Tietoliikennearkkitehtuurit

1998: Kotitehtävä 6

• Deadline: su 25.10.1998 klo 24:00

• Kirjan luvut 2 (T_p:n, T_x ja a:n osalta), 4 ja 5.

Osatehtävä 1

Olet tentissä 1.9.1998 ja eteesi tulee seuraavanlainen tehtävä:

Ikkunointi (10 pistettä)

a) Olet siirtämässä 24 megatavun (24 MB) tiedostoa 1 Mb/s tietoliikenneyhteyden yli 2000 km päähän. Mikä on tiedoston lyhin mahdollinen siirtoaika (sekunteina) ja siirtotien suurin mahdollinen käyttöaste (prosentteina) kun käytössä ovat yhden kilotavun (1 kB) datapaketit ja siirtoprotokollana:

1. idle RQ -protokolla (ikkunankoko 1)
2. HDLC LAPB (ikkunankoko 7)
3. HDLC LAPD (ikkunankoko 127)

ja siirtotienä on:

• I kiinteän verkon vuokrayhteys, jonka yksisuuntainen siirtoviive on 18 ms
• II satelliittiyhteys, jonka yksisuuntainen (up-and-down) siirtoviive on 270 ms

Laske siis kunkin protokollan (1-3) suorituskyky kummankin yhteyden (I ja II) yli. Noin 10% laskentatarkkuus riittää, vaikutukseltaan tätä pienemmät seikat voit unohtaa. (7.5 pistettä)

b) Mitä voit päätellä kustakin protokollasta eri yhteyksillä ja yleisesti kaikista protokollista? (2.5 pistettä)

Alla on käytetty seuraavia suureita. Taulukossa suureet ovat esiintymisjärjestyksessä.

symboli	merkitys
Tp	(yhden paketin) siirtoviive
Tix	(yhden paketin) lähetysviive
a	siirtoviiveen ja lähetysviiveen suhde (Tp / Tix)
U	käyttöaste
K	ikkunankoko
Tt	siirtoaika koko tiedostolle
N	Lähetettävien pakettien määrä
T1 paketti	yhden paketin siirtoaika
Tikkuna	yhden ikkunan lähetysaika (K pakettia)
Tkuittaus	Se aika, joka menee odotellessa ikkunan 1. paketin kuittausta sen jälkeen kuin viimeinen ikkunan paketti on lähetetty matkaan.
N/K	Lähetettävien ikkunoiden määrä.

1. Tarkasta, onko tehtävässä ilmoitettu lukuja tavuina. Jos on, ilmoita ne bitteinä.

   Huomaa, kurssilla käytetään SI-järjestelmää.
   M = 10⁶ Tavut muutetaan biteiksi kertomalla kahdeksalla luku.

2. Laske teoreettinen minimiaika lähetykselle käyttäen yhtälöä:

   teoreettinen minimiaika = lähetettävän tiedoston koko / siirtonopeus

3. Mikä on kohdan I siirtoviive (T_p)?

4. Laske paketin lähetysviive (T_ix).

5. Laske a eli T_p / T_ix.

6. Laske yhteyden käyttöaste käyttäen yhtälöä:

   U = K / ( 1 + 2a )

7. Onko käyttöasteen tulos yli 100%? Jos on, käyttöaste on 100%.

8. Onko käyttöasteen tulos äärettömän pieni? Jos on, käyttöaste on 0%

9. Laske siirtoaika molemmilla seuraavilla tyyleillä (A ja B). Myöhemmissä laskuissa (alkaen osatehtävästä 2) voit käyttää itsellesi sopivaa tyyliä.

   Laskutyyli A

   siirtoaika (T_t) ~ teoreettinen minimiaika / käyttöaste

   Muista merkitsevät tekijät ja yleensä T_t >> 2 * T_p. Tästä syystä yllä oleva approksimaatio riittää.

   Laskutyyli B

   N _{lähetettävien pakettien määrä} = siirrettävän tiedoston koko / paketin koko

   Yhden paketin lähetysaika:

   T_{1 paketti} = T_ix + 2 * T_p

   idle RQ:

   Siirtoaika:

   T_t = N * yhden paketin lähetysaika eli

   T_t = N * T_{1 paketti}

   muut:

   Jos K > 1 + 2a

   eli ikkunan ensimmäisen paketin kuittausviesti perille ennenkuin kuin viimeinen paketti sarjasta (ikkunankoko) on lähetetty,

   voidaan paketit lähettää ilman taukoa:

   T_t = N * T_ix (+ 2 T_p)

   Suluissa oleva eli viimeisen paketin kuittausviive voidaan jättää laskuista pois merkityksettömänä, jos lähetetään isoja pakettimääriä (N * T_ix >> 2 T_p)

   Jos K < 1 + 2a

   eli ikkunan ensimmäisen paketin kuittausviesti ei tule perille ennenkuin viimeinen paketti sarjasta (ikkunankoko) on lähetetty,

   tulee odottaa ensimmäisen paketin kuittausviestiä aina kun on lähettänyt niin monta pakettia kuin ikkunankoko sallii.

