Corsi di Reti di Calcolatori (Docente Luca Becchetti) Esercizi su strati di trasporto e di rete

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1 Corsi di Reti di Calcolatori (Docente Luca Becchetti) Esercizi su strati di trasporto e di rete 1. Si consideri un protocollo per il trasporto non affidabile di dati realtime. Il sender spedisce un pacchetto ogni T S ms. Ogni pacchetto ha un numero di sequenza. All aperture del canale tra sender e receiver il numero di sequenza è posto a 0 per entrambi. Il sender incrementa il numero di sequenza ad ogni spedizione. Per quanto riguarda invece il receiver, esso lavora in intervalli di dimensione T R (T R >= T S ). Precisamente, durante l intervallo (it R, (i+1)t R ], per i = 0, 1, 2,., il receiver si aspetta di ricevere il solo pacchetto avente numero di sequenza i. Qualunque altro pacchetto è scartato (a tale proposito si assuma che non sia possibile ricevere, neppure per errore, due pacchetti aventi lo stesso numero di sequenza). Esempio: T R 2T R 3T R 4T R Tempo Pacchetto scartato Scrivere le macchine a stati finiti del sender e del receiver. Sol.: il sender deve semplicemente inizializzare il contatore all inizio della trasmissione e poi trasmettere ogni T S ms un pacchetto con numero di sequenza incrementato di 1 rispetto al pacchetto precedente. Una possibile FSM è la seguente: Inizio i = 0; < start timer >; Sender T S ms trascorsi < Send packet with seq_no = i >; i++; < start timer >;

2 Il receiver, quando è avviato, deve inizializzare il proprio timer e porre a 0 il numero di sequenza iniziale. Gli eventi che a questo punto il receiver deve gestire sono due: - Scade il timer: in questo caso, se x è il valore corrente del numero di sequenza atteso, tale valore va incrementato di 1 unità (nel prossimo intervallo di T R ms il receiver si aspetta di ricevere il pacchetto con numero di sequenza x + 1) e il timer deve essere riavviato. - Arriva un pacchetto: se il numero di sequenza del pacchetto è quello atteso (memorizzato nella variabile i) allora accetta il pacchetto, altrimenti scartalo. Una possibile FSM corrispondente a tale comportamento è la seguente: (pacchetto ricevuto) && (no. seq.!= i) < Scarta pacchetto >; Inizio i = 0; < start timer >; (pacchetto ricevuto) && (no. seq. == i) < Accetta pacchetto >; Receiver T R ms trascorsi i++; < start timer >; Come cambia la FSM del receiver se si suppone che possano essere ricevute repliche di uno stesso pacchetto? 2. Si considerino due entità di trasporto A e B collegate attraverso un cavo di capacità 1Gbps in ciascuna direzione e con tempo di propagazione 2ms. Si assuma che tutti i pacchetti (dati o ) abbiano dimensione complessiva 1 Kbit e che il trasferimento da A a B avvenga con un protocollo di tipo Go-Back-N con timeout di 6ms e finestra di dimensione 1000 pacchetti. Si assuma che tutti i pacchetti giungano e siano accettati

3 senza errori a destinazione. Si stimi il throughput massimo ottenibile. Si discutano brevemente le ipotesi fatte per rispondere al quesito. Sol.: il tempo per trasmettere un pacchetto è 10-6 s. Assumendo tempi di elaborazione ai nodi trascurabili, la situazione è quella descritta nella figura sottostante: A B Pacchetti dati Pacch Pacch. 1 2ms 1ms 2ms Nuova trasmissione Come si vede dalla figura, il sender A impiega 1 ms a trasmettere una finestra di pacchetti e riceve l relativo all ultimo pacchetto spedito prima del timeout. Tale situazione si ripete. Quindi non si hanno ritrasmissioni. Il throughput si può calcolare osservando che A spedisce un blocco di 1000 pacchetti da 1Kbit, per un totale di 1Mbit, ogni 4 ms. Dunque il throughput in bit/s è 1Mbit/4ms = 0.25x10 3 Mbit/s = 0.25 Gbps. 3. Si stimi il throughput massimo ottenibile nello scenario descritto nell esercizio precedente assumendo di usare un protocollo di tipo Alternating Bit.

