Problemas Tema 1 y 2 (2013)

Ejercicio Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación - 2º curso
Asignatura Introduccion a las Redes Telematicas
Año del apunte 2013
Páginas 10
Fecha de subida 12/11/2014
Descargas 5
Subido por

Vista previa del texto

INT TRODUC CCIÓ A LES XA ARXES TELEM MÀTIQUE ES PRO OBLEMES AMB SOL LUCIÓ Professors: Aguilar Igartua, Mónica Alins Delgado, Juanjo Altés Bosch, Jordi Barceló Arroyo, Francisco De la Cruz Llopis, Luis J.
Esparza Martín, Oscar Forne Muñoz, Jordi Martín Escalona, Israel Martín Faus, Isabel V.
Mata Díaz, Jorge Muñoz Tapia, José Luis Pallares Segarra, Esteve Serrat Fernández, Joan Soriano Ibáñez, Miguel TEM MA 1. INTR RODUCCIÓ A LES X XARXES TELEMÀT T IQUES.
Exerccici 1.1. Consiidereu els següents paràmettres per a una xarxa de com mmutació:         N: nº d’ennllaços entre du ues estacions A i B.
(N-1) és ell número de nodes n intermitjjos L: longitudd total del misssatge en bits.
B: velocitaat en bps de to ots els enllaçoos.
P: longitudd del paquet en e bits.
H: nº de biits de la capçaalera.
S: temps d’establiment d de la connexióó virtual previi a la transmisssió de dades + temps d’alliberam ment d’aquestta connexió viirtual.
D: retard de d propagació per a cada ennllaç en segons.
Nota 1. Considereuu que el retard de processam ment (Tp) en els e nodes de co ommutació éss insignificant..
Nota 22. Considereuu que els nodes dels extremss no processen n i no realitzen n S&F.
aa) Trobeu unna expressió del retard total ocasionat a l’’enviar el missatge d’A a B sobre una xaarxa de commutacció de circuiits i sobre uuna xarxa dee commutació de paquets ts tipus datag grama.
Determineeu en quines condicions c el retard serà menor m en funció de la longittud del missattge i el nombre dee enllaços N.
bb) Calculeu el e valor de P en funció de N, L i H que minimitzi el valor del reetard total perr a una xarxa de commutació c de paquets.
Exerccici 1.2. Donaada la xarxa de d commutaciió de paquets de la figura, si els paquets ts que es transsmeten tenen una longitud de 256 bytes, calculi el noombre màxim de paquets peer unitat de teemps (cadènciia) que es podden enviar dee A a B, tenintt en compte qque es fa serviir Store&Forw ward i les veloocitats dels en nllaços en kbpps que es donen a continuacció: aa) bb) cc) dd) B1 = B2 = 64kbps (Solu ució: cadènciaa=31.25 paqueets/seg) B1 = 56 kbbps i B2 = 64k kbps (Solucióó: cadència=27 7.34 paquets/sseg) B1 = 64 kbbps i B2 = 56k kbps (Solucióó: cadència=27 7.34 paquets/sseg) B1 = 128 kbps k i B2 = 12 28kbps (Solucció: cadència= =33.33 paquetts/seg) Exerccici 1.3. Una font (A) geneera un flux dee bits constan nt a 64 kbps cap c a B, a traavés d’una xaarxa de comm mutació de cirrcuits. Amb aq questa inform mació el node B, forma paq quets que seraan transmesos per la xarxa de commutacció de paquetss cap a C, totss amb una cap pçalera de 5 bytes.
b Si la cad adència de gen neració de paqquets és de 5000 μs, calculeu u: aa) bb) cc) dd) Utilitzacióó de l'enllaç. (S Solució: 37.5% %) Eficiència de l'enllaç. (S Solució: 16.6% %) Eficiència del protocol. (Solució: 44.44%) Cabal (throoughput). (So olució: 64 Kbpps) Exercici 1.4. Una empresa disposa de diverses sucursals cadascuna amb un ordinador i necessita actualitzar cap a la central de manera continuada la informació emmagatzemada en aquests ordinadors. El volum de dades que s’haurien de transferir des d’una sucursal a la central en cada actualització és de 100 Kbytes (en aquest exercici, a les velocitats de transmissió 1K=103, i en cas d’emmagatzematge d’informació, 1K=210). Per poder disposar d’aquest servei aquesta empresa es planteja la instal·lació d’una xarxa de comunicació de dades que permeti comunicar les sucursals amb la central. Després de consultar els possibles proveïdors, s’ha de decidir entre les dues opcions seguents: Opció A. Xarxa de commutació de circuits:     Velocitat del circuit de 64Kbps.
