Компьютерные сети. 6-е изд.

Вопросы и задачи

1. Вы установили канал связи между двумя средневековыми замками в виде обученного ворона, переносящего свиток из замка-отправителя в замок-получатель, находящийся за 160 км. Ворон летит со средней скоростью в 40 км/ч и переносит один свиток за раз. Каждый свиток содержит 1,8 ТБ данных. Вычислите скорость передачи данных по этому каналу при отправке (а) 1,8 ТБ данных; (б) 3,6 ТБ данных; (в) бесконечного потока данных.

2. Каждый день все больше устройств подключается к IoT-сетям. Помимо прочего, IoT упрощает наблюдение за собственностью и контроль потребления коммунальных услуг. Но любую технологию можно использовать как во благо, так и во зло. Обсудите возможные недостатки IoT.

3. Беспроводные сети уже обогнали проводные по популярности, несмотря на то что их пропускная способность обычно меньше. Приведите две причины этого явления.

4. Вместо покупки своего собственного аппаратного обеспечения небольшие компании часто размещают оборудование в дата-центрах. Обсудите достоинства и недостатки этого подхода с точки зрения как компании, так и ее пользователей.

5. Альтернативой LAN может служить большая система с разделением времени, с терминалами для всех пользователей. Приведите два преимущества клиент-серверной системы, использующей LAN.

6. На быстродействие клиент-серверной системы очень сильно влияют две основные характеристики сети: пропускная способность сети (сколько битов в секунду она может передавать) и время задержки (через сколько секунд первый бит, отправленный с клиента, попадет на сервер). Приведите пример сети с высокой пропускной способностью и большим временем задержки. А затем — пример сети с низкой пропускной способностью и низким временем задержки.

7. Одним из факторов, влияющих на задержку при коммутации пакетов с промежуточным хранением данных, является время, требуемое для сохранения и отправки пакета далее через коммутатор. Окажет ли время коммутации в 20 мкс существенное влияние на задержку при ответе клиент-серверной системы, в которой клиент находится в Нью-Йорке, а сервер — в Калифорнии? При этом скорость распространения сигнала по медному и оптическому кабелю составляет 2/3 скорости света в вакууме.

8. Сервер отправляет пакеты клиенту через спутник. Прежде чем достичь места назначения, пакеты должны пройти через один или несколько спутников. В спутниках используется коммутация пакетов с промежуточным хранением данных со временем коммутации в 100 мкс. Если полное расстояние, проходимое пакетами, равно 29 700 км, то через сколько спутников должны пройти пакеты, учитывая, что на коммутацию пакетов приходится 1 % задержки?

9. Клиент-серверная система использует спутниковую сеть, причем спутник находится на высоте 40 000 км. Чему равна минимально возможная задержка ответа на запрос?

10. Сигнал движется со скоростью, составляющей 2/3 скорости света в вакууме, и попадает в место назначения через 100 мс. Какое расстояние он прошел?

11. Сегодня, когда практически у всех есть домашние компьютеры или мобильные устройства, подключенные к сети, стали возможны мгновенные голосования по важным законопроектам. Когда-нибудь законодательные органы вообще можно будет упразднить, а люди будут выражать свою волю непосредственно. Положительные стороны прямой демократии очевидны; подумайте, какие у нее могут быть недостатки.

12. Необходимо подключить пять маршрутизаторов к двухточечной сети. Каждую пару маршрутизаторов можно соединить линией с высокой, средней, низкой скоростью или вообще не соединять. Если генерация и оценка каждой топологии занимает у компьютера 50 мс, то сколько займет оценка их всех?

13. Пусть дана группа из 2n – 1 маршрутизаторов, связанных между собой в централизованном бинарном дереве, по одному маршрутизатору в каждом узле дерева. Маршрутизатор i взаимодействует с маршрутизатором j, отправляя сообщение в корневой узел дерева. Далее корневой узел пересылает сообщение вниз, в узел j. Выведите приближенное выражение для среднего количества транзитных участков сети, проходимых сообщением, для больших значений n. Предполагается, что все пары маршрутизаторов равновероятны.

14. Недостаток широковещательной подсети — бесполезная трата ресурсов при одновременной попытке нескольких хостов получить доступ к каналу связи. В качестве упрощенного примера представьте себе, что время поделено на дискретные интервалы и каждый из n хостов пытается воспользоваться каналом с вероятностью p в каждом интервале времени. Какая доля интервалов будет расходоваться впустую из-за конфликтов?

15. В вычислительных сетях и других сложных системах, вследствие большого количества взаимодействий между компонентами, зачастую невозможно уверенно предсказать, когда случится что-то плохое. Как это учитывается при разработке сетей?

