Capítulo 4: Questões de Revisão

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1 Capítulo 4: Questões de Revisão
4: Camada de Rede

2 Seções Quais são as duas funções principais de uma camada de rede baseada em datagramas? Que funções adicionais possui uma camada de rede baseada em circuitos virtuais? Liste e descreva os modelos de serviço da rede ATM. Compare e contraste os algoritmos de roteamento de estado de enlace e de vetor de distâncias. 4: Camada de Rede

3 Seções Discuta como a organização hierárquica da Internet ajudou a ampliá-la para ser usada por milhões de usuários. É necessário que cada sistema autônomo use o mesmo algoritmo de roteamento intra-sistema autônomo? Justifique a sua resposta. 4: Camada de Rede

4 Seção 4.5 Qual é o equivalente binário de 32 bits do endereço IP ? Considere uma LAN na qual estão conectadas 10 interfaces de hosts e 3 interfaces de roteadores. Suponha que todas as três LANs utilizem endereços classe C. Os endereços IP dos 13 dispositivos serão idênticos em quais dos primeiros 32 bits? 4: Camada de Rede

5 Seção 4.5 Considere um roteador com três interfaces. Suponha que todas as três interfaces utilizem endereços classe C. Os primeiros 8 bits dos endereços IP das três interfaces serão necessariamente os mesmos? Suponha que haja três roteadores entre os hosts origem e destino. Ignorando a fragmentação, um segmento IP enviado do host origem para o host destino atravessará quantas interfaces? Quantas tabelas de roteamento serão indexadas para mover o datagrama da origem até o destino? 4: Camada de Rede

6 Seção 4.5 Suponha que uma aplicação gere pedaços de 40 bytes de dados a cada 20 mseg, e que cada pedaço seja encapsulado num segmento TCP e depois num datagrama IP. Qual o percentual do datagrama que será overhead e que percentual será de dados da aplicação? 4: Camada de Rede

7 Seção 4.5 Considere o envio de um datagrama de 3000 bytes num enlace que possua uma MTU de 500 bytes. Suponha que o datagrama original esteja marcado com o número de identificação 422. Quantos fragmentos são gerados? Quais são as suas características? 4: Camada de Rede

8 Seção 4.5 w x y z A D B ... Rede Destino Próximo Roteador No. de enlaces ao destino w A 2 y B 2 z B 7 x …. … Considere a Figura Começando com a tabela original de D, suponha que D receba de A o anúncio abaixo. A tabela de D seria alterada? Em caso afirmativo, como? Rede Destino Próximo Roteador No. de enlaces ao destino z C 10 w x …. … 4: Camada de Rede

9 Seção 4.5 Contraste e compare os anúncios usados pelo RIP e pelo OSPF.
O RIP tipicamente anuncia o número de hops até os diversos destinos. As atualizações do BGP, por outro lado, anunciam __________________ até os diversos destinos. Por que são usados diferentes protocolos inter e intra SAs na Internet? 4: Camada de Rede

10 Seção 4.6 Descreva três tipos diferentes de matriz de comutação comumente utilizadas em comutadores de pacotes. Por que são necessários buffers nas portas de saída dos comutadores? Por que são necessários buffers nas portas de entrada dos comutadores? 4: Camada de Rede

11 Seção 4.7 Compare e contraste os campos dos cabeçalhos do IPv4 e do IPv6. Eles possuem algum campo em comum? Foi dito que quando o IPv6 é “tunelado” através de roteadores IPv4, o IPv6 trata os túneis IPv4 como protocolos da camada de enlace. Você concorda com esta afirmação? Justifique a sua resposta. 4: Camada de Rede

12 Seção 4.8 Qual é uma importante diferença entre implementar a abstração de multicast através de múltiplos unicast e através de um único grupo multicast suportado pela rede (roteador)? Verdadeiro ou falso: Quando um host adere a um grupo multicast, ele deve alterar o seu endereço IP para aquele do grupo multicast que ele está aderindo. 4: Camada de Rede

13 Seção 4.8 Quais são os papéis desempenhados pelo protocolo IGMP e pelo protocolo de roteamento multicast de longa distância? Qual é a diferença entre uma árvore compartilhada pelo grupo e uma árvore baseada na origem no contexto do roteamento multicast? 4: Camada de Rede