Temps d’establiment del circuit de 2 s.
Temps d’alliberament del circuit de 1 s.
Temps de propagació menyspreable.
Opció B. Xarxa de commutació de paquets:     Velocitat dels enllaços de 64 kbps.
Els paquets són de 256 bytes, formats per 20 bytes de capçalera i 236 bytes de dades d’usuari.
Temps de propagació menyspreable.
Temps de processat de paquet menyspreable.
Considerant que el sistema funciona correctament sense congestió ni bloqueig, responeu a les següents preguntes raonant els paràmetres que s’utilitzin.
a) Calculeu el temps necessari per transmetre des d’una sucursal a la central la informació a actualitzar en cadascuna de les opcions. (Solució: circuits=15.8 seg; paquets=13.88 seg) b) Raoneu com es podria modificar la millor de les opcions per aconseguir millorar el temps necessari per a l’actualització.
Exercici 1.5. Una xarxa de radioenllaços té les següents característiques:    Nombre de enllaços: N=20 Velocitat de transmissió de cada enllaç: B=64 kbps Distància mitja entre enllaços: d=30 km Es vol enviar un missatge de longitud L=24000 bits. Calculeu el temps total (des de que el primer node envia el primer bit del primer paquet, fins que és processat l’últim bit del missatge en el darrer node de commutació) suposant els dos casos següents: a) Commutació de paquets amb encaminament en datagrama, on:    Longitud del paquet: 1024bits (inclosa la capçalera).
Capçalera: 64 bits.
Temps de procés en cada node de commutació: 20 ms.
b) Commutació de paquets amb encaminament en circuit virtual, on:     Longitud del paquet: 1024bits (inclosa la capçalera).
Capçalera: 24 bits Temps de procés en cada node de commutació: 10 ms.
Temps d’establiment + Temps d’alliberament de la connexió: 0;5s Suposeu que en ambdós casos els paquets recorren el mateix camí, és a dir, passen pels N enllaços.
Suposeu que no hi ha cap error durant la transmissió. El primer node no processa els paquets però l’últim node si que ho fa. (Solució: datagrama= 1.202 seg; cv=1.39 seg).
Exercici 1.6. Un usuari vol veure una pel·lícula de 540MB (1MB = 220 bytes) i de durada 90 minuts. La pel·lícula està emmagatzemada en un servidor. Per enviar la pel·lícula, el servidor genera paquets de 1000 bytes dels quals 50 bytes són de capçalera. Per generar cada paquet del servidor tarda 6 ms. A continnuació, els paaquets passen per un enllaçç de velocitat B1 = 800 Kbp ps. Tot seguitt, s’arriba a un n node que trriga 10 ms a processar p cadaa paquet. Aquuest node enviia els paquets per un enllaçç de velocitat B2 = 1 Mbpss fins a la mààquina de l’usuari. El proggrama de reproducció en l’usuari l és caapaç de comeençar a reprodduir la pel·líccula abans de que aquesta s’hagi rebut completament (això s’anom mena streaming). A més ppermet configuurar el nombrre de minuts a esperar aban ns de començaar a reproduir.. Considereu que q els paqueets es transmetten per els enlllaços el més ràpid possiblee i que estan dedicats d excluusivament a la nostra transm missió.
aa) Calculeu la taxa en kbpss de pel·lículaa que ens propporciona la xarrxa. (Solució==760 Kbps).
bb) Calculeu el e nombre de minuts m mínim m que cal esperrar perquè la pel·lícula p es reeprodueixi sen nse talls, és a dir, d sense que falti informacció en cap mo oment. (Soluciió=9.33 minutts).
Exerccici 1.7. Una xarxa de com mmutació de ppaquets (datag grama) està formada per trees enllaços. L’enllaç interm medi (subxarxxa de transport) és d’alta velocitat (5 Mbps), M mentrre que els alttres dos (sub bxarxes d’accéés) son de 1 Mbps.
M A la ssubxarxa d’acccés es fan seervir paquets de 500 bytess, dels quals 150 1 bytes sónn de capçaleraa. A la subxaarxa de transpoort es fan serv vir paquets de 625 bytes, deels 375 bytes són s de capçaleera.
