løsningsforslag 2007

Løsningsforslag tilEKSAMENEmnekode:ITF20205Emne:DatakommunikasjonDato: 3.Des 2007 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: 28. Desember 2007Karakterene 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 - 03/12-2007 Side 1 av 11

Oppgave 1 (35%)a) Hva er forskjellene på asynkron og synkron dataoverføring? Gi en beskrivelse avbegge.Synkronisering betyr at sender og mottager synkroniserer seg slik at databitene tas imot riktig,dvs at for eksempel databit 0 blir tatt imot som databit 0, og databit 1 som databit 1 osv..AsynkronHer foregår synkroniseringen for hver byte. Det sendes en startbit før databitene sendes. Enforbindelse hvor det ikke går data, er på logisk 1. Startbiten er logisk 0, og det er den sommottageren synkroniserer seg på. Det gjøres ved at mottageren punktprøver det mottatte signalmed en høyere (16x eller 64x) frekvens enn dataene. Med en gang det oppdages en logisk 0,starter mottageren. En ny punktprøve blir tatt en halv bitlengde senere, slik at midten istartbiten blir prøvet. Hvis det (fortsatt) er logisk 0, er mottageren sikker på at det erstartbiten. De kommende 7 eller 8 bit blir punktprøvet mitt i biten, og plassert i riktigbitposisjon i mottageren (USART). Når siste bit er lest, forventer mottageren en (eller 2)stoppbit, som er logisk 1. Når stoppbiten er mottatt, begynner mottageren å lete etter nestestartbit, slik at den kan synkronisere seg på den neste byten.TStartbit D0 D1 D2 D3 D4D5D6D7StoppbittStartsynkroniseringSynkronVed synkron dataoverføring foregår synkroniseringen i starten av hver blokk. Nårsynkronisering først er oppnådd, er det ingen synkronisering igjen før neste blokk. Det er daviktig at senderklokka og mottagerklokka er eksakt like, derfor overføres senderklokka isammen med dataene. Det gjøres ved å kode inn klokkesignalet i datastrømmen. Påmottagersiden blir dette klokkesignalet dekodet ut av datastrømmen, og brukes til å klokkeinn dataene. På den måten blir mottagerklokka og senderklokka eksakt like.Synkroniseringen kan foregå på to måter. Det ene er bytesynkronisering. Da er det en bestemtbyte, synkroniseringsbyte, som er lagret i mottageren. I starten av blokka er det en sliksynkroniseringsbyte. Mottageren sjekker det mottatte bitmønsteret med denne byten for hverbit mottatt. Da bitmønsteret er likt, er synkronisering oppnådd. Hvis denne synkbyten er endel av dataene, setter senderen inn en ekstra byte, som betyr at etterfølgende byte ikke ersynkroniseringsbyte, men en databyte. Denne ekstra byten blir tatt ut på mottagersiden.– Den andre måte en bitsynkronisering. Der ser mottageren etter et bestemt bitmønster. Nårdet har kommet 6 enere, etter en nuller, og det deretter kommer en nuller, er synkroniseringLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 2 av 11

oppnådd. Hvis det samme synkroniseringsmønsteret kommer som en del av dataene, vilsenderen sette inn en ekstra 0 i datastrømmen, slik at det ikke kommer 6 1’ere etter hverandrei dataene. Denne ekstra 0’er blir tatt ut igjen ved mottagerenb) Hva er forskjellene på Baud og bit/s?Baud er hastigheten for et skifte på linja, om det nå er frekvensen som skifter (FSK), fasen(PSK) eller fasen og amplituden til sammen (QAM). Hvis et skifte kan gi informasjon omflere bit, slik som i for eksempel QAM-16, vil bithastigheten blir større en Baudhastigheten.Hvis det overføres 4 bit per skifte (slik som i QAM-16) vil det overføres 4 bit/Baud. Hvis detfor eksempel er en hastighet på 2400 Baud, gir det da 4 · 2400 = 9600 bit/sc) Hvorfor må det brukes modem på telefonnettet?Telefonnettet er laget for å kunne overføre signaler som ligger i frekvensområdet 300Hz til3400Hz. Alle signaler som skal igjennom telefonnettet må altså ligge i det frekvensområdet.Et datasignal ligger i frekvensområdet fra 0 Hz og oppover. Et modem flytter datasignaletsfrekvsnsområde, slik at det blir innefor bådbredden fra 300Hz til 3400Hz. Dermed kandatasignalet overføres på telefonnettet.d) Nevn eksempler på modulasjonsmetoder.FSK modulerer ved å la 0 og 1 få hver sin frekvens, slik som vist i tidsdiagrammet under:PSK modulerer ved å la 0 og 1 få hver sin fase, slik som vist i tidsdiagrammet under:QAM-16 modulerer ved å bruke flere faser og amplitude. 16 forskjellige tilstander til sammengir en mulighet til å overføre 4 bit per tilstand. Da 2 4 =16. Så mange forskjellige faser ogamplituder er vanskelig å vise ved bruk av tidsdiagram. Et polardiagram viser tilstandeneklarere. Et eksempel på QAM-16 er vist i polardiagrammet på neste side:Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 3 av 11

