Network interface, layer 2

Question 1

Vad innebär Network Interface Layer?

Answer 1

Detta lager hanterar interaktionen mellan högre protokollnivåer som finns implementerade i mjukvara och det underliggande nätverket som i sin tur är implementerade i hårdvarukomponenter av olika slag.

Interaktionen mellan det fysiska underliggande lagret och ovanliggande mjukvaruimplementationer sker via växling (eng. switching) av antingen tillgången till kommunikationsmediet eller paketen som färdas över det.

Question 2

Berätta om Växlande Kretsar (Circuit Switching)

Answer 2

Växlande kretsar (Circuit switching) innebär att en väg etableras mellan två parter som är garanterat isolerad från andra avsändare och mottagare som befinner sig inom samma nätverk. Denna typ av krets är vanlig inom telefonteknik (ex: telefonsamtal)

Det finns 3 egenskaper som utmärker växlande kretsar:

Punkt-till-punkt (Point-to-point)

Åtskilda steg för skapande, användande och avslutande av en krets.

Funktionellt likvärdig med en isolerad fysisk krets (t. ex. en dedikerad kabel)

Question 3

Berätta om Paketförmedling (Packet switching)

Answer 3

Ett paketförmedlande nätverk (engelska: packet switching network) är ett datornät, där data överförs uppdelade på datapaket. Långa meddelanden, exempelvis stora datafiler eller långvariga videoströmmar, som ska skickas över ett paketförmedlande nät delas upp i segment som överförs i var sitt paket, och sedan sammanfogas på mottagarsidan. Paketen mellanlagras i köer i nätnoder (datorer och nätutrustning), i likhet med att bilar kan vänta i köer vid vägnätets korsningar och rondeller. Väntetiden i köerna och den genomströmningshastighet eller bandbredd en användare upplever kan därmed variera, beroende på hur stor trafikbelastningen från andra användare i samma nät för tillfället är.

Det finns även här 3 egenskaper som utmärker paketförmedlings paradigmen:
Godtycklig, asynkron kommunikation.

Ingen förberedelse krävs inför kommunikation.

Prestanda kan variera på grund utav multiplexing av paket.

Question 4

Vad är Network Interface Layers PDU?

Answer 4

Frames

Question 5

Vad finns det för nätverkstyper och hur klassificeras dessa?

Answer 5

Ett nätverk kan klassificeras utifrån de avstånd som de omfattar:

PAN - Personal Area Network
T.ex: Bluetooth

LAN - Local Area Network
T.ex: Lokalt nätverk via en router i din lägenhet

MAN - Metropolitan Area Network
T.ex: UpUnet-S som sammanbinder de olika institutionerna i Uppsala.

WAN - Wide Area Network
T.ex Eduroam eller varför inte det globala internet ^_^

Question 6

Nämn snabbt fyra topologier för att konstruera ett LAN

Answer 6

Bus
Ring
Mesh
Star

Question 7

Vad kännetecknar en bus topologi när man konstruerar ett LAN?

Answer 7

En huvudkabel kabel går mellan varje enhet.

Alla enheter kan således kommunicera med varandra direkt.

Ändpunkterna är terminerande för att inte signalen skall reflekteras tillbaka genom kabeln.

Hög risk för kollision och paketförlust vilket ställer höga krav på koordination mellan enheterna. Dvs man måste se till att endast en enhet åt gången sänder över kabeln.

Fördelen är att det krävs färre kablar.

Question 8

Vad kännetecknar en Ring topologi när man konstruerar ett LAN?

Answer 8

Datorerna kopplas ihop mellan varandra i en sluten loop.
Ex: ‘D1 -> D2 -> D3 -> D4 -> D1’

Alla enheter i nätverket utgör en del av nätverket

Om en enda dator kopplas ur så bryts ringen och nätverket fallerar.

Fördelen är att det blir lättare att koordinera åtkomst till nätverket mellan enheterna.

Question 9

Vad kännetecknar en Mesh topologi när man konstruerar ett LAN?

Answer 9

Ett nätverk där varje enhet är direkt kopplad med alla andra enheter i nätverket.

Antalet kopplingar växer snabbare än antalet enheter som ansluts till nätverket.

Kostsam form av nätverkstopologi och därför ovanlig.

Question 10

Vad kännetecknar en Star (hub) topologi när man konstruerar ett LAN?

Answer 10

Alla enheter kopplas till en central punkt i nätverket.

Denna punkt kallas för “hub” eller “nav”

En hub är en elektronisk enhet som vidarebefodrar signaler från en avsändare till dess destination.

