4=119Så gjør vi samme undersøkelse på 11-siden.Vi har fra nummeret under10111111.11101100 -> 137.29.191.236 -> ISDN 7, opp til nummeret over10111110.00001000 -> 137.29.190.08, som var nettnummeret til en av de 4 ansatte.Det blir da fra:10111111.11101000 -> 137.29.191.232Til10111110.00010000 -> 137.29.190.16Nå er det 4 nummer mellom hvert ISDN-nett, så antall ISDN-nett blir 476/4=119Totalt vil 119+119=238 ansatte få tilbud om ISDNLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 8 av 12

i) Gi en beskrivelse av virkemåten til NAT.Network Address Translation (NAT) gjør det mulig å ha et stort LAN (lokal areanetwork), hvor alle kan være tilknyttet Internet, men som allikevel bruker bare en IPadresseut mot Internet. Alle tilknytninger på LAN må da bruke en av de 3 blokker medIP-adresser som er avsatt til private nettverk:10.0.0.0 - 10.255.255.255172.16.0.0 - 172.31.255.255192.168.0.0 - 192.168.255.255Ut mot Internet finnes en router med NAT-funksjon i seg. Den oversetter ”fra IPadressen”og ”fra portnummer” som kommer fra en host på LAN til den IP-adressensom routeren har ut mot Internet, og den velger en annen ”fra port-nummer”. Dettelagres i en NAT-tabell. Når så svaret kommer fra Internet, slår den opp i NAT-tabellenog finner ut hvem host som skal ha den pakka. Den skifter da ut ”til ip-adressen” og”til-portnummeret”, men det som står i tabellen. Slik får den riktige host på LAN pakka.Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 9 av 12

Oppgave 3 (25%)a) Anta at du har en 100m lang UTP kabel med karakteristisk impedanse R 0 =100 Ω.Denne er avsluttet med en motstand på 50 Ω (istedet for 100 Ω ). Dette gir enmistilpasning. Ved sendersiden er det tilpasning, fordi der brukes det en generator med50Ω indre motstand og en 50Ω motstand i serie, slik som indikert på tegningen. Dusender en 250 ns lang puls, med en spenning på 10V, ut på denne kabelen. Hvor storspenning har pulsen som kommer tilbake? Lag også en skisse av signalene slik de ser utved senderen. Pass på å målsette aksene riktig.Spenningen på pulsen som kommer tilbake, U R , er gitt av refleksjonsfaktoren og utsendtpuls U F :URR − R0 50 −100− 50= ρ = = = = −0,33U R + R 50 + 100 150F0Spenningen på pulsen som kommer tilbake, U R = ρ·U F =-0,33·10V= -3,3V10V U5V0V250ns500ns 750ns 1000ns t-3VLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 10 av 12

) Du skal installere et singlemodus fiberoptisk anlegg. Avstanden er 122 km. Kabelen haren dempning på 0,3 dB/km. Dispersjonen er på 3,5 ps/(nm·km). Det brukes en lasermed en innkoblet effekt på –5,0 dBm og med en spektral båndbredde på 1 nm.Innkoblingstapet ved mottageren er på 2 dB, og fiberen leveres i lengder på 5 km.Skjøtetapet kan settes til 0,1 dB.i. Hvilken følsomhet må mottageren ha?P m = P S -P innkobl -P fiber -P skjøt -P systemP m = -5,0 dBm – 2 dB - 122·0,3 dB - 24·0,1dB = -5,0 – 2- 36,6 - 2,4 – 7P m = - 53,0 dBmMottageren må ha en følsomhet på - 53,0 dBm (eller bedre)ii.Hva er den største bithastigheten som kan brukes på dette anlegget?Vi må først finne båndbredden B, til dette anlegget. Den er gitt av dispersjonenτ:0,44 0,44 0,44 126B = == ⋅10[Hz] = 1030 ⋅10[Hz] = 1030[MHz]− 12τ 122 ⋅ 3,5 ⋅1⋅10[s] 427Da ingen koding er oppgitt er den største bithastigheten er 2 · B = 2,060 [Gbit/s]c) Gi en kort beskrivelse av ZigBee.ZigBee er et wireless system som har en forholdsvis stor rekkevidde. En node kannemlig virke som en repeater for en annen. Det kan være flere repeatere på en strekning.Hvis en node går ned, finnes det antagelig en annen i nærheten som kan ta over hvis detbrukes Mesh nettverk.ZigBee har et lavt strømforbruk og en datahastighet på opp til 250 Kbit/s (250 Kbit/s,40Kbit/s eller 20 KBit/s). Det er 16 kanaler i 2,4 GHz båndet. Det brukes CSMA/CAaksessmetodet. DSSS modulasjon brukes. Det er 64 bit adressering, slik at veldigmange noder kan være tilstede.Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 11 av 12

VEDLEGGFormel for refleksjon:ρ =R − R0R + R0Formel for båndbredde på fiber:B = 0, 44τThe Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved thefollowing three blocks of the IP address space for private networks:10.0.0.0 - 10.255.255.255172.16.0.0 - 172.31.255.255192.168.0.0 - 192.168.255.255Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 28/11-2005 Side 12 av 12