La suubxarxa de trransport no su ubstitueix less capçaleres de d la xarxa d’accés d per lees seves si no n que encappsula els paquuets que li arriben (afegeixx la seva cap pçalera). Com que el paqueet que arriba per la subxaarxa d’accés no es pot encap psular en un sool paquet a la subxarxa de transport, t es fr fragmenta.
Un coop rebut el paaquet a l’altree extrem de lla xarxa de trransport, el no ode intermig corresponent ha de desenncapsular (treuure capçaleres de transport) i reensamblarr (juntar de no ou) el paquet.
Un noode intermig triga t 2 ms en encapsular, ffragmentar i posar p els paqu uets en la cuaa de transmisssió. Un node intermig de la l xarxa de trransport, un ccop rebuts totts els fragmen nts triga 4 m ms en desencap psular, reensaamblar i posarr el paquet ressultant en la cuua de transmisssió.
S’assuumeix que ni el emissor nii el receptor re requereixen teemps de procéés. El retard dde propagació es pot assum mir nul. La lonngitud del misssatge a transm metre és de 35000 bytes.
Per a la xarxa d’acccés i la xarxa de d transport, ccalcular: aa) Utilitzacióó de l’enllaç.(S Solució: Accéés 97,087%, Transport 48,54 44%) bb) Eficiència de l’enllaç. (S Solució: Accéés 67,961%, Transport T 13,592%) cc) Eficiència del protocol. (Solució: Acccés 70%, Trannsport 28%) dd) Cabal. (Soolució: Accés 679,6 Kbps, T Transport 679,6 Kbps) Nota. Consideri com m a temps d’o observació Tobbs el temps tottal de transmisssió del missaatge.
Exerccici 1.8 A la xarxa de la figura f hi ha uunes diferènciies en la mida màxima dell paquet que es pot transm metre. Si un commutador ha de fragm mentar un paquet el resultaat són dos paaquets, un d’eells de longittud màxima i un altre amb la part restannt del paquet. El E reensamblaat dels paquetts es fa al destí final (no a cap node intermig).
Tots eels paquets tennen 40 bytes de d capçalera i la resta és infformació.
Calcuuleu el següentt: aa) Si tots ells enllaços fuuncionen a 1 0 Mbps deteerminar el caabal màxim dde transferènncia de informacióó (Cmax) que es pot assolirr en aquesta xarxa x entre orrigen i destinaació.(Solució: 9,480 Mbps) bb) Si el comm mutador B preesenta un temp mps de procés de 0,6 ms perr paquet (o fraagment) calcu uli quin serà el mààxim cabal al que podrà rebbre informació ó el destí (cab bal en regim ppermanent).(So olució: 9,480 Mbpps) Exerccici 1.9. El noode A vol enviiar un fitxer dee 5,393MB (1 1MB = 220byttes) al node B mitjançant laa xarxa de com mmutació de paquets p de la figura.
Com ees pot apreciaar en la figura,, la xarxa conssta de diversos enllaços entre ells un enlllaç satèl·lit.
Per a l’enllaç satèl·lit es considerra el següent:  Es consideera que el satèl·lit és geosttacionari, la qual q cosa vol dir d que el satèèl·lit orbita a 36000 km de la superfície s de laa terra.
 La velocittat de propagaació amb el ssatèl·lit es con nsidera que éss la velocitat de llum (c = 3·108 m/s).
 El maquinnari per a transsmetre per l’eenllaç satèl·lit introdueix un n retard de 10 ms, és a dir, amb a el maquinari en repòs, paassen 10 ms des que es dóna d l’ordre per p enviar el primer bit fin ns que finalment és transmès per l’antena sat atèl·lit.
 El satèl·litt introdueix un u retard de 1 3,4 ms, és a dir, des que el e satèl·lit repp un bit fins que q ho retransmett. En qualsevo ol cas, el satèl ·lit no commu uta ni encamin na (no realitzaa S&F).
Per alls enllaços terrrestres es conssidera el següüent:  El retard de d propagació és 6 ms per a cada enllaç.
 Els nodes intermedis o encaminadorss (R1, R2 i R3 3) requereixen n un temps dee procés de 2 ms m per encaminarr cada trama.
A méss es consideraa que:  El node deestinació final no requereix temps de procés.
 Tots els ennllaços (inclòss el satèl·lit) teenen una velo ocitat de transm missió de 10 M Mbps  Les trames que s’envien n a la xarxa ((per qualsevoll enllaç) tenen n 1500 bytes, dels quals 50 0 bytes són de cappçaleres.