Fördelen är att om en kabel kapas mellan hubben och en enhet så kommer nätverket att fungera ändå

Question 11

Berätta om WAN

Answer 11

Den huvudsakliga egenskapen av ett WAN utöver dess storlek är att det är skalbart dvs det kan växa utefter behov. Vidare så ska ett WAN inte bara koppla samman datorer utan också möjliggöra för kommunikation mellan dem.

Målet för ett WAN är att tillåta så många datorer som möjligt att sända paket samtidigt. Detta mål uppnås med hjälp utav paradigmen “Store and Forward”.

Question 12

Vad innebär store and forward?

Answer 12

“Store”-Operationen sker när ett paket anländer till en switch. En kopia av paketet lagras i switchens minne under tiden det väntar på att bli skickat vidare.

“Forward”-Operationen sker när paketet väntar i minnet. Processorn undersöker paketets header för att utröna vad den har för destination och skickar den via I/O-gränssnittet till nästa anhalt på vägen mot dess slutgiltiga destination. Då raderas också kopian ur minnet.

Question 13

Vad innebär “Next-hop forwarding”?

Answer 13

Om paketet är avsett för en dator inom det lokala nätverket så skickar switchen det paketet direkt dit, annars måste paketet vidarebefordras till en annan switch. Frågan blir då vilken switch / router / annan enhet som skall ta emot det. En Packet-switch behöver inte veta rutten till alla möjliga enheter utan det räcker med att den känner till vilka utgående länkar som finns och vilken av dessa som är optimal för paketet i fråga. Detta görs genom att switchen har en “Forwarding table” där alla kända destinationer finns listade tillsammans med adresser till närliggande enheter som kan skicka trafiken vidare mot den slutgiltiga destinationen. Denna typ av beräkning och vidarebefordran kallas för “Next-hop forwarding” och är vad man kallar för Source independent dvs det spelar ingen roll vilken källa paketet har eller vilken väg den färdats hittills utan endast vilken destination den har.

Question 14

Vad är multiplexing?

Answer 14

Multiplexing i nätverkssammanhang är när man tar flera digitala signaler och slår ihop dem till en signal för att kunna överföra dem via ett delat kommunikationsmedium.

Question 15

Vad är Time Division Multiplexing (TDM)?

Answer 15

TDM är en teknik för att öka överföringshastigheten över ett delat kommunikationsmedium mellan multipla avsändare och mottagare. Tanken är att de elektriska signalerna delas upp i segment som färdas över mediumet i hög hastighet i en viss ordning baserat på allokerade tidsrymder. Det finns både synkron och asynkron TDM.

Question 16

Vad är Synkron TDM?

Answer 16

Vid Synkron TDM så skickas paket med jämna tidsintervaller, vilket innebär att demultiplexorn vet till vilken mottagare varje tidsintervall tillhör. Detta kan dock leda till att sändningstid allokeras till avsändare som inte har någonting att skicka och därmed skapas luckor.

Question 17

Vad är Asynkron TDM (Statistical Multiplexing)?

Answer 17

Asynkron TDM eliminerar oanvänt utrymme som kan uppstå över mediet när flera paket med olika storlekar skickas samtidigt. En nackdel med Asynkron TDM är att det medför overhead eftersom att en identifierare måste läggas till i varje paket. Många säger att asynkron TDM nyttjar bandbredden mer effektivt.

Question 18

Vad är Frequency Division Multiplexing?

Answer 18

FDM fungerar på så vis att bärvågorna (dvs de elektriska signalerna) som skall skickas över ett delat medium ställs in så att de har olika unika frekvenser. Detta leder till att de olika signalerna inte påverkar varandra utan kan nyttja samma kommunikationsmedium samtidigt. Detta används dock inte så ofta längre idag utan det är nu mer vanligt med användning av TDM.

Question 19

vad är demultiplexing?

Answer 19

Demultiplexing är en inverterad process av Multiplexing där man separerar data som skickats tillsammans över ett delat kommunikationsmedium och fördelar ut dem till rätt mottagare i andra änden.

Question 20

Vad är random access protocols?

Answer 20

Vi ponerar att vi har ett flertal enheter kopplade till ett delat medium och de tar det i anspråk utan koordinering. Detta innebär att de skickar ett paket när helst de har ett att sända. Sk. Random Access Protocols används för att förhindra att enheterna försöker använda mediet samtidigt.

Question 21

CSMA/CD är ett random access protocol, vad gör den?