4 Sol.: nello scenario precedente, trascurando il tempo di trasmissione di un singolo pacchetto (10-3 ms) abbiamo che A è in grado di trasmettere 1Kbit di dati ogni 4ms, per un throughput di 1Kbit/4ms = 0.25Mbit/s. 4. Si consideri lo scambio di pacchetti tra due entità TCP A e B descritto dal seguente diagramma temporale (tutti i riscontri arrivano ad A prima che questa entità abbia terminato di assemblare un nuovo pacchetto da spedire): A B Nella figura il flusso dei dati è da A verso B e sono indicati i pacchetti di da B verso A. Si assuma che la MSS sia di 1500 byte, che la dimensione del buffer di ricezione di B sia 2000 byte, che il numero di sequenza iniziale scelto da A sia 0 e che B consumi i dati contenuti in ogni pacchetto ricevuto da A immediatamente dopo aver spedito l relativo ed entro l arrivo del prossimo pacchetto. - Si diano, per ognuno dei tre pacchetti spediti da A verso B, il numero di sequenza e la dimensione della parte dati. - Si diano, per ciascuno dei due pacchetti spediti da B verso A, il numero di riscontro e il valore (in byte) del campo RcvWin.

5 In entrambi i casi si assuma che la finestra di congestione sia infinita. Sol.: assumere finestra di congestione infinita significa che la finestra di trasmissione di A è determinata esclusivamente dalla finestra di ricezione di B. Il primo pacchetto spedito da A a B ha numero di sequenza iniziale 0 e parte dati di dimensione pari a min{mss, BufSize} = 1500 byte, dove BufSize è l ultima stima della porzione libera del buffer di ricezione di B da parte di A. Procedendo analogamente e considerando le ipotesi, i due pacchetti successivi spediti da A a B hanno numeri di sequenza e dimensione della parte dati seguenti: (1500, 500) e (2000, 1500). Gli spediti da B verso A hanno numero di riscontro e valore del campo RcvWin (1500, 500) e (2000, 1500) rispettivamente. 5. Si assuma che un entità TCP abbia, in ricezione, un buffer di 2 Kbyte. Si supponga che l applicazione destinataria dei dati sia in grado di leggere l intero contenuto del buffer in 10ms. Qual è la velocità massima del flusso di dati verso l entità TCP in considerazione in assenza di altre informazioni? Sol.: la velocità massima è quella alla quale il buffer di ricezione viene svuotato. Assumendo che esso sia sempre pieno ma che non si verifichi overflow, il ritmo di ricezione è esattamente pari al ritmo al quale il buffer è svuotato. Tale velocità è al massimo 2Kbyte/10ms = 0.2Mbyte/s. 6. Si supponga che un entita TCP debba spedire un messaggio di 18 Kbyte e che la MSS sia di 1 Kbyte. Si illustri l andamento della finestra di congestione per l algoritmo TCP di base in corrispondenza delle trasmissioni necessarie a inviare l intero messaggio, assumendo che i) tutti i segmenti spediti siano riscontrati dal ricevente, ii) il valore della finestra di congestione quando inizia la trasmissione del messaggio sia 1 e iii) il valore della soglia sia 4. E necessario motivare la risposta Sol.: si veda il funzionamento dell algoritmo di base per il controllo della congestione in TCP. 7. Si supponga che su un canale avente banda costante abbia luogo una connessione TCP tra A e B, con MSS = 1500 byte. A invia dati a B limitato soltanto dalla finestra di congestione. Si dia il valore del throughput medio del sistema quando l andamento della finestra di congestione è quello descritto in figura (la perdita si ha per valore della finestra di congestione pari a 10MSS), assumendo T = 10ms. Sol.: la situazione è descritta dalla figura seguente:

6 Finestra di congestione 10 5 T Trasmissioni In ogni intervallo di durata T viene trasmesso lo stesso numero complessivo di MSS, come appare dalla figura soprastante. Il numero complessivo N di MSS spedite in ciascun intervallo è il seguente: N = Σ i (5+i), dove i = 0, 1, 2, 3, 4 (quando A tenta di spedire 10 MSS contemporaneamente si ha perdita). Dunque: N = = 35MSS, per un totale di 52.5Kbyte in 10ms. Il throughput medio è dunque 52.5Kbyte/10ms = 5.25Mbyte/s. 8. Si consideri il seguente scambio di pacchetti tra due entità TCP A e B.