e) Beskriv aksessmetoden som brukes i Ethernet.Ethernet bruker aksessmetoden CSMA/CD.Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD) virker slik: Når en host(PC, switch, router, eller annet) skal sende data, vil den først lytte på linja for å høre om dener ledig. Hvis den ikke er ledig, venter den til linja blir ledig og starter sendingen etter at dethar gått en ”interframe gab” tid etter siste datapakke. Hvis den under sending av sine dataoppdager at andre også sender, vet den at det er blitt kollisjon, og den avslutter sendingen avdatapakka, og begynne å sende en jamsekvens på 32 bit. Dette tilfeldige bitmønsteret sendesfor å være sikker på at alle som sender, skal oppdage kollisjonen. Hver stasjon venter da etrandom antall slot time før den forsøker å sende på nytt. Hvis dette random tallet skulle bli detsamme på 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

En Switch er en ”HUB som klarer å lese MAC-adresser”. Den virker på lag 2, og lærer segførst MAC-adressene til PC’ene som er tilkoblet. Når en pakke kommer inn på en port, leses”til-adressen” på pakken, og den blir kun sent ut på den porten hvor den PC’en er. En Switchkan 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 IP-adresser. Enrouter vil også lære seg hvilke MAC adresser som hører til hvilke IP-adresser. Dette lager deni en tabell, og vil slå opp i den tabellen, før pakka sendes ut. Da har pakka både riktig MACog IP adresse.g) Beskriv hvordan det er mulig å overføre en Ipv6 pakke i et Ipv4 nettverk?Man kan bruke ”tunneling”. En IPv6 pakke blir lagt inn i datadelen på en IPv4 pakke. Pakkenblir da overført i IPv4 nettverket, og kan bli ”pakket ut” når den skal gå i et IPv6 nettverk.h) Hva er VLAN? Gi en beskrivelse.VLAN står for Virtual Local Area Network. Før VLAN ble etablert, måtte man være fysisktilkoblet et LAN for å få alle ressurser tilgjengelig. Det er nemlig ikke vanlig å åpne opp foralle ressurser på et LAN for utenomverden. Slike interne ressurser kunne sperres ute fraomverdenen (internet) ved f.eks bruk av bridge eller router. Dette kunne bli et problem hvisen medarbeider ville arbeide hjemmefra, eller hans kontor ble fysisk flyttet til et annetnettverk (LAN). Løsningen ble VLAN. Ved bruk av denne standarden kan en medarbeiderarbeide som om han var fysisk tilkoblet et LAN, fra et annet LAN.Standarden for VLAN er IEEE 802.1Q. Den standarden beskriver bla. et nytt felt idatapakkene, som beskriver hvilket LAN pakken tilhører. IEEE 802.1Q må være implemertfor å kunne kjøre VLAN.Oppgave 2 (35%)a) Anta at du har laget et LAN, og du ønsker å teste om forbindelsen mellom deforskjellige maskinene er i orden. Hvordan kan du sjekke det?Man kan bruke ping, eller tracert.b) TCP og UDP er kjente protokoller i Internet. Hva er forskjellen mellom de?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 ikkeLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 5 av 11

ack-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.Anta at du (ditt firma) har fått tildelt adresseområdet 136.29.184.00 / 21 av din ISP.c) Hvor mange host kan du ha på dette nett?Vi finner først ut hvor mange bit det er i i hostdelen av adressen er 32-21= 11.Dvs antal host blir 2 11 -2= 2046d) Hva blir broadcastadressen på dette nett?En broadcastadresse har bare 1’ere i hostdelen av adressen. Vi ser på de to siste byte inettadressen:184.00 -> 10111000.00000000 (fet skrift angir hostdelen) . For å finne broadcastadressensetter vi 1’ere i hostdelen. Det gir:10111111.11111111 -> 191.255Broadcastadressen blir : 136.29.191.255Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 6 av 11

