CH - Islamic University of Gazasite.iugaza.edu.ps/wp-content/uploads/Networks... · 4.2 Virtual...

Lecture # 5

CH.4

The Network Layer

Islamic University of Gaza

Faculty of Engineering

Computer Engineering Department

Networks Discussion ECOM 4021

By

Eng. Wafaa Audah

April 2013

Networks Discussion Eng. Wafaa Audah

(Theoretical material: page 2-9, Review questions and problems :10-end)

4.1 Introduction

- Forwarding: move packets from router’s input to

appropriate router output.

خاص به Forwarding tableلكل راوتر يوجد

- Routing: determine route taken by packets from source to

destination.

الخاصة Tablesلتحديد الراوتنج وعمل ال Algorithms يوجد عدة

بالشبكة

Network service model

- Characteristics of end-to-end transport of packets between

sending and receiving end systems.

- Services that could be provided by the network layer

includes:

• Guaranteed delivery: This service guarantees that the

packet will eventually arrive at its destination.

• Guaranteed delivery with bounded delay: This service not

only guarantees delivery of the packet, but delivery within

a specified host-to-host delay bound (for example, within

100 msec).

في الكتاب 543يوجد كثير من األنواع ولكن شرحها المفصل في صفحة

" pdfفوق في ترقيم ال"

4.2 Virtual circuit and datagram networks

- Computer networks that provide only a connection service

at the network layer are called virtual-circuit (VC) networks.

- Computer networks that provide only a connectionless

service at the network layer are called datagram networks.

2


Virtual Circuit Network

- VC consists of:

1. Path: from source to destination: all links/routers

between source and destination.

2. VC numbers: one number for each link along path ***

3. entries in forwarding tables in routers along path

عند التعامل مع النوعين الفيرتشوال سيركت والداتاجرام الزم نفرق ***

بين شغلتين

: VC number - بحيث تمثل الرقم الخاص بكل لينك لتمييزه في الشبكة ,

"خاص بنوع الفيرتشوال" نك رقم خاص فيه غير مسموح تكرارهلذلك لكل لي

interface number - : رقم بحيث هو وهيا شغلة موجودة في النوعين

أيبد( طرف اللينك بالنسبة للراوتر)يُعطى لكل انترفيس خاص بالراوتر

ولكل راوتر يتكرر نفس الشي بمعنى انو الرقم ممكن 1الترقيم عادة من

الشكل التالي يوضح الفرق بين النوعين السابقين من _ يتكرر بالشبكة

:االرقام

There are three identifiable phases in a virtual circuit:

- VC Setup: The network layer determines the path between

sender and receiver, that is, the series of links and routers through which all packets of the VC will travel. The network layer also determines the VC number for each link along the path. Finally. the network layer adds an entry in the forwarding table in each router along the path.

A

3


- Data transfer: As shown in figure below, once the VC has

been established, packets can begin to flow along the VC.

- VC teardown: This is initiated when the sender (or

receiver) informs the network layer of its desire to

terminate the VC. The network layer will then typically

inform the end system on the other side of the network of

the call termination and update the forwarding tables in

each of the packet routers on the path to indicate that the

VC no longer exists.

Forwarding Table For Virtual circuit Networks :

Aمقطع من التيبل الخاص بالراوتر

لحتى نالحظ الفرق بين الفيرتشوال سيركت والداتاجرام الزم نثبت

بيختلف في بالنا شكل التيبل هادا والمدخالت الثابتة اللي فيه النو

.......عن التيبل الخاص بالراوتر في الداتاجرام نتورك

A

4


Datagram Network

- No call setup at network layer

- Packets forwarded using destination host address

Forwarding table

بحيث قد يكون عنوان destinationنالحظ هنا ان التيبل يعتمد على عنوان

في . االنترفيس الخاص فيها Rangeمعين ولكل subnetل Rangeواحد او

billion 4بت للعنوان رح يكون عنا احتمال وجود 32هاي الحالة عنا

possible entries احنا مش محتاجين نكتب كل هاي الشغالت بالتيبل

:زي التالي Prefix Matchالحل هوا استخدام

5


- The router matches a prefix of the packet's destination address

with the entries in the table; if there's a match, the router

forward the packet to a link associated with the match.

- When there are multiple matches, the router uses the longest

prefix matching rule; that is. it finds the longest matching entry

in the table and forwards the packet to the link interface

associated with the longest prefix match.