Answer 21

“Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection” används över ethernet. Ethernet använder 3 mekanismer för att undvika kollisioner över delad kanal:

Avkänning av bärvåg (Carrier Sense): Ethernet kräver att varje värddator övervakar kabeln för att upptäcka en annan pågående överföring och detta är vad som kallas för “Carrier Sense”. Om transmission pågår så väntar andra värddatorer tills kabeln är ledig och försöker sedan skicka sin egen data.

Kollisionsdetektering (Collision detection): En kollision inträffar t.ex om två värddatorer väntar på att en överföring ska bli klar, konstaterar att kabeln är ledig och börjar sända samtidigt. Eftersom varje värddator övervakar kabeln så upptäcker de snabbt att signalen på kabeln skiljer sig från signalen som värddatorn sänder. Då vet den att en kollision har inträffat (“Collision Detection”).

Mekanism för kollisionshantering (Binary Exponential Backoff):För att förhindra ytterligare kollisioner så används “Binary Exponential Backoff”. Den metoden går ut på att varje värddator väljer ett slumpmässigt tidsvärde ur ett definierat intervall som den ska invänta innan den börjar sända. Värddatorn som väljer den kortaste fördröjningen får sända först. Väljer flera värddatorer samma fördröjning så sker en ny kollision. För att undvika en serie av kollisioner så kräver ethernet standarden att varje värddator fördubblar intervallet ur vilket en tidsenhet för fördröjning väljs ut för varje kollision som uppstår. Därigenom så blir sannolikheten att flera värddatorer väljer samma tidsvärde lägre för varje kollision som uppstår i en följd. Detta leder slutligen till att en dator väljer en tillräckligt kort tid i förhållande till andra värddatorer och kan sända sin data utan att en ny kollision uppstår.

Question 22

CSMA/CA är ett random access protocol, vad gör den?

Answer 22

Problemet med CSMA/CD är att den inte fungerar över trådlösa nätverk eftersom att sändarna har begränsad räckvidd och således finns det ingen garanti att en annan värddator kan känna av bärvågen och huruvida den är upptagen. Lösningen är
“Carrier Sense Multi Access with Collision Avoidance” (CSMA/CA).

• C3 skickar ett kort meddelande där den informerar om att den är redo att sända till C2
• C2 svarar att den är redo att ta emot meddelanden från C3
• Alla datorer inom räckhåll till C3 tar emot det första meddelandet
• Alla datorer inom räckhåll till C2 tar emot det andra meddelandet.
• C3 sänder till mottagaren C2
• Resultatet blir att C1 trots allt kan veta att en transmission äger rum fast den inte kan ta emot meddelanden från avsändaren eller känna av en bärvåg.

Question 23

Ibland kan man behöva kommunicera med flera enheter inom ett nätverk. För att möjliggöra detta så stödjer IEEE adressering tre typer av adresser: Vilka är dessa och vad innebär dom?

Answer 23

Unicast: Kommunikation mellan endast en avsändare och endast en mottagare där båda har unika adresser som identifierar dem. Alltså en-till-en kommunikation.

Broadcast: Kommunikation mellan en avsändare till samtliga enheter på samma nätverk via en specifik broadcast adress (ofta den sista adressen inom adressrymden). Alltså en-till-alla kommunikation.

Multicast: Kommunikation mellan en avsändare och ett subset av enheter på ett nätverk som identifieras via konfiguration av inställningarna i en multicast router och andra egenskaper hos avsändare / mottagare. Alltså en-till-många kommunikation.

Men hur vet en enhet ifall en försändelse är ämnad specifikt för den enheten? Eftersom varje dator övervakar mediet som data sänds över så kan varje enhet ta emot en kopia av varje paket. Därefter kan adressen i paketets header undersökas så att enheten kan avgöra om det ska till den enheten eller till någon annan enhet.

Question 24

Vad består en ethernet Frame av, och vad är framing?

Answer 24

En Ethernet Frame består av en header av fast längd, en payload vars storlek varierar och en Cyclic Redundancy Check (CRC) av fast längd.
Vi behöver någon form utav metod för att dela upp data i Frames och markera var varje en av dessa börjar och slutar. Detta görs genom framing, vilket innebär att en symbol för början av en frame (SOH) och slutet av en frame (EOT) placeras på respektive plats för att mottagaren ska veta när varje block av data börjar och slutar.

Question 25

Vad är en MAC adress?

Answer 25

En MAC-adress eller Media Access Control-adress är en unik identifierare för varje nätverkskort.

Question 26

Hur ser en MAC adress ut och vad är viktigt hos dom?