Per a les consideraccions anteriors.
aa) Calculeu el e temps de traansmissió del fitxer.(Solució: 8,0902 s) bb) Prenent el e temps anterior com a temps d’observació, calculi c l’eficciència de l’enllaç satèl·lit.(S Solució: 5,59% %) Per els següents apartats es considera que:  Entre els nodes extrems de l’enllaç satèl·lit (A i R1) s’ha establert un mecanisme de control de flux basat en finestra lliscant.
 En aquest mecanisme de control de flux, el receptor (R1) envia un ACK per a cada trama rebuda.
 Els ACK s’envien per l’enllaç satèl·lit en el sentit contrari.
 Pot considerar que el temps de procés per generar el packet ACK és menyspreable i també que la seva mida és menyspreable però ha de considerar el temps de propagació i els retards de transmissió de l’ACK per l’enllaç satèl·lit.
Amb aquestes consideracions i considerant a més que la mida de la finestra de l’emissor a l’enllaç satèl·lit (A) és de 300 trames, calculi: c) La ocupació de la cua de recepció del node extrem de l’enllaç satèl·lit (R1) quan es rep la primera trama de la última finestra.(Solució: 433,66 paquets) d) En aquest cas, calculeu també el temps de transmissió del fitxer.(Solució: 8,0902 s) e) La màxima ocupació de la cua de recepció del node extrem de l’enllaç satèl·lit (R1).(Solució: 553,66 paquets) f) Quina és la mida de la finestra màxima a l’emissor A per que en una transmissió arbitràriament llarga l’ocupació de la cua de R1 no creixi indefinidament.(Solució: 264 paquets) TEM MA 2. ENLL LAÇ DE DADES.
D Exerccici 2.1. Una xarxa x de commutació de paaquets està formada per un tram fix d’1 kkm de distànccia que treballla a 10 Mbps, i un tram sense fils (viia radio) de 10 1 km que treeballa a 2 Mbbps. El proto ocol de comunnicacions del tram fix oblig ga a enviar reeconeixementss cada 4 paquets, mentre quue al tram sen nse fils cal ennviar un reconneixement cada paquet. Ell router (dispositiu que connecta les duues xarxes) esspera a rebre el reconeixem ment de l’últiim paquet abbans d’enviar el reconeixem ment al tram fix. Els paqu uets de dadess utilitzats teneen una mida de d 1000 bytess. La velocitatt de propagació del tram fiix és de 0,6c mentre m que enn tram sense fils és de c. Suposant S que ss’estableix un na comunicaciió entre una eestació del tram m fix i una alltra del tram sense s fils, quee no es produeeixen pèrduess i que la midaa del paquet dde reconeixem ment és menyspreable. Calcculeu: aa) La utilitzaació del tram fix f en%. (Soluució: 18,739% %) bb) La utilitzaació del tram sense fils en% . (Solució: 93,693%) cc) La utilitzaació del tram m fix assuminnt que la mid da del paquet de reconeixeement deixa de ser menyspreaable i és de100 0 bytes. (Soluució: 17,06%) Exerccici 2.2. Dos máquinas se conectan c meddiante un canaal tipo full-dup plex usando uun protocolo de d tipo Go-Back-N. Uno de d los termin nales envía paaquetes de tam maño fijo. Ell terminal recceptor reconoce dos paqueetes con un soolo paquete dee ACK. Los rreconocimienttos pueden ser tanto positivvos como neg gativos para ccada paquete, y además tien nen duración ddespreciable y están libres de d errores.
Utilicce la siguiente nomenclaturaa para denotarr los parámetro os del problem ma:      a) or de bit Pe: Probabbilidad de erro L: Tamañoo del paquete en bits TT: tiempoo de transmisión de paquetee TV: tiemppo desde el envío del pprimer bit del d primer paquete p hastaa la recepció ón del reconocim miento.