4.3 What’s inside a router

Input Port Functions

6


Input Port Queuing

Fabric slower than input ports combined queuing may

occur at input queues.

.بسرعة أكبر من معدل النقل fabric switchعندما تصل الداتاجرامز إلى

Head-of-the-Line (HOL) blocking: queued datagram at

front of queue prevents others in queue from moving

forward.

تمنع غيرها من االنتقال فتكون شاغلة queueحالة وجود داتاجرام في

المسار مع انو غيرها موجود والطرف اآلخر مستعد الستقبالها ولكن اليتم

:النقل كما في الصورة التالية

حسب الصورة فان الداتا باللون األخضر رح تستنى الداتا اللي باللون االحمر

مستعد الستقبال الداتا باللون ويسير عندها ديلي مع انو الطرف التاني

HOLالوسطى اللي بالطرف اليمين فارغة وهادا معناه queueال_االخضر

Blocking

Queuing delay and loss due to input buffer overflow!

Output Ports

- Buffering when arrival rate via switch exceeds output line

speed

.بسرعة أكبر من معدل النقل fabric switchالداتاجرامز من عندما تصل

7


- Queuing (delay) and loss due to output port buffer

overflow!

Three types of switching fabrics

يرجى مراجعة ..... لمزيد من المعلومات والتفاصيل عن هادا الموضوع

563-533الكتاب من صفحة

4.4 IP: Internet Protocol

IP Fragmentation & Reassembly

من الداتا إلى مجموعة من البلوكات األصغر حجما عملية تقسيم بلوك كبير

fragmentationتسمى عملية ال

- Network links have MTU (max. transfer size) - largest

possible link-level frame.

- Large IP datagram divided (“fragmented”) within net

one datagram becomes several datagrams

“reassembled” only at final destination

IP header bits used to identify, order related

fragments

سيتم توضيحها بالتفصيل مع fragmentation شرح كيفية التعامل مع ال

....... السؤال الحقا في هذه المتريال

8


مارح يتم IP Addresses and Subnettingباقي مواضيع السكشن زي

شرحها هنا النو تم تغطيتها في الالب وموجودة بالكتاب والساليدز

4.5 Routing algorithms

- Link-State Routing Algorithm

Dijkstra's algorithm requires that each node must have complete information about the network; that is, each node must know the link costs of all links in the network.

عشان نعمل الراوتنج تيبل الزم نعرف معنى الرموز اللي موجودة فيه وهيا

:كالتالي

- L(v): current value of cost of path from source to dest. V

= ∞ if not direct neighbors

- P: path from source to v

- M: set of nodes whose least cost path definitively known (visited nodes)

- Distance Vector Algorithm

The Bellman-Ford algorithm uses only on information from its neighbors and knowledge of its link costs, to update it costs and paths.

ستأتي Bellman-Ford و Dijkstraشرح آلية العمل الخاصة ب ***

****بالتفصيل مع األسئلة الخاصة بها الحقا

باقي المواضيع التي لم تتم تغطيتها هنا في المتريال هيا اكيد :مالحظة

^_^مطلوبة وموجودة بالساليدز والكتاب ويجب قراءتها

9


Review Questions and Problems

Review Questions

R.9 Describe how packet loss can occur at input ports. Describe how

packet loss at input ports can be eliminated (without using infinite

buffers).

Packet loss occurs if queue size at the input port grows large because of slow

switching fabric speed and thus exhausting router’s buffer space. It can be

eliminated if the switching fabric speed is at least n times as fast as the

input line speed, where n is the number of input ports.

Speed=

n*port speed n input ports

10


Problems

a. Destination Address Link Interface

H3 3

b. No, because forwarding rule is only based on destination address.

!!!!!(وكل واحد له انترفيس H3عمل التيبل ألنو رح يكون عنا صفين ل اليمكن)

c. Incoming interface Incoming VC# Outgoing Interface Outgoing VC#

1 12 3 22

2 63 4 18

P.4 Consider the network below.

a. Suppose that this network is a datagram network. Show the

forwarding table in router A, such that all traffic destined to host H3 is

forwarded through interface 3.

b. Suppose that this network is a datagram network. Can you write down

a forwarding table in router A, such that all traffic from H1 destined to

host H3 is forwarded through interface 3, while all traffic from H2

destined to host H3 is forwarded through interface 4?

c. Now suppose that this network is a virtual circuit network and that

there is one ongoing call between H1 and H3, and another ongoing call

between H2 and H3. Write down a forwarding table in router A, such

that all traffic from H1 destined to host H3 is forwarded through

interface 3, while all traffic from H2 destined to host H3 is forwarded

through interface 4.