14 Seção 4.8 Verdadeiro ou falso: No encaminhamento pelo caminho reverso um nó receberá múltiplas cópias de um mesmo pacote. Verdadeiro ou falso: No encaminhamento pelo caminho reverso um nó enviará múltiplas cópias de dado pacote através do mesmo enlace de saída. 4: Camada de Rede

15 Seção 4.8 Classifique cada um dos seguintes algoritmos de roteamento multicast como utilizando uma abordagem de árvore baseada na origem ou como uma abordagem de árvore compartilhada pelo grupo: DVMRP, MOSPF, CBT, PIM Modo Esparso, PIM Modo Denso. 4: Camada de Rede

16 Problemas 4: Camada de Rede

17 Problema 1 Vamos considerar alguns dos prós e contras de uma arquitetura orientada a conexão versus uma não orientada a conexão. Suponha que na camada de rede, os roteadores sejam submetidos a situações de stress que provoque suas falhas freqüentemente. Em alto nível, que ações deveriam ser tomadas ao ocorrerem tais falhas? Este é um argumento que favorece um ambiente orientado a conexões ou sem conexões? 4: Camada de Rede

18 Problema 1 Vamos considerar alguns dos prós e contras de uma arquitetura orientada a conexão versus uma não orientada a conexão. : Suponha que de modo a fornecer uma garantia em relação ao nível de desempenho (ex. atraso) num caminho origem-destino, a rede exija que o transmissor declare a sua taxa máxima de transmissão. Se a taxa máxima declarada e as taxas máximas já declaradas forem tais que não haja condições de transportar este tráfego de modo a atender o requisito de atraso desejado então não é concedido o acesso da fonte à rede. Esta abordagem seria mais facilmente implementada num paradigma orientado ou não orientado a conexões? 4: Camada de Rede

19 Problema 2 Na Figura 4.4, enumere os caminhos de A para F que não contêm nenhum loop. A E D C B F 2 1 3 5 4: Camada de Rede

20 Problema 3 Considere a rede abaixo. Com os custos de enlace indicados, use o algoritmo de caminho mais curto de Dijkstra para calcular o caminho mais curto de F para todos os demais nós da rede. Mostre como o algoritmo funciona calculando uma tabela semelhante à Tabela 4.2. G 14 H 2 4 6 1 3 9 F D B A C E 4: Camada de Rede

21 Tabela 4.2: Algoritmo de Dijkstra
Passo 1 2 3 4 5 N inicial A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF D(B),p(B) 2,A D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E D(D),p(D) 1,A D(E),p(E) infinito 2,D D(F),p(F) infinito 4,E A E D C B F 2 1 3 5 4: Camada de Rede

22 Problema 4 Considere a rede abaixo e assuma que cada nó conheça inicialmente quais são os custos até cada um dos seus vizinhos. Considere o algoritmo do vetor de distâncias e mostre as entradas da tabela de distâncias no nó E. 1 D B A C E 5 15 10 2 4: Camada de Rede

23 Problema 5 Considere uma topologia genérica (i.e., não uma topologia específica como a da questão anterior) e uma versão síncrona do algoritmo de vetor de distância. Suponha que a cada interação um dado nó troca os seus custos mínimos com os seus vizinhos e receba os seus custos mínimos. Assumindo que o algoritmo inicia com cada nó conhecendo apenas os custos até seus vizinhos imediatos, qual é o número máximo de interações necessárias até que o algoritmo distribuído convirja? Justifique a sua resposta. 4: Camada de Rede

24 Problema 6 1 Y X W 4 Considere o fragmento de rede mostrado acima. X possui apenas dois vizinhos, W e Y. O caminho de custo mínimo de W até A tem custo 5, enquanto que o de Y até A possui custo 6. Os caminhos completos de W e Y até A (e entre W e Y) não estão mostrados. Todos os custos dos enlaces da rede possuem valores inteiros estritamente positivos. Apresente as entradas (linhas) da tabela de distâncias de X para os destinos W, Y e A. Apresente uma mudança no custo do enlace para c(X,W) ou c(X,Y) de modo que X informará a seus vizinhos sobre um novo caminho de custo mínimo para A como resultado da execução das linhas 15 e 24 do algoritmo do vetor de distâncias. Apresente uma mudança no custo do enlace para c(X,W) ou c(X,Y) de modo que X não informará a seus vizinhos sobre um novo caminho de custo mínimo para A como resultado da execução das linhas 15 e 24 do algoritmo do vetor de distâncias. 4: Camada de Rede

