ΗΜΥ 654: ίκτυα Υπολογιστών Τελική Εξέταση 8 εκεµβρίου 2004 Η εξέταση αποτελείται από δύο µέρη. Απαντήστε όλες τις ερωτήσεις του Μέρους Ι και 3 από

Transcript

1 ΗΜΥ 654: ίκτυα Υπολογιστών Τελική Εξέταση 8 εκεµβρίου 004 Η εξέταση αποτελείται από δύο µέρη. Απαντήστε όλες τις ερωτήσεις του Μέρους Ι και από τις 6 ερωτήσεις του Μέρους ΙΙ Πάντοτε οι απαντήσεις σας θα πρέπει να είναι σύντοµες αλλά ακριβείς! Κάθε ερώτηση από το Μέρος Ι αξίζει 5 µονάδες και κάθε ερώτηση από το Μέρος ΙΙ αξίζει 5 µονάδες Μέρος I. Τι είναι το Address Resolution Protocol (ARP) και πως λειτουργεί;. Υποθέστε πως ορίζετε µια νέα έκδοση της επικεφαλίδας του TCP η οποία υποστηρίζει µετ επιστροφή καθυστέρηση (RTT) 00msec, εύρος ζώνης 00Mbps και µέγιστη ζωή πακέτου στο δίκτυο 50 δευτερόλεπτα. Πόσα bits χρειάζονται για το παράθυρο και πόσα για τον αύξων αριθµό κάθε πακέτου; Υπολογίστε τον ακριβή αριθµό bits που χρειάζονται για τα δύο αυτά πεδία.. Γιατί η µέγιστη ζωή ενός πακέτου στο δίκτυο, T, πρέπει να είναι αρκετά µεγάλη έτσι ώστε να εξασφαλίζεται ότι τόσο το πακέτο αλλά και όλες οι επαληθεύσεις έχουν φύγει από το δίκτυο; 4. Πιες υπηρεσίες παρέχει το User Datagram Protocol (UDP) για να δικαιολογεί την ύπαρξη του; 5. Ένας υπολογιστής είναι συνδεδεµένος σε δίκτυο 6-Mbps και ρυθµίζεται σύµφωνα µε τον αλγόριθµο token bucket. Ο κάδος (bucket) γεµίζει µε ρυθµό Mbps. Υποθέτουµε πως ο κάδος είναι αρχικά πλήρως γεµάτος µε Mb. Για πόσο χρόνο µπορεί ο υπολογιστής να µεταδίδει µε το µέγιστο ρυθµό 6 Mbps? 6. Γενικά η µετ επιστροφή καθυστέρηση (RTT) είναι µια τυχαία µεταβλητή που εξαρτάται από διάφορες παραµέτρους (καθυστέρηση διάδοσης, συµφόρηση, κλπ.). Συχνά η µετ επιστροφή καθυστέρηση έχει µεγάλη διασπορά (variance) έτσι που η επιλογή του κατάλληλου χρονοµέτρου για την επαναµετάδοση ενός πακέτου (TCP TimeOut) να γίνεται πολύ δύσκολη. Περιγράψτε ένα µηχανισµό (ο οποίος µπορεί να έχει ήδη εφαρµοστεί σε κάποιες εκδόσεις του TCP) ο οποίος επιλύει αυτό το πρόβληµα. 7. Πια τα προβλήµατα τα οποία αντιµετωπίζει το TCP µε την εξέλιξη των νέων δικτύων υψηλής απόδοσης. Πώς αυτά τα προβλήµατα µπορούν να αντιµετωπιστούν; 8. Γιατί ο αλγόριθµος ελέγχου συµφόρησης του TCP δεν είναι κατάλληλος για τα Ad-Hoc ίκτυα; Επιγραµµατικά περιγράψτε πώς το πρωτόκολλο Ad-Hoc Transmission Control Protocol (ATCP) λειτουργεί για να επιλύσει πιθανά προβλήµατα µε το TCP; 9. Υποθέστε το πρωτόκολλο Random Early Detection RED µε MinThreshold = 50, MaxThreshold= 00, µέγιστη χωρητικότητα της ουράς (maximum buffer size) =50 και maxp= 0.. Σχεδιάστε τη συνάρτηση που δίδει την πιθανότητα απόρριψης πακέτου για όλες τις τιµές του µέσου µήκους ουράς. Υποθέστε πως ένα πακέτο φτάνει όταν το µέσο µήκος ουράς είναι 60, πια η µικρότερη πιθανότητα να απορριφθεί το συγκεκριµένο πακέτο; Πια η µικρότερη πιθανότητα να απορριφθεί το πακέτο εάν το µέσο µήκος της ουράς ήταν 45; 0. Τι είναι οι επιθέσεις απώλειας υπηρεσίας (Denial of Service attacks) και ποιοι οι γενικοί τρόποι τους οποίους εκµεταλλεύονται οι επιτιθέµενοι για να πετύχουν τον στόχο τους;