11


P.8 Consider the switch shown below. Suppose that all datagrams have

the same fixed length, that the switch operates in a slotted, synchronous

manner, and that in one time slot a datagram can be transferred from an

input port to an output port. The switch fabric is a crossbar so that at

most one datagram can be transferred to a given output port in a time

slot, but different output ports can receive datagrams from different

input ports in a single time slot. What is the minimal number of time

slots needed to transfer the packets shown from input ports to their

output ports, assuming any input queue scheduling order you want (i .e.

, it need not have HOL blocking)? What is the largest number of slots

needed, assuming the worst-case scheduling order you can devise,

assuming that a non-empty input queue is never idle?

12


Slot 1 Slot 2 Slot 3

Q1

Q2

Q3

Slot 1: From Q1: X Slot 2: From Q1: - Slot 3: From Q1: -

From Q2: Y From Q2: X From Q2: -

From Q3: - From Q3: Y From Q3: Z

The number of time slots needed is 3

خلينا .....هنا رح نحتار هل هادا الرقم اللي طلع معنا هوا المينمم وال الماكسيمم

نشوف هل عنا حل آخر غير الموجود بمعنى هل في خيارات في اختيار الداتا ممكن

؟؟؟؟!!!تغير في عدد التايم سلوت

Slot 1 Slot 2 Slot 3

Slot 1: From Q1: X Slot 2: From Q1: - Slot 3: From Q1: -

From Q2: - From Q2: Y From Q2: X

From Q3: Y From Q3: Z From Q3: -

The minimum and maximum slots equal 3 !!!

بس هنا في هاي الحالة صدفت انو نفس الشي وما فرق معنا بس في حاالت تانية

بيكون في عدة HOLبيكون الوضع فيها معقد أكتر بمعنى انو لو كان في أكتر من حالة

خيارات لالرسال بتعطي فرصة وجود مينمم وماكسيمم تايم

X

X Y

Z Y

X

X Y

Z Y

X

Z Y

Z

X Y

z

X

13


P.9 Consider a datagram network using 32-bit host addresses. Suppose a

router has four links, numbered 0 through 3, and packets are to be

forwarded to the link interfaces as follows:

a. Provide a forwarding table that has four entries, uses longest prefix

matching, and forwards packets to the correct link interfaces.

b. Describe how your forwarding table determines the appropriate link

interface for datagrams with destination addresses:

14


P.10 Consider a datagram network using 8-bit host addresses. Suppose

a router uses longest prefix matching and has the following forwarding

table:

Prefix Match Interface

00 0

010 1

011 2

10 2

11 3

For each of the four interfaces, give the associated range of destination

host addresses and the number of addresses in the range.

a. Prefix Match Link Interface

1st 11100000 00 0

2nd 11100000 01000000 1

3rd 1110000 2

4th 11100001 1 3

5th otherwise 3

لو انا حكيت هادا العنوان بدي اعرف اليا .. لسبب مهم وهوا entryالزم نحط هادي ال

؟؟؟؟1110000110000000000000000000000 :انترفيس بيتبع

2لو ما كنا حاطين هاي االنتري رح يكون الجواب انو هادا العنوان تابع لالنترفيس

هادا الشي مش صحيح لذلك الزم .حسب ال بريفكس اللي موجود بالتيبل السابق !!