25 Algoritmo Vetor de Distâncias:
Em todos nós, X: 1 Inicialização: 2 para todos nós adjacentes V: D (*,V) = infinito /* o operador * significa ”para todas linhas" */ D (V,V) = c(X,V) 5 para todos destinos, Y envia mín D (Y,W) para cada vizinho /* W indica vizinhos de X */ X X X w 4: Camada de Rede

26 Algoritmo Vetor de Distâncias (cont.):
8 repete 9 espera (até observar mudança de custo do enlace ao vizinho V, ou até receber atualização do vizinho V) 11 12 se (c(X,V) muda por d unidades) /* altera custo para todos destinos através do vizinho V por d */ /* note: d pode ser positivo ou negativo */ para todos destinos Y: D (Y,V) = D (Y,V) + d 16 17 senão, se (atualização recebido de V para destino Y) /* mudou o menor caminho de V para algum Y */ /* V enviou um novo valor para seu mín D (Y,w) */ /* chamamos este novo valor de "val_novo" */ para apenas o destino Y: D (Y,V) = c(X,V) + val_novo 22 23 se temos um novo mín D (Y,W) para qq destino Y envia novo valor de mín D (Y,W) para todos vizinhos 25 26 para sempre X X V w X X w X w 4: Camada de Rede

27 Problema 7 Calcule as tabelas de distâncias para X, Y e Z mostradas na coluna mais à direita da Figura 4.7. Após o cálculo das novas tabelas de distâncias, que nós enviarão que valores atualizados para quais vizinhos? 4: Camada de Rede

28 Figura 4.7: Exemplo do Algoritmo do Vetor de Distâncias
Z 1 2 7 Y 4: Camada de Rede

29 Problema 8 Considere a topologia de três nós da Figura 4.7. Ao contrário do que é apresentado nesta figura, assuma que os custos dos enlaces sejam c(X,Y)=5, c(Y,Z)=6 e c(Z,X)=2. Obtenha as tabelas de distância após o passo de inicialização e após cada interação de uma versão síncrona do algoritmo de vetor de distâncias (como fizemos na nossa discussão anterior sobre a Figura 4.7). 4: Camada de Rede

30 Problema 9 Considere a rede de oito nós (com os nós rotulados de A a H) abaixo. Mostre a árvore de expansão mínima com raiz em A que inclui os nós C, D, E e G. Argumente informalmente por que a sua árvore de expansão é uma árvore de expansão mínima. G 14 H 2 4 6 1 3 9 F D B A C E 4: Camada de Rede

31 Problema 10 Nós vimos na Seção 4.8 que não há nenhum protocolo da camada de rede que possa ser utilizado para identificar os hosts que participam de um grupo multicast. Dado isto, como as aplicações multicast podem obter as identidades dos hosts que estão participando de um grupo multicast? 4: Camada de Rede

32 Problema 11 Considere as duas abordagens básicas para a implementação de multicast: emulação com unicast e multicast da camada de rede. Assuma que temos um único transmissor e 32 receptores. Suponha que o transmissor esteja conectado aos receptores através de uma árvore binária formada pelos roteadores. Qual seria o custo de transmitir um pacote multicast nas duas abordagens acima, para esta topologia? Assuma que cada vez que um pacote (ou uma cópia do pacote) é enviado através de um enlace, ele incorre em uma unidade de “custo”. Que topologia para a interconexão do transmissor, receptores e roteadores levaria o custo das duas abordagens a uma diferença máxima? Você pode utilizar tantos roteadores quanto desejar. 4: Camada de Rede

33 Problema 12 Projete (forneça uma descrição do seu pseudo-código) um protocolo da camada de aplicação que mantenha os endereços dos hosts para todos os hosts que pertençam a um dado grupo multicast. Identifique claramente o serviço de rede (unicast ou multicast) que é utilizado pelo seu protocolo e indique se o seu protocolo envia as mensagens na faixa ou fora da faixa (em relação ao fluxo de dados da aplicação entre os participantes do grupo multicast) e o porquê? 4: Camada de Rede

34 Problema 13 10 Considere a topologia da Figura Suponha que o custo do enlace de B a D mude de 1 para 10. Encontre a árvore de Steiner que conecta todos os roteadores coloridos. (Nota: Não está sendo pedido que você programe a solução para o problema da árvore de Steiner. Você deve ser capaz de construir a árvore de custo mínimo por inspeção e convencer-se informalmente de que ela seja mesmo a árvore de custo mínimo). Se lhe fosse pedido (isto não está lhe sendo pedido), como você provaria que a sua árvore é de fato uma árvore de custo mínimo? 4: Camada de Rede