2 . Υποθέστε πως ο παραλήπτης στην προσπάθεια του να ελέγξει τον καταιγισµό (burst) από τον αποστολέα καθυστερεί την επιστροφή των επαληθεύσεων µέχρις ότου να υπάρχει αρκετή ελεύθερη ενδιάµεση µνήµη. Πια τα πιθανά προβλήµατα αυτής της στρατηγικής; Πώς επιλύονται αυτά τα προβλήµατα;. Υποθέστε πως µια ζεύξη -Mbps µοιράζεται από 5 TCP και 5 UDP πηγές. Το µέγιστο παράθυρο των πηγών TCP είναι 50KB. Οι πηγές UDP µεταδίδουν µε ρυθµό 5KB το δευτερόλεπτο. Ποίος ο µέγιστος ρυθµός µετάδοσης που µπορεί να επιτευχθεί από τις πηγές TCP και UDP;. Ποια η βασική διαφορά µεταξύ της δροµολόγησης IP και MPLS; 4. Μια εφαρµογή µετάδοσης φωνής πάνω από το πρωτόκολλο IP δηµιουργεί δείγµατα φωνής (voice samples) µε ρυθµό 8KBytes το δευτερόλεπτο και τα τοποθετεί σε πακέτα τα οποία περιέχουν 0msec και τα αποστέλλει µέσα από µια ζεύξη Gbps µε καθυστέρηση διάδοσης (propagation delay) 00msec. Πόση η µέγιστη, ελάχιστη και µέση καθυστέρηση πακεταρίσµατος (packetization delay); 5. Συγχαρητήρια, µόλις κερδίσατε το jackpot! Μπορείτε να επιλέξετε µια από τις ερωτήσεις έως 4 και θα πάρετε επιπρόσθετες µονάδες ίσες µε το διπλάσιο των µονάδων που πήρατε στην επιλεγόµενη ερώτηση. 6. Σε συνέδριο της IETF µε θέµα τη µετάδοση φωνής πάνω από το πρωτόκολλο IP (VoIP), ένας ερευνητής από την εταιρεία WasteBandwidth.com Co Ltd. εξηγεί πως η δηµιουργία πακέτων µε δείγµατα 0msec είναι σοβαρό πρόβληµα για της εφαρµογές της εταιρείας του ειδικά όταν ο παραλήπτης είναι σε µεγάλη απόσταση ή όταν η διαδροµή περνά από κόµβους που υποφέρουν από συµφόρηση. Για αυτό το λόγο προτείνει ένα νέο πρωτόκολλο στο οποίο τα δείγµατα φωνής αποστέλλονται στον παραλήπτη άµεσα. Πια η θέση σας; 7. Στα πλαίσια της ασφάλειας δικτύων τι είναι το σύστηµα intrusion detection system (IDS) και ποιες γενικές µέθοδοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για αυτό το πρόβληµα; 8. Η τράπεζα GiveMeMoney (GMM) Ltd., χρησιµοποιεί τον αλγόριθµο RSA και επέλεξε p= και q=5. Σαν αποτέλεσµα, n=pq=5 και z=(p-)(q-)= 8. Στην συνέχεια GMM επέλεξε e= and d=. Τέλος δηµοσιεύει στην ιστοσελίδα της το (5, ) και κρατά µυστικό το (5, ). Εάν εσείς θέλετε να µεταφέρετε 7 στον λογαριασµό µε αριθµό, πως θα το στέλλατε στην τράπεζα (χρησιµοποιήστε το σχήµα <Account Number=*, Amount= *>)? Υποθέστε πως η GMM παρέλαβε από εσάς το ακόλουθο µήνυµα <Account Number=, Amount= >. Πως το αποκωδικοποιεί; 9. Υπάρχει τρόπος έτσι που να µπορούν ο Bob και η Alice να συµφωνήσουν σε ένα κοινό κλειδί χρησιµοποιώντας το δίκτυο το οποίο επιβλέπει η Trudy χωρίς αυτή να µπορεί να αποκωδικοποιήσει το κλειδί; Εάν ναι, υπάρχει τρόπος η Trudy να παρέµβει και ωα ξεγελάσει και τους δύο; Εάν όχι, τι πρέπει να κάνουν ο Bob και η Alice έτσι που να µπορούν να ανταλλάξουν ασφαλισµένα το κοινό τους κλειδί (φυσικά υποθέστε πως δεν µπορούν να συναντηθούν ή να ανταλλάξουν το κλειδί από το τηλέφωνο); 0. Πιες οι δυνατές µέθοδοι για παροχή εγγυήσεων ποιότητας υπηρεσιών σε εφαρµογές δικτύων;. Υποθέστε πως µια πηγή δηµιουργεί πακέτα µήκους KB σύµφωνα µε κατανοµή Poisson µε µέσο ρυθµό 900 πακέτα το δευτερόλεπτο. Όλα τα πακέτα προωθούνται µέσα από δροµολογητές και ο κάθε ένα χρειάζεται msec για να προωθήσει ένα πακέτο από την θύρα εισόδου στη θύρα εξόδου. Σε ένα πείραµα στο συγκεκριµένο δίκτυο βρίσκεται ότι η µέση καθυστέρηση από την πηγή στον δέκτη είναι σηµαντικά µεγαλύτερη από τα αναµενόµενα

3 msec οπόταν συµβουλεύστε τον υπεύθυνο του δικτύου. Αυτός σας εξηγεί πως η διαφορά είναι λόγω της καθυστέρησης διάδοσης. Τι νοµίζετε;. Υποθέστε πως το µονοπάτι από το A στο E πηγαίνει µέσω των ζεύξεων AB µε χωρητικότητα 00Mbps και καθυστέρηση διάδοσης 0ms, BC µε χωρητικότητα 50Mbps και καθυστέρηση διάδοσης 0ms, CD µε χωρητικότητα Gbps και καθυστέρηση διάδοσης 50ms και τέλος την ζεύξη DE µε χωρητικότητα 50Mbps και καθυστέρηση διάδοσης 0ms. Αρχικά ο κόµβος A έχει εκτίµηση της µετ επιστροφής καθυστέρησης RTT= 00ms. Στην συνέχεια παραλαµβάνει το επόµενα 5 δείγµατα RTT: 0ms, 0ms, 0ms, 40ms and 50ms. Πια η νέα εκτίµηση του RTT δεδοµένου ότι το βάρος που δίνεται σε νέες µετρήσεις είναι /8;. Για το δίκτυο της ερώτησης, υποθέστε πως η αρχική εκτίµηση της διασποράς είναι 0. Πώς θα υπολογίζεται το χρονόµετρο TCP timeout αφού παραλειφθούν τα 5 νέα δείγµατα; 4. Υποθέστε µια πηγή TCP η οποία µεταδίδει την ακόλουθη σειρά από πακέτα: Χρόνος (ms) SeqNumber Επίσης παραλαµβάνει την ακόλουθη σειρά από επαληθεύσεις Χρόνος (ms) AckNumber 4 5 Υποθέστε πως η αρχική εκτίµηση του RTT (στο χρόνο 0) είναι 00ms. Υπολογίστε την νέα εκτίµηση RTT που προκύπτει από την παραλαβή των 5 επαληθεύσεων. Υποθέστε επίσης πως το βάρος της νέας µέτρησης είναι /8. 5. Σε 0 χρόνια σαν απόφοιτος του Τµήµατος σας ζητείται να µιλήσετε µε τους νέους µεταπτυχιακούς φοιτητές. ώστε ένα λόγο για τον οποίο θα πρέπει να πάρουν το συγκεκριµένο µάθηµα (ΗΜΥ 654). ώστε ένα λόγο για τον οποίο δεν πρέπει να το πάρουν. ΜΕΡΟΣ II. Φανταστείτε πως το two-way handshake σε αντίθεση µε το three-way handshake χρησιµοποιούταν για την αρχικοποίηση µιας νέας σύνδεσης. Με άλλα λόγια το τρίτο µήνυµα δεν ήταν υποχρεωτικό. Υπάρχει περίπτωση αδιεξόδου; ώστε ένα παράδειγµα ή δείξτε πως δεν υπάρχει αδιέξοδο.. Σχεδιάστε την µηχανή πεπερασµένων καταστάσεων για τον ποµπό και το δέκτη όταν αυτοί χρησιµοποιούν το επιλεκτικής επαναµετάδοσης (selective repeat). Υποθέστε πως το πεδίο του αύξοντος αριθµού είναι µήκους bits. Επίσης υποθέστε πως το δίκτυο δεν µπορεί να απολέσει επαληθεύσεις και ότι µπορεί να απολέσει µόνο τα πακέτα µε αριθµό 0 ή, αλλά όχι οποιοδήποτε άλλο πακέτο.. Υποθέστε πως το TCP εφαρµόζει µια προέκταση η οποία επιτρέπει στο παράθυρο να έχει µέγεθος αρκετά µεγαλύτερο από 64 KB. Υποθέστε πως χρησιµοποιείται αυτή την προέκταση µέσα από µια ζεύξη -Gbps µε µετ επιστροφής καθυστέρηση (round trip RTT latency) 00 msec για να µεταδώσετε ένα αρχείο µεγέθους 0MB. Εάν το TCP στέλνει πακέτα KB (υποθέτοντας ότι δεν υπάρχει συµφόρηση και ότι δεν χάνονται πακέτα)