16. Объясните, почему канальный, сетевой и транспортный уровни добавляют к полезным данным информацию об источнике и месте назначения.

17. Сравните канальный, сетевой и транспортный уровни на предмет возможных гарантий, предоставляемых ими высшим уровням.

Гарантия

Уровень

Доставка в режиме «лучшее из возможного»

Сетевой

Надежная доставка

Транспортный

Доставка с сохранением порядка

Транспортный

Абстракция байтового потока

Транспортный

Абстракция двухточечных соединений

Канальный

18. Все уровни сети взаимодействуют с расположенным ниже уровнем через интерфейс. Укажите, интерфейсу какого уровня принадлежит каждая из приведенных ниже функций:

Функция

Интерфейс

send_bits_over_link(bits)

send_bytes_to_process(dst, src, bytes)

send_bytes_over_link(dst, src, bytes)

send_bytes_to_machine(dst, src, bytes)

19. Пусть время прохода туда и обратно между двумя конечными точками сети составляет 100 мс, а отправитель посылает по пять пакетов во время каждого цикла. Какова будет скорость передачи отправителя, если размер пакетов — 1500 байт? Укажите ответ в байтах в секунду.

20. Президент Specialty Paint Corp. решил совместно с местной пивоварней разработать невидимую пивную бутылку (в качестве меры борьбы с мусором). Он поручает юридическому отделу изучить эту идею. Юристы, в свою очередь, обращаются за помощью к инженерам. Главный инженер звонит своему коллеге, работающему на аналогичной должности в пивоварне, чтобы обсудить техническую сторону проекта. Инженеры информируют свои юридические отделы, которые далее созваниваются между собой для согласования правовых вопросов. Наконец, два президента корпораций обсуждают финансовую сторону сделки. Какой из принципов модели OSI нарушает эта схема взаимодействия?

21. Каждая из двух сетей предоставляет надежную, ориентированную на установление соединения службу. Но одна из них предлагает стабильный байтовый поток, а другая — бесперебойный поток сообщений. Идентичны ли они? Если да, то почему мы их различаем? Если нет, проиллюстрируйте на примере их отличия.

22. Что означает термин «согласование» в контексте сетевых протоколов? ­Приведите пример.

23. На илл. 1.31 представлена служба. Подразумеваются ли на этом рисунке другие службы? Если да, то где? Если нет, то почему?

24. В некоторых сетях канальный уровень передачи данных отвечает за обработку ошибок передачи, запрашивая повторную отправку поврежденных фреймов. Если вероятность того, что фрейм поврежден, равна p, то чему в среднем равно число необходимых операций передачи для отправки фрейма? Предполагается, что подтверждения отправки никогда не теряются.

25. Какие из уровней OSI и TCP/IP отвечают за следующее:

а) разбиение отправленных битовых потоков на фреймы;

б) выбор пути через подсеть.

26. Если на канальном уровне обмениваются фреймами, а на сетевом уровне — пакетами, то фреймы инкапсулируют пакеты или наоборот? Поясните свой ответ.

27. Рассмотрим шестиуровневую иерархию протоколов, в которой низшим уровнем является уровень 1, а высшим — уровень 6. Приложение отправляет сообщение M уровню 6. Каждый уровень с четным номером присоединяет к содержимому сообщения по концевой метке, а каждый с нечетным — по заголовку. Изобразите графически заголовки, концевые метки и исходное сообщение M в порядке их отправки по сети.

28. Система включает иерархию протоколов из n уровней. Приложения генерируют сообщения длиной M байт. На каждом из уровней добавляется заголовок размером h байт. Какая доля полосы пропускания сети заполнена заголовками?

29. Приведите пять примеров устройств, подключенных к двум сетям одновременно, и объясните, почему это может быть удобно.

30. Подсеть на илл. 1.12 (б) была разработана в расчете на возможную ядерную войну. Сколько бомб потребуется, чтобы разбить ее узлы на два не связанных между собой множества? Предполагается, что любая бомба уничтожает узел и все ведущие к нему каналы связи.

31. Интернет удваивается в размере примерно каждые 18 месяцев. Хотя никто не может сказать точно, но, согласно оценке 2018 года, число хостов было равно 1 млрд. Вычислите на основе этого ожидаемое число хостов в интернете в 2027 году. Кажется ли вам эта оценка правдоподобной? ­Поясните почему.

32. При передаче файла между двумя устройствами возможны две стратегии подтверждения получения. В первом варианте файл разбивается на пакеты и получатель отдельно подтверждает доставку каждого из них, но передача всего файла не подтверждается. Во втором случае подтверждается только получение файла целиком. Обсудите эти два подхода.

33. Операторам мобильных телефонных сетей необходимо знать, где находятся телефоны их абонентов (а значит, и сами эти абоненты). Объясните, чем это плохо для пользователей. В каких ситуациях это может быть полезно?