7 A B 15ms 10ms 20ms Si calcoli il valore del RTT (non il timeout!!) stimato da A dopo la ricezione del terzo pacchetto di, assumendo che tale valore sia 10ms quando A spedisce il primo pacchetto verso B e che il peso attribuito al campione più recente sia 0.1. Dare la formula esplicita di EstimatedRTT(3) (la stima ottenuta dopo la ricezione di i ) in funzione dei soli campioni. Sol.: si ricordi che la stima è calcolata nel modo seguente: EstimatedRTT = (1-x)EstimatedRTT + xsamplertt, dove nel nostro caso x = 0.1. Applicando la formula precedente ricorsivamente abbiamo: EstimatedRTT(1) = 0.9x10ms + 0.1xsampleRTT(1) = 0.9x10ms + 0.1x15ms = 10.5ms. EstimatedRTT(2) = 0.9xEstimatedRTT(1) + 0.1xSampleRTT(2) EstimatedRTT(3) = 0.9xEstimatedRTT(2) + 0.1xSampleRTT(3). L espressione esplicita di EstimatedRTT(3) si ottiene sostituendo ricorsivamente EstimatedRTT(2) con la sua espressione in funzione di EstimatedRTT(1) e SmapleRTT(2) e infine il primo con la sua espressione esplicita.

8 9. Si consideri la rete in figura. Si completi la tabella di routing al nodo A riportata sotto. Si assuma costo 0 da un nodo a se stesso. A 1 2 B D C E 1 Nota: se preferisce, lo studente puo calcolare i cammini minimi per semplice ispezione. Destinazione Prossimo router Distanza A B C D E Sol.: una possibile tabella è la seguente: Destinazione Prossimo router Distanza A A 0 B B 2 C B 3 D D 1 E B Si consideri la rete seguente:

9 2 1 A B E D C F 2 3 Si assuma di usare un algoritmo Distance Vector. Si assuma anche che tutti i router della rete divengano attivi all istante T = 0 e che le tabelle DV siano scambiate in modo sincrono con periodo 10s a partire dall istante 10s. Si dia la tabella di D: All istante T = 0s All istante T = 15s All istante T = 25s Sol.: gli aggiornamenti arrivano in modo sincrono ogni 10ms. Bisogna applicare l algoritmo appreso sul libro, ricordando che, agli istanti 15s e 25 s, D conosce il contenuto delle tabelle di instradamento dei vicini agli istanti 10s e 20 s rispettivamente. 11. Con riferimento alla figura dell esercizio precedente, si mostri l esecuzione dell algoritmo Link State (Dijkstra) al nodo D. Sol.: si veda esempio analogo svolto sul libro di testo. 12. Scrivere in Java i blocchi fondamentali di un server Web multithreaded che gestisce soltanto connessioni non persistenti. Descrivere gli aspetti di networking, gestione dei thread e degli stream indicando come commenti gli altri aspetti del processo (es: /* byte[] risposta = <Oggetto rischiesto dal client> */) Sol.: tenendo conto che si hanno connessioni non persistenti, il Web server deve chiudere la connessione ogni volta che un oggetto è trasferito al client. public class WebServer extends Thread { Socket clientsocket; public WebServer(String str, Socket client) {

10 } super(str); clientsocket = client; public static void main(string[] args) throws IOException { ServerSocket serversocket = null; try { serversocket = new ServerSocket(80); System.out.println("Server is coming up..."); } /* End try */ catch (IOException e) { System.err.println("Could not listen on port: X."); System.exit(1); } /* End catch */ while (true) { Socket clientsocket = null; try { clientsocket = serversocket.accept(); } /* End try */ catch (IOException e) { System.err.println("Accept failed."); System.exit(1); } /* End catch */ new WebServer("WebServer", clientsocket).start(); } /* End while */ } /* End metodo main() */ public void run() { try { BufferedOutputStream out = new BufferedOutputStream(clientSocket.getOutputStream()); BufferedInputStream in = new BufferedInputStream(clientSocket.getInputStream()); /* Leggi il pachetto HTTP di richiesta; */ /* Elabora pacchetto */ /* Costruisci pacchetto di risposta */ /* Invia pacchetto di risposta */ in.close(); out.close; clientsocket.close(); } /* End try */ catch (IOException e) {} } /* End metodo run() */ }