35 Problema 14 Roteamento baseado no centro. Considere a topologia apresentada na Figura Suponha que o nó C seja escolhido como centro num algoritmo de roteamento multicast baseado no centro. Assumindo que cada roteador com conexão a um membro do grupo multicast usa o seu caminho de custo mínimo para o nó C para enviar as suas mensagens de adesão a C, desenhe a árvore de roteamento multicast baseada no centro resultante. A árvore resultante é uma árvore de Steiner de custo mínimo? Justifique a sua resposta. 4: Camada de Rede

36 Problema 15 Roteamento pelo caminho de menor custo unicast. Considere a Figura Suponha que o nó E seja escolhido como a fonte. Obtenha a árvore de roteamento multicast de menor custo multicast a partir de E para os roteadores multicast A, B e F. 4: Camada de Rede

37 Problema 16 pacote a ser enviado pacote que não será enviado além do roteador receptor Envio pelo caminho reverso. Considere a topologia e custos dos enlaces apresentados na Figura 4.50 e suponha que o nó E é a fonte do multicast. Utilizando flechas como utilizadas na Figura 4.53, indique quais são os enlaces pelos quais os pacotes serão encaminhados usando o envio pelo caminho reverso (RPF), e enlaces pelos quais os pacotes não serão encaminhados, dado que a fonte seja o nó E. 4: Camada de Rede

38 Problema 17 Suponha que o custo de transmitir um pacote multicast num enlace seja completamente independente do custo de se transmitir um pacote unicast num enlace. O envio pelo caminho reverso ainda funcionaria neste caso? Justifique a sua resposta. 4: Camada de Rede

39 Problema 18 Concentração de tráfego em árvores baseadas no centro. Considere a topologia simples apresentada na Figura Suponha que cada um dos roteadores multicast receba uma unidade de tráfego por unidade de tempo de um host que lhe está conectado. Este tráfego deve ser enviado aos outros três roteadores multicast. Suponha que o nó C seja escolhido como nó central num protocolo de roteamento multicast baseado no centro (vide problema anterior). Dada a árvore de roteamento resultante, calcule a taxa de tráfego em cada um dos enlaces da topologia. (Calcule a quantidade total de tráfego em cada enlace, independentemente do sentido do fluxo de tráfego). Assuma a seguir que RPF seja usado para construir quatro árvores de roteamento específicas da fonte com raízes em cada um dos roteadores A, B, E e F. Recalcule a taxa de tráfego em cada um dos enlaces neste segundo cenário. Neste exemplo, qual das duas árvores tende a concentrar o tráfego? 4: Camada de Rede

40 Problema 19 Suponha que uma rede possua G grupos multicast, cada um com S membros do grupo (hosts), dos quais cada um pode ser o transmissor. No DVMRP cada roteador deve manter até S informações de roteamento (o enlace de saída no caminho reverso mais curto até o transmissor, para cada um dos S transmissores) de cada grupo. Portanto, no pior caso, cada roteador deve manter S*G conteúdos de informação de roteamento ao se levar em consideração todos os grupos. Qual é a quantidade de informações de pior caso necessária para o MOSPF, PIM Modo Esparso e PIM Modo Denso? Justifique suas respostas. 4: Camada de Rede

41 Problema 20 Problema do aniversário. Qual é o tamanho do espaço de endereçamento multicast? Assuma que dois grupos multicast diferentes escolham aleatoriamente um endereço multicast. Qual é a probabilidade de que eles escolham o mesmo endereço? Assuma agora que haja 1000 grupos multicast ativos simultaneamente e que escolheram aleatoriamente os seus endereços de grupo multicast. Qual é a probabilidade de que eles interfiram uns com os outros? 4: Camada de Rede

42 Problema 21 Lembre que na nossa discussão sobre tunelamento multicast, dissemos que um datagrama multicast IP é transportado dentro de um datagrama IP unicast. Como o roteador IP no final do túnel multicast sabe que o datagrama unicast contém um datagrama multicast IP (ao invés de ser simplesmente um datagrama unicast IP que deve ser reencaminhado)? 4: Camada de Rede