الرينج بحيث بنبحث عال بريفكس تبع 5نميز العناوين اللي رح يبدا منها رينج انترفيس

1 11100001الجديد وهوا

b. Prefix match for first address is 5th entry: link interface 3

Prefix match for second address is 3nd entry: link interface 2

Prefix match for third address is 4th entry: link interface 3

الزم نتتبع عشان نطلع البريفكس

على العنوان بداية من الشمال

بحيث انو نطلع المقطع الثابت

في كل الرينج بحيث انو العناوين

متتالية وبداية كل رينج هيا

التالية الخر عنوان بالرينج

......السابق

15


هنا الحل هوا عكس حل السؤال السابق بمعنى انو هنا المعطى هوا ال بريفكس

والمطلوب الرينج

عشان نحسب عدد الهوست في كل رينج بنشوف كم عدد البتات اللي بيسير فيها

كم عنوان عنا ؟؟؟ بيكون الحل هوا 111 ل 000التغيير في الرينج مسال لما احكي من

هنا بالسؤال نفس ......عناوين 8=3^2عدد البتات اللي صار فيها التغيير يعني ^ 2

الشي بنشوف كم بت صار فيهم التغيير في الرينج وعأساسهم بنشوف عدد الهوست

16


P.17 Consider sending a 2400-byte datagram into a link that has an

MTU of 700 bytes . Suppose the original datagram is stamped with the

identification number 422. How many fragments are generated? What

are the values in the various fields in the IP datagram(s) generated

related to fragmentation?

Subnet 1: 2^n-2> 63: n= 7 -------- 128 interfaces



Subnet 1: 223.1.17.0

Subnet 2: 223.1.17.128 ------ الخر الشبكة

Subnet 3: مالها مكان بالشبكة

So,we can’t make a classsfull subnetting based on the topology above

with network prefix address 223.1.17/24

P.12 Consider a router that interconnects three subnets: Subnet I,

Subnet 2, and Subnet 3. Suppose all of the interfaces in each of these

three subnets are required to have the prefix 223.1.17/24. Also suppose

that Subnet I is required to support up to 63 interfaces, Subnet 2 is to

support up to 95 interfaces, and Subnet 3 is to support up to 16

interfaces. Provide three network addresses that satisfy these

constraints.

17


P.24 Consider the following network. With the indicated link costs, use

Dijkstra's shortest-path algorithm to compute the shortest path from X to

all network nodes.

- Datagram = Header + Data

- MTU = Header + Data

- We will assume that the size of the IP header is 20 bytes

بايت 2533بايت يعني الداتا الفعلية اللي موجودة فيها 2433الداتاجرام حجمها

بايت اللي هيا اكبر حجم 633بايت معناها الداتا الفعلية هيا MTU =033وحجم ال

الوحدة fragment مسموح الي انقلها في ال

Flag Offset

(8 bytes) ID Data length

(bytes) Fragment

number

1 0 422 680 1

1 680/8 = 85 422 680 2

1 (680+680)/8=170 422 680 3

0 (680+680+680)/8=255 422 340 4

- fragment offset must be a multiple of 8-byte.

- n = number of fragments

- d = total data

- m = maximum data size

General form: n= |‾ d/m ‾| = |‾ 2380/680 ‾| = |‾ 3.5 ‾| = 4

So we need 4 fragments.

: Offset 8متغير بيشوف كم حجم الداتا اللي تم نقلها مسبقا بوحدة ال-bytes

: More Flag بما معناه انو لسه ضايل داتا ماعدا اخر مرة بيكون 1دايما بيكون

زيرو بما يعني انو الداتا خلصت

18


P.26 Consider the network shown below, and assume that each node

initially knows the costs to each of its neighbors. Consider the distance-

vector algorithm and show the distance table entries at node z.