34. Какова была длина одного бита в исходном стандарте 802.3 в метрах? При этом скорость передачи составляет 10 Мбит/с, а скорость распространения сигнала в коаксиальном кабеле равна 2/3 скорости света в вакууме.

35. Пусть дано изображение размером 3840 × 2160 пикселей, причем каждый пиксель занимает 3 байта. Допустим, что оно не сжато. Сколько времени займет его передача по 56-килобитному модемному каналу? Через 1-мегабитный кабельный модем? По 10-мегабитной сети Ethernet? Через гигабитную сеть Ethernet?

36. Между Ethernet и беспроводными сетями есть определенные сходства и различия. Одно из свойств Ethernet заключается в передаче одновременно только одного фрейма. Разделяет ли стандарт 802.11 это свойство с Ethernet? Раскройте эту тему.

37. Беспроводные сети очень просты в установке, а потому и дешевы (ведь затраты на установку в других случаях намного превосходят стоимость оборудования). Тем не менее у них есть и недостатки. Назовите два из них.

38. Приведите два достоинства и два недостатка существования международных стандартов сетевых протоколов.

39. Если система состоит из постоянной и съемной частей (например, как привод CD-ROM и компакт-диск), важна ее стандартизация, чтобы компоненты от разных производителей работали друг с другом. Приведите три примера подобных международных стандартов в других сферах помимо вычислительной техники. Теперь назовите три области (не относящиеся к компьютерам), где таких стандартов нет.

40. На илл. 1.34 приведено несколько различных протоколов из сетевого стека TCP/IP. Объясните, зачем могут пригодиться несколько протоколов на одном уровне. Приведите пример.

41. Предположим, что поменялись алгоритмы, используемые для реализации операций на уровне k. Как это повлияет на операции на уровнях k – 1 и k + 1?

42. Предположим, что изменилась служба (набор операций), предоставляемая уровнем k. Как это повлияет на операции на уровнях k – 1 и k + 1?

43. Выясните, как открыть встроенный сетевой монитор вашего браузера. Откройте его и перейдите на какую-нибудь веб-страницу (например, https://www.cs.vu.nl/~ast/). Сколько запросов ваш браузер (клиент) отправил на сервер? Какие это запросы? Почему запросы отправляются по отдельности, а не как один большой запрос?

44. Составьте список ваших ежедневных дел, в которых задействованы компьютерные сети.

45. Программа ping дает возможность отправить тестовый пакет по заданному адресу и узнать, сколько времени занимает его путь туда и обратно. Попробуйте воспользоваться ping, чтобы узнать, сколько времени занимает прохождение пакетов от вашего компьютера до нескольких конкретных мест. Исходя из этих данных постройте график времени прохождения пакета в одну сторону как функцию расстояния. Лучше использовать для этой цели университеты, поскольку местоположение их серверов известно с большой точностью. Например, berkeley.edu находится в Беркли, штат Калифорния; mit.edu — в Кембридже, штат Массачусетс; vu.nl — в Амстердаме, Нидерланды; www.usyd.edu.au — в Сиднее, Австралия; и www.uct.ac.za — в Кейптауне, ЮАР.

46. Перейдите на веб-сайт IETF, www.ietf.org, и ознакомьтесь с его деятельностью. Выберите проект по своему вкусу и напишите отчет на полстраницы о решаемой им задаче и предлагаемом решении.

47. Стандартизация играет важную роль в мире сетей. Основные официальные организации, занимающиеся стандартизацией, — МСЭ и ISO. Перейдите на их веб-сайты, www.itu.org и www.iso.org соответственно, и почитайте об их работе. Напишите короткий отчет о стандартизируемых ими вещах.

48. Интернет состоит из огромного количества сетей. Их расположение определяет топологию интернета. В Сети доступно немало информации на эту тему. Воспользуйтесь поисковыми системами, чтобы узнать больше о топологии интернета, и напишите короткий отчет по итогам найденного.

49. Поищите в интернете информацию о важных пиринговых точках, используемых в настоящее время для маршрутизации пакетов в интернете.

50. Напишите программу, которая осуществляет поток сообщений с верхнего на нижний уровень 7-уровневой модели протоколов. Программа должна включать по отдельной функции протокола для каждого уровня. Заголовки протокола представляют собой последовательности, содержащие до 64 символов. У каждой функции протокола есть два параметра: сообщение, передаваемое от протокола более высокого уровня (символьный буфер), и размер этого сообщения. Функция присоединяет заголовок перед сообщением, выводит получившееся новое сообщение в стандартный поток вывода, после чего вызывает функцию протокола нижележащего уровня. Входными данными для программы служит сообщение приложения.