e) Nå har ditt firma bestemt seg for å dele sitt nettverk opp i 2 subnett, LAN1 og LAN2.Ditt firma er fortsatt lokalisert i en bygning, som kalles hovedkontor. Disse to LANønskes størst mulig. Hvilke IP adresser får LAN1 og LAN2, og hva blir masken?Man må bruke 2 bit av hostdelen for å lage 2 nett:Vi ser på de to siste byte i nettadressen:184.00 -> 10111000.00000000 fet skrift angir hostdelen, slik den var. Nå tar vi to bit avden delen, disse angis med kursiv. Vi får da følgendeadresser på LAN1 og LAN2:184.00 -> 10111010.00000000 -> 136.29.186.00 / 23 LAN1184.00 -> 10111100.00000000 -> 136.29.188.00 / 23 LAN2Masken blir altså: 255.255.254.00, eller slik som angitt på nettadressene for LAN1 ogLAN2f) Ditt firma planlegger nå en stor utvidelse, med mange eksterne kontorer. Hver avdisse kontorene skal kunne ha opp til 30 PC’er, som alle skal ha direkte tilkobling tilinternet. Ditt firma skal bruke av de IP-numrene som ble til overs etter subnettingen ioppgave e). Hvor mange slike eksterne kontorer kan de lage?Her er det 2 løsninger som er riktige. I den ene antar man at routeren er i en PC. I den andre errouteren ikke i en PC, da blir det 31 host.I løsning 1 antar vi at router er i en av disse PC’eneMed 5 bit til host får vi: 2 5 -2= 30. Det gir på 00 siden:10111000.00100000 -> 136.29.184.32 / 27 fra adressen10111001.11100000 -> 136.29.185.224 / 27 til-og-med adressenDet gir 2 4 -1 = 15På 11-siden får vi:10111110.00000000 -> 136.29.190.00 / 27 fra adressen10111111.11000000 -> 136.29.191.192 / 27 til-og-med adressenDet gir 2 4 -1 = 15Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 7 av 11

Totalt blir det 15+15= 30 eksterne kontorer, men med punkt-til-punkt forbindelsene blir detbare 29 eksterne kontorer (se utredning i punk h)I løsning 2 antar vi at router ikke er i en av disse PC’eneDa må vi bruke 6 bit til host, som gir får vi: 2 6 -2= 62. Det gir på 00 siden:10111000.01000000 -> 136.29.184.64 / 26 fra adressen10111001.11000000 -> 136.29.185.192 / 26 til-og-med adressenDet gir 2 3 -1 = 7På 11-siden får vi:10111110.00000000 -> 136.29.190.00 / 26 fra adressen10111111.10000000 -> 136.29.191.128 / 26 til-og-med adressenDet gir 2 3 -1 = 7Totalt blir det 7+7= 14 eksterne kontorerg) Disse eksterne kontorene skal tilkobles via et høyhastighet punkt til punkt forbindelse,i prinsippet slik som en ISDN forbindelse. Hva blir masken på disse punkt til punktforbindelsene?I et punkt til punkt forbindelse er det kun 2 host. Da er det nok med 2 bit i hostdelen. Det girmasken 255.255,255.252 , som også kan skrives: / 30h) Hvor mange IP numre har du nå igjen?Vi antar at alle de 30 eksterne kontorene skal ha sin punkt-til-punk forbindelse. Ved 30eksterne kontorer får vi:10111000.00000100 -> 136.29.184.04 / 30 fra10111000.00011100 -> 136.29.184.28 / 30 til-og-medDet gir 2 3 -1 = 7 punkt-til-punkt forbindelser på 00 siden og10111111.11100100 -> 136.29.191.228 / 30 fra10111111.11111100 -> 136.29.191.252 / 30 til-og-medDet gir 2 3 -1 = 7 punkt-til-punkt forbindelser på 11 siden7+7=14, dvs vi mangler 16 adresser til punkt-til-punk forbindelsene for alle 30 kontorene.Vi må da bruke av adresseområdet til et av de eksterne kontorene, slik at det da bare blir 29eksterne kontor igjen.Et eksternt kontoret har 32 IP numre. Vi tar 16, dvs det blir 16 IP-numre igjen der. Dessutenkan vi ikke bruke IP-numrene fra136.29.184.01 til 136.29.184.03, og 136.29.191.253 136.29.191.254, altså 6 IP-numre.Totalt får vi 16+6= 22 IP-numre igjen.Hvis vi tar utganspunkt i 14 eksterne kontorer får vi:Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 8 av 11