L (z) P L (y) P L (w) P L (v) P L (u) P L (t) P M Step

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v ∞ - ∞ - x 1

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v 6 x-v-u 7 x-v-t xv 2

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v 6 x-v-u 7 x-v-t xvu 3

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v 6 x-v-u 7 x-v-t xvuw 4

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v 6 x-v-u 7 x-v-t xvuwy 5

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v 6 x-v-u 7 x-v-t xvuwyt 6

8 x-z 6 x-y 6 x-w 3 x-v 6 x-v-u 7 x-v-t xvuwytz 7

وبنحط الكوست تبعها xنحل بنشوف مين المتصلين مباشرة بالنود اول ما نبدا

عطول في الجدول وغير هيك ايا نودز مش متصلة بنحطلها انفينيتي

بحيث Mبنشوف مين من النودز الموجودين الكوست تبعها اقل شي وبنضمها ل

اني اتحرك من خاللها مجموعة النودز اللي تم زيارتها واللي بامكاني Mتمثل

بس بقدر اوصل لمين وهيك في xيعني اول صف في الجدول بنحكي من خالل

بقدر اوصل لمين وبنضل ماشيين في كل الخطوات x,vالصف التاني من خالل

زي هيك نشوف االقل ونضيفو للجدول ومابنرجع نطلع عالنود بعد مانضيفها عال

M وفي حال تساوي قيمتين لنودز . ولخلص بنثبت الكوست تبعها الخر الجد

نفس الكوست ايا شي yو wو uال : بناخد ايا وحدة فيهم زي هادي مسال

.فيهم مابيفرق

في كل مرة انا بقارن الكوست الجديد اللي بيطلع معي والخاص بنود معينة

باللي موجود مسبقا مابغير في الجدول القيمة اال لو كانت القيمة الجديدة اقل

leastالقيمة الموجودة اصال بالجدول النو احنا معنيين بالحصول على من

cost\shortest path

حتى لو Mبنضل ماشيين في الجدول لحد مايسير كل النودز موجودين في

الحظنا انو االجابات ثبتت وبالمقابل ممنوع نزيد خطوة بعد ما يسير كل النودز

".^_^ ا مش ضروري نحطها بالجواب ازا بدنا نتأكد نتأكد بمخن" Mفي ال

19


P.28 Consider the network fragment shown below. x has only two

attached neighbors, wand y. w has a minimum-cost path to destination u

(not shown) of 5, and y has a minimum-cost path to u of 6. The complete

paths from wand y to u (and between w and y) are not shown. All link

costs in the network have strictly positive integer values.

a. Give x's distance vector for destinations w, y, and u.

b. Give a link-cost change for either c(x, w) or c(x,y) such that x will

inform its neighbors of a new minimum-cost path to It as a result of

executing the distance-vector algorithm.

Lh (y) P Lh (x) P Lh (v) P Lh (u) P h

∞ - ∞ - ∞ - ∞ - 0

∞ - 2 z-x 6 z-v ∞ - 1

5 z-x-y 2 z-x 5 z-x-v 7 z-v-u 2

5 z-x-y 2 z-x 5 z-x-v 6 z-x-v-u 3

5 z-x-y 2 z-x 5 z-x-v 6 z-x-v-u 4

المسموح التحرك فيهم للوصول hops فكرة الحل هنا بتعتمد على زيادة عدد

وفي كل مرة .... او... او ... او 1او 0للنودز ففي كل مرة بنشوف لو كان

بقدر اوصل للنودز وبجيب " اللينكات" hopsبنشوف هل من خالل هادا العدد من

الكوست وزي ماشفنا في الدايجسترا انو لو الكوست الجديد اقل في كل مرة

لحد ما يبطل hopsوبنوقف زيادة عدد ال من الموجود بنغير غير هيك ال

عندي تغيير يعني لما اوصل اطول باث بين ايا نودز بيكون وقتها خلص انتهى

الحل

20


See You at Next lecture

Best Wishes

a. Dx(w) = 2, Dx(y) = 4, Dx(u) = 7

" Dx(u) = min(x-u = x-w + x-u = 2+5=7 , x-y + y-u=4+6 = 10) = 7 "

b. First consider what happens if c(x,y) changes:

- If c(x,y) becomes larger ( بمقدار كممش مهم أكبر ), c(x,u) remains 7

.

- If c(x,y) becomes smaller (الزم نحدد رح تقل بمقدار كم او شو الحد):

y وبما انو احنا بنغير في wحسب التعامل مع 7بما انو الكوست لحتى اآلن

1ثابتةومحتاجة y-u =6عاعتبار انو 1رح يكون الفرق اللي رح يعمل التغيير هوا

:عشان هيك 0توصل لحتى

- If c(x,y) =δ<1, then the least cost path now passes through y and

has cost δ+6.

-

- Now consider if c(x,w) changes. If c(x,w) becomes smaller ( مش

then the least-cost path to u continues to ,(مهم أصغر بمقدار كم

pass through w and its cost changes to 5 + ε.

-

- If c(x,w) = δ > 5, then the least cost path now passes through y

and has cost 10.

-

اللي هيا خاصة 10يعني محتاجين تكون اقل من w بما انو احنا بنغير في ال (

( 5هيا 13لل wيعني اللي رح يوصل ال 5ثابتة انها w-uواحنا عنا yب

21

CH - Islamic University of Gazasite.iugaza.edu.ps/wp-content/uploads/Networks... · 4.2 Virtual...

Documents

Transcript of CH - Islamic University of Gazasite.iugaza.edu.ps/wp-content/uploads/Networks... · 4.2 Virtual...