   Ikkunallisen pakettien lähetysaika:

   T_ikkuna = K * T_ix

   Aika joka pitää odottaa 1. paketin kuittausta:

   T_kuittaus = T_{1 paketti} - T_ikkuna

   Siirtoaika voidaan siis laskea seuraavasti:

   T_t = N/K * T_ikkuna + (N/K - 1) * T_kuittaus + 2 * T_p

   Jälkiosa laskusta on, koska viimeiseksi odotamme viimeisen paketin kuittausta, emme ensimmäisen. Tämä ero on kuitenkin usein hyvin pieni ja merkityksetön kun N/K * T_ikkuna >> 2 * T_p joten voidaan myös approksimoida:

   siirtoaika:

   T_t = N/K * (T_ikkuna + T_kuittaus)

10. Toista kohdat 3, 5-9 yhteydelle II.

11. Toista nyt kohdat 6-9 yhteydelle I ja II HDLC LAPB:llä.

12. Toista nyt kohdat 6-9 yhteydelle I ja II HDLC LAPD:llä.

13. Muodosta taulukko tuloksista:

    protokolla	yhteys I		yhteys II
    	käyttöaste (%)	siirtoaika (s)	käyttöaste (%)	siirtoaika (s)
    idle RQ
    HDLC LAPB
    HDLC LAPD

14. Katso taulukkoa ja vastaa kysymykseen b)

Osatehtävä 2

Tästä lähtien tehtävissä vaaditaan vastaukseksi vain kohdan 13 tyylinen taulukko sekä tehtävässä olevien mahdollisien muiden kysymysten vastaukset. Jos taulukossa on kuitenkin vääränlaisia tuloksia, emme voi antaa osapisteitä. Jos välivaiheet on annettu, voi osapisteitä tulla.

Olet siirtämässä viiden megatavun (5 MB) tiedostoa 1 Mb/s tietoliikenneyhteyden (E1) yli n. 2000 km päähän. Mikä on tiedoston lyhin mahdollinen siirtoaika (sekunteina) ja siirtotien suurin mahdollinen käyttöaste (prosentteina) kun käytössä on kahden kilotavun (2 kB) datapaketit ja siirtoprotokollana on:

1. idle RQ-protokolla (ikkunakoko 1)
2. HDLC LAPB (ikkunakoko 15)
3. HDLC LAPD (ikkunakoko 127)

ja siirtotienä on:

• I vuokrayhteys optisesta kuidusta, jonka yksisuuntainen siirtoviive on 20 ms
• II satelliittiyhteys, jonka yksisuuntainen (up-and-down) siirtoviive on 245 ms

Laske kunkin protokollan (1-3) suorituskyky kummankin yhteyden (I ja II) yli. Noin 10% laskentatarkkuus riittää, vaikutukseltaan tätä pienemmät seikat voi unohtaa.

Osatehtävä 3

• a) Olet siirtämässä suurta tietomäärää tiedonsiirtoyhteyden yli. Käytät vakiomittaisia kehyksiä ja ikkunoivaa siirtokerroksen yhteyskäytäntö, jonka ikkunankoko on N. Yhteyden yksisuuntainen siirtoviive on D, datakehyksen lähetysaika on T ja kuittaussanoman lähetysaika on t. Johda kaava ikkunankoolle (kehyksinä), joka tarvitaan jotta siirtoyhteyden koko kapasiteetti pystytään käyttämään hyväksi: N >= f(D,T,t).

• b) Sovella johtamaasi kaavaa tapaukseen, jossa yhteyden siirtopakasiteetti C = 512 kb/s, yksisuuntainen siirtoviive D = 20 ms, datasanoman pituus on 4 kb ja kuittaussanoman pituus on 80 bittiä. Mikä tällöin on pienin riittävä ikkunankoko N, jotta tiedonsiirto pystytään pitämään jatkuvasti käynnissä?

• c) Kauanko edellisen kohdan tapauksessa vähintään kestää 8 MB tiedoston siirtäminen, jos käytössä on:
  1. idle RQ -protokolla (ikkunankoko 1),
  2. HDLC LAPB (ikkunankoko 7),
  3. HDLC LAPD (ikkunankoko 127)?

Osatehtävä 4

• a) Johda kaava tiedonsiirtoyhteyden maksimikäyttöasteen laskemiseksi käytettävän ikkunakoon sekä yhteyden siirtokapasiteetin ja -viiveen funktiona.

• b) Kaksi tietokonetta, joista toinen sijaitsee Espoossa ja toinen Oulussa, tarvitsevan välilleen yhteyden. Etäisyys näiden paikkakuntien välillä on 600 km. Oletetaan, että siirrettävänä on tiedosto, jonka koko on kahdeksan megatavua (8 MB). Tiedonsiirtoon käytetään
  • I optisesta kuidusta, jonka yksisuuntainen siirtoviive on 30ms, vuokrattua 2 Mb/s tietoliikenneyhteyttä. Käytössä on kilotavun (1 kB) datapaketit.
  • II satelliittista, jonka yksiuuntainen siirtoviive on 270 ms, vuokrattua 10 Mb/s tietoliikenneyhteyttä. Käytössä on kuuden kilotavun (6 kB) datapaketit.

  Mikä on tiedoston lyhin mahdollinen siirtoaika (sekunteina) ja siirtotien suurin mahdollinen käyttöaste (prosentteina) kun siirtoprotokollana on:

  1. Idle RQ
  2. HDLC LAPD:n versio, jossa käytetään ikkunakokoa 127

Palauta tehtävä palautusohjeiden mukaisesti. Muista tarkistaa, että saat palautuksestasi onnistumiskuittauksen kurssin sähköpostiautomaatilta.

Tämän sivun sisällöstä vastaavat tlarkin assarit, sähköposti: tlark@tcm.hut.fi
Sivua on viimeksi päivitetty 12.10.1998.
URL: http://www.tcm.hut.fi/Opinnot/Tik-110.300/1998/Tehtavat/tehtava_06.html