C: Capaciddad del enlacee en bps Encuentre teóricamentee la expresiónn del tiempo medio entre llegadas de paquetes. Parra ello e distinto dep pendiendo dee cuál es el paquete p deberá tenner en cuentaa que el compportamiento es erróneo. (S Solución: T=T TT(2-p)/2+TV··p/(1-p) con p= =1-(1-Pe)L ) bb) Calcule teóricamente laa tasa máxima de emisión de paquetes, paarticularizandoo para los sigu uientes =10-4, C=1Mb Mbps. (Solución n: 98,51 paq/ss) valores: L=10Kbits, Pe= Exerccici 2.3. Se prretende evaluaar un protocoolo a nivel de enlace entre dos máquinass A y B, coneectadas mediaante un canal de 1 Mbps. Los L paquetes ttienen un tamaño de 1000 bytes, b incluyeendo los 50 by ytes de cabeccera. El mecannismo de conttrol de flujo esstá basado en n una ventana deslizante quue consiste en enviar mo de V tram mas sin la conffirmación de que la tramaas continuameente hasta quee el emisor tieene un máxim estaciión receptora B los ha recib bido correctam mente. V es el tamaño de la ventana. Si eel reconocimieento de que unn paquete se ha h recibido co orrectamente lllega antes dee transmitir tod dos los paquet etes de la venttana, el númerro de paquettes que se pu ueden transmiitir sin confirrmación vuelv ve a ser V. C Cuando la esstación transm misora A hayaa enviado los V paquetes dde la ventana no podrá env viar nada máss hasta que reciba el reconocimiento AC CK. Los recon nocimientos see envían cadaa T ms de form ma determinissta una vez reecibido p paqueete de la venntana. El tiem mpo de transm misión de loss paquetes ACK se el priimer bit del primer considdera despreciaable, así como o los tiempos dde propagació ón y proceso.
Dado que el tamaaño de la veentana es de 2 paquetes, que T vale 24ms y connsiderando que los reconocimientos soon todos positiivos: Dibuje el cronograma correspondiennte, calcule el e tiempo de transferenciaa de un menssaje de 114.000bits, la utilización del enlacce y el númerro de reconoccimientos. (Soolución: T=19 92 ms, =0,625 y #ACKs=8).
bb) Si ahora V es de 3 paquetes y T de 16ms, reccalcule los parámetros del el apartado an nterior.
(Solución:: T=128 ms, =0,9375  y #A ACKs=8).
c) Para un T en concreto o, ¿es conveniiente aumentaar el tamaño de la ventanna? ¿Es conveeniente aumentar T y V indefinidamente? dd) Si se recibbe un paquette erróneamennte (sólo uno)) y el protoco olo reenvía toodos los paqu uetes a partir del erróneo, calcu ule el retardo máximo y ell número de reeconocimientoos en el peor de los l situacioness anteriores. ((Solución: casso a) T=216 ms, m 8 ACKs y 1 NACK. Caso C b) casos de las T=144 mss, 8 ACKs y 1 NACK).
aa) Exerccici 2.4. Duess estacions A i B envien trrames de 1800 0 Bytes a unaa tercera estacció C mitjanççant un mitjà compartit dee velocitat 1M Mbps. Les traames tenen 50 0 Bytes d’overhead (capçaaleres). En ell medi supossarem el tempps de propagacció menyspreeable. Els ACK K s’envien peel mateix mitjtjà compartit i tenen una loongitud de 75 Bytes. S’utilitza un algorissme tipus Aloh ha on:     L’algorism me transmet lees trames que ttroba a la cua de l’enllaç.
Si es produueix una col·llisió, no es rebbrà el correspo onent ACK.
En cas de no rebre l’AC CK, s’espera uun temps deterrminista per reetransmetre.
Abans de transmetre t una nova trama de la cua s’haa d’haver finallitzat amb la tr transmissió o retransmisssió de la tram ma anterior.
A l’estació A:  L’aplicació emissora genera dades per omplir una trama cada 80ms. Amb aquestes dades es genera una trama i aquesta trama es col·loca a la cua de l’enllaç compartit.
 En cas de no rebre l’ACK, l’algorisme de back-off que segueix aquesta estació és determinista i consisteix en esperar 30ms.
A l’estació B:  L’aplicació emissora genera dades per omplir una trama cada 40ms i la resta del procés és igual que a l’altre estació.
 En cas de no rebre l’ACK, l’algorisme de back-off que segueix aquesta estació és determinista i consisteix en esperar 50ms.
Atès que les dues estacions inicien les seves transmissions en l’instant 0ms: a) Calculeu el throughput que aconseguirà cada màquina. (Solució=175 Kbps).
b) Calculeu l’ocupació en Bytes de les cues de nivell d’enllaç de cadascuna de les estacions després de 800ms. (Solució=18000 bytes).
...