10111000.00000100 -> 136.29.184.04 / 30 fra10111000.00111100 -> 136.29.184.60 / 30 til-og-medDet gir 2 4 -1 = 15 punkt-til-punkt forbindelser på 00 siden og det holder. Vi bruker 14 av de.Hvert punkt-til-punk forbindelse har 4 IP-numre. Når et slikt blir til overs, får vi 4 numre her.På 11 siden bruker vi ikke fra10111111.11000000 -> 136.29.191.192 til10111111.11111110 -> 136.29.191.254Det blir 63 IP-numreDessuten kan vi ikke bruke IP-numrene fra136.29.184.01 til 136.29.184.03, og 136.29.191.253 136.29.191.254, altså 6 IP-numre.Det blir til sammen 4+63+6= 73 IP-numre igjenOppgave 3 (30%)a) 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.b) Hva er NAT, og hvordan virker det?Network Address Translator (NAT) brukes for å oversette IP-adresser mellom forskjelligenettverk. Den kan være implementert i en ruter, som gjør det mulig å ha mange PC’er medhver sin IP-adresse på den ene siden, og kun en IP-adresse på den siden som er ut motInternet.På den måten kan man få flere IP adresser. Man kan ha et stort nettverk ”hjemme”. AllePC’ene på dette nettverket kan være på Internet samtidig, men Internet ser bare en IP adressefra alle sammen.NAT oversetter ”fra IP adressen” og ”fra portnummer” som kommer fra en host på hjemmenettverket til den IP-adressen som routeren har ut mot Internet, og den velger en annen ”fraport-nummer”. Dette lagres i en NAT-tabell. Når så svaret kommer fra Internet, slår den opp iNAT-tabellen og finner ut hvem host som skal ha den pakka. Den skifter da ut ”til ipadressen”og ”til-portnummeret”, men det som står i tabellen. Slik får den riktige host på LANpakka.Følgende adresser er avsatt for bruk på private nettverk:(ref. RFC 1597)10.0.0.0 - 10.255.255.255172.16.0.0 - 172.31.255.255Løsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 9 av 11

192.168.0.0 - 192.168.255.255c) Hva er hovedoppgavene til lag 3 i OSI referanse modellen (som er det samme som lag3 i Internet Protokoll Stack, eller TCP/IP Stack)Lag 3 kalles nettlaget, og sørger for at data blir rutet igjennom et nettverk. Den må inneholdeprosedyrer som gjører at dataene finner veien i et nettverk.d) Du skal dimensjonere et singlemodus fiberoptisk anlegg. Kabelen har en dempning på0,3 dB/km. Dispersjonen er på 3,5 ps/(nm·km). Det brukes en laser med en innkobleteffekt på 0,0 dBm og med en spektral båndbredde på 1 nm. Innkoblingstapet vedmottageren er på 2 dB. Lengden på kabelen er 100 km. Fiberkabelen leveres i lengderpå 1 km. Skjøtetapet er 0,1 dB.i. Hvilken følsomhet må mottageren ha?Ps – Pim - 100· Pfiber - X· Pskjøt – Psystem = Pm0,0 – 2,0 – 100· (0,3+0,1) – 5,0 = PmPm = 0,0 – 2,0 – 40,0 – 5,0 = – 47 dBmVed bruk av 5 dB systemmargin må følsomheten være – 47 dBm eller bedre.ii.Hva er den største bithastigheten som kan brukes på dette anlegget?Med en kabel på 3,5 ps/(nm·km), en laser på 1 nm spektral båndbredde og 100km fiber blir den totale dispersonen:3,5 · 1 · 100 ps = 350 ps = 0,35 · 10 -9Båndbredden blir da: B= 0,44/(0,35 · 10 -9 )= 1,26 GHzUten digital koding av data kan man overføre 2 · 1,26 Gbit/s = 2,5 Gbit/se) Hvilke nettverkstopologier brukes i ZigBee?ZigBee kan konfigureres til å bruke forskjellige typer topologier; Punkt-til-punkt, stjerne,cluster tree og mesh.f) Hvilke frekvenser brukes i ZigBee?868 MHz, 915 MHz og 2,4 GHzLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 10 av 11

VEDLEGGFormel for båndbredde på fiber:B = 0, 44τLøsningsforslag til eksamen i ITF20205 – Datakommunikasjon - 03/12-2007 Side 11 av 11