Answer 26

Enligt IEEEs Ethernet adresserings standard så är en MAC adress 48 bitar lång och uppdelad i två delar á 24 bitar. Varenda enhet som har ett Network Interface Card (NIC) av något slag har en globalt unik MAC adress där den första halvan är tilldelad av tillverkaren av enheten och den andra av IEEE. Det är av största vikt att denna adress är fullständig unik globalt för annars skulle kollisioner uppstå. Tillverkaren skulle då bli tvungen att återkalla produkten.

Question 27

Vad är en Ethertype?

Answer 27

Ether type är en två oktetter lång del av en Ethernet Frame header som används för att visa vilket protokoll som är enkapsulerat i payloaden och används vid mottagningsänden av data-linken för att bestämma hur payloaden behandlas.

Question 28

Vad är ett Network Interface Card (NIC) och vad gör den?

Answer 28

Network Interface Card är ofta ett enda kretskort och är oberoende av resten av enheten den tillhör. NIC hanterar följande uppgifter:

Den läser av adresser i framet.

Beräknar CRC vilket är en sätt för mottagare att ta reda på ifall mottagna meddelanden blivit förvrängda på vägen.

Identifierar vilken typ av frame som mottagits.

Sänder/mottar frames.

Question 29

Vad är en hub?

Answer 29

En hub är en simpel typ av enhet som sammanknyter ett antal nätverkssegment till ett enda. All trafik som passerar hubben kommer ovillkorligen att vidarebefodras till alla den anslutna närverkssegmenten oavsett avsedd mottagare. Därmed begränsas hastigheten i viss mån. Denna typ av enhet stödjs inte längre av IEEE och är att betraktas som legacy. Idag används istället switchar.

Question 30

Vad är och gör en repeater?

Answer 30

En Repeater är en analog enhet som används för att vidarebefodra LAN-signaler över större avstånd. Den har ingen förståelse för paket, frames eller signal encoding utan det enda den gör är att förstärka den signal som den mottar och sedan skickar den signalen vidare.

Question 31

Vad är och gör en bridge?

Answer 31

En nätverksbrygga är en typ av enhet som sammansluter olika LAN så att de beter sig som om de vore ett enda nätverk. En brygga lyssnar i promiskuöst läge på varje LAN e.g den tar emot och kopierar samtliga paket som skickas oavsett dess tänkta mottagare och vidarebefordrar kopiorna till de andra bryggade nätverken så att alla värddatorer kan kommunicera med varandra. Notera då att detta inte sker för exakt varje paket då de använder MAC adresserna för att filtrera och lär sig så småningom var paket borde skickas och inte.

Question 32

Vad är och gör en switch?

Answer 32

En switch är snarlik en bridge i att den kan binda samman nätverkssegment och vidarebefordra trafik mellan dessa två så att det i praktiken blir till ett nätverk. De huvudsakliga skillnaderna är att en switch kan sammankoppla fler nätverk än en bridge. En switch har dessutom en minnesbuffer för varje anslutning vilket låter den lagra trafik vid högre belastning så att den kan vidarebefordra den när det är möjligt i syfte att motverka paketförlust. Kort och gott så är en switch en bridge fast större, smartare och bättre.

Question 33

Vad är och gör en router?

Answer 33

En router är en hårdvaruenhet vars uppgift är att koppla ihop flera nätverk och förmedla datatrafik mellan dem. Till exempel kan en router förmedla trafik mellan ett privat nätverk och en ISP’s nätverk. En router är en dator som har två nätverksgränssnitt.

Utöver den vanliga routerfunktionaliteten har även moderna hårdvaruroutrar ofta extra funktioner som bland annat:

Nätverksbrandvägg

NAT-server - Som gör att flera datorer inom ett nätverk kan använda en och samma publika IP-adress utåt (beskrivs närmare i nästa del).

DHCP-server - Som gör att datorer som ansluter till nätverket automatiskt kan tilldelas en ledig IP-Adress.

Trådlös accesspunkt (Endast för routrar som möjliggör trådlöst nätverk).

Question 34

Vad är Link-state routing?

Answer 34

Link-state routing (också kallad Shortest Path First routing) är en del av IGP och använder Dijkstras algoritm för att hitta snabbaste vägen att skicka ett paket till mottagaren via de routrar som är på vägen. Varje router håller koll på vilka de närmaste punkterna är och hur långt det är till sina “grannar”. Utifrån detta skapas en (next-hop) forwarding table (routing table) där de närmsta vägarna sparas.

Om en länk bryts så uppdateras alla routrar runt omkring med ett broadcast att den routern inte längre kan nyttja den länken. Då ändrar alla runtomkring sina tabeller och räknar om de kortaste vägarna. Likväl tas hänsyn till att inte skicka samma paket i en cirkel utan de håller koll på hur paketet skickas.