4 a. Πόσα διαστήµατα RTTs χρειάζονται µέχρι που το slow start να ανοίξει το παράθυρο στο MB; b. Πόσα διαστήµατα RTTs χρειάζονται µέχρι που να αποσταλεί ολόκληρο το αρχείο; c. Εάν ο χρόνος που χρειάζεται για να σταλεί το αρχείο δίνεται από τον αριθµό των διαστηµάτων RTT επί την καθυστέρηση της ζεύξης ποιο το throughput της µετάδοσης; Τι ποσοστό του εύρους ζώνης της γραµµής χρησιµοποιείται; d. Υποθέτοντας πως το threshold από το οποίο ξεκινά η φάση αποφυγής της συµφόρησης (congestion avoidance) είναι 500KB. Πόσα διαστήµατα RTT χρειάζονται για την αποστολή του αρχείου; 4. Υποθέστε ένα αλγόριθµο ελέγχου συµφόρησης ο οποίος µεταβάλλει το παράθυρο σύµφωνα µε additive increase multiplicative decrease (δηλαδή το παράθυρο αυξάνεται γραµµικά και µοιράζεται στα δύο όταν ανιχνευτεί συµφόρηση και δεν χρησιµοποιείται το slow start). Επίσης υποθέστε πως ο αλγόριθµος δουλεύει µε µονάδες πακέτων αντί για bytes και ξεκινά κάθε σύνδεση µε παράθυρο ίσο µε ένα πακέτο. Σχεδιάστε την χρονική εξέλιξη του παραθύρου. Υποθέστε πως η καθυστέρηση είναι µόνο εξ αιτίας της διάδοσης (άπειρη χωρητικότητα µετάδοσης). Επίσης υποθέστε πως όταν µια οµάδα πακέτων παραληφθούν, µόνο µια επαλήθευση επιστρέφεται στον αποστολέα. Σχεδιάστε το παράθυρο συµφόρησης σαν συνάρτηση της µετ επιστροφής καθυστέρησης (RTT) για την περίπτωση όπου τα ακόλουθα πακέτα έχουν απολεσθεί: 9, 5, 0 and 49. Επίσης υποθέστε ένα τέλειο µηχανισµό ανίχνευσης απολεσθέντων πακέτων όπου ο αποστολέας ανιχνεύει απολεσθέντα πακέτα ακριβώς RTT µετά που έχουν µεταδοθεί. 5. Υποθέστε το δίκτυο που φαίνεται στο πιο κάτω σχήµα το οποίο αποτελείται από οκτώ hosts H,,H8 και επτά δροµολογητές R,,R7 ο καθένας εκ των οποίων είναι πολύ πιο γρήγορος από τις ζεύξεις τις οποίες υποστηρίζει. H H5 H R R 4Mbps R4 4Mbps R5 R6 H6 H R R7 H7 H4 H8 Όλες οι ζεύξεις είναι full-duplex και το εύρος ζώνης της κάθε µιας φαίνεται στο σχήµα. είξετε ποιοι δροµολογητές δεν µπορούν ποτέ απολέσουν πακέτα λόγω συµφόρησης και ποιοι πιθανόν να υποφέρουν από συµφόρηση. Για τους δροµολογητές που υπάρχει δυνατότητα συµφόρησης, δείξετε πιθανά σενάρια συµφόρησης. 6. Υποθέστε πως ένας δροµολογητής έχει τρεις εισερχόµενες ροές και µια έξοδο. Ο δροµολογητής την ίδια στιγµή έχει παραλάβει όλα τα πακέτα που περιγράφονται στον πιο κάτω πίνακα µε την σειρά που φαίνεται στον πίνακα. Όταν τα παρέλαβε, η θύρα εξόδου

5 ήταν απασχοληµένη αλλά όλες οι ουρές ήταν άδειες. ώστε τη σειρά µε την οποία θα µεταδοθούν τα πακέτα εάν χρησιµοποιηθούν οι πιο κάτω αλγόριθµοι. a. Round robin b. Fair queueing c. Waited fair queuing όπου η ροή έχει βάρος και οι υπόλοιπες δύο ροές έχουν βάρος. Packet Size Flow