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RNVS-Blatt-04

May 15, 2024|Jul 24, 2024|12 min 13 sec

1. Verbindungslose und verbindungsorientierte Kommunikation (H)

Aufgabenstellung

Ein Kriterium, um eine Kommunikationsbeziehung genauer zu charakterisieren, ist die Einteilung in verbindungslose und verbindungsorientierte Kommunikation. Beispiele aus dem Alltag wären z.B. die Briefpost und ein Telefongespräch.

Erläutern Sie kurz den konzeptionellen Unterschied zwischen verbindungsloser und verbindungsorientierter Kommunikation!

  • Verbindungslose
    • Keine feste Verbindung zwischen Absender und Empfänger
    • Daten werden in einzelnen Paketen abgeschickt, die unabhängig voneinander das Ziel erreichen können in möglicherweise unterschiedlicher Reihenfolge
  • Verbindungsorientiert
    • feste Verbindung zwischen Sender und Empfänger
    • Verbindung muss erstmal hergestellt werden
    • Bestätigung über Erhalt der Nachricht

Nennen Sie je zwei Beispieldienste!

  • Verbindungslose (UDP)
    • DNS
    • SNMP
  • Verbindungsorientiert (TCP)
    • HTTP
    • FTP

Unter welchen Bedingungen ist eine verbindungslose Kommunikation von Vorteil?

Bei Services, bei denen der Verlust von einzelnen Datenpaketen nicht kritisch ist, wie z.B. Streaming-Diensten, wo Geschwindigkeit wichtiger ist als vollständige Datenintegrität.

2. Verbindungsaufbau und -abbau (H)

Aufgabenstellung

in der Vorlesung wurde der Verbindungsaufbau und -abbau zur sicheren Kommunikation über einen unzuverlässigen Kanal vorgestellt. Im Folgenden sehen Sie ein Zustandsdiagramm für den 2-Wege-Handshake.

stateDiagram
    direction LR
    [*] --> Aufbauwunsch
    Aufbauwunsch --> Verbunden

(Zustandsdiagramm)

(a) Ein möglicher Fehler während des 2-Wege-Handshake ist bereits bekannt: der Verlust der zweiten Nachricht, der Bestätigung des Verbindungsaufbaus, führt zu einem Problem. Zeigen Sie anhand des Zustandsdiagramms in welchem Zustand die Teilnehmer sich befinden.

Im Zustand Aufbauwunsch

sequenceDiagram
    participant Alice as Sender
    participant Bob as Empfänger

    Alice->>Bob: SYN [erster Versuch]
    Bob-->>Alice: ACK geht verloren
    Alice->>Bob: SYN [zweiter Versuch]
    note right of Bob: wird ignoriert, da erster Versuch noch aktiv

(Sequenzdiagramm)

(b) Skizzieren Sie ein weiteres Szenario, in dem die Verbindung beim 2-Wege-Handshake nicht erfolgreich aufgebaut wird.

stateDiagram
    direction LR
    [*] --> Aufbauwunsch
    Aufbauwunsch --> WarteAufBestätigung : Verbindung aufbauen
    WarteAufBestätigung --> Verbunden : Bestätigung erhalten
    WarteAufBestätigung --> Timeout : Bestätigung verloren
    Timeout --> Aufbauwunsch : Erneuter Verbindungsaufbau
    note right of WarteAufBestätigung : Warte auf Bestätigung
    note right of Timeout : Timeout beim Warten auf Bestätigung
  • Kann zudem sein, dass beide gleichzeitig ein SYN senden

(c) In der Vorlesung wurde das vorgestellte Protokoll zu einem 3-Wege-Handshake und um einen Verbindungsabbau erweitert. Zeichnen Sie dazu ein Zustandsdiagramm.

sequenceDiagram
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S->>E: SYN [erster Versuch]
    E->>S: SYNB
    S->>E: SYNBP

Verbindungsabbau:

sequenceDiagram
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S->>E: CLS
    E->>S: CLSB
    S->>E: CLSB

graph
    direction TB
    closed --> SYN_SENT
    closed --> SYNB_SENT
    SYN_SENT --> established
	established --ACK--> established
	established --CLSB sent--> close_Empfänger
	established --CLS sent--> close_Sender
	close_Sender --CLSB sent--> close
	close_Empfänger --CLS sent--> close

(d) Auch der 3-Wege-Handshake kann den erfolgreichen Verbindungsaufbau nicht garantieren. Um genau zu sein, gibt es keinen Handshake der eine vollständige Garantie gibt. Begründen Sie warum es keinen solchen Handshake geben kann.

Handshakes sind nur ein Protokoll um die Kommunikation miteinander aufzustellen, bei nicht aufstellen dieser Kommunikation(z.B. schickt der Sender immer wieder Anfragen (SYN) aber bekommt keine Antwort drauf (SYNB) kann nie ein erfolgreicher Verbindungsaufbau stattfinden). Das Protokoll ist da, um die Parteien von einem erfolgreichen gegenseitigen Verbindungsaufbau zu informieren, nicht um direkt einen herzustellen.

(e) Der 3-Wege-Handshake ist trotzdem weit verbreitet. Warum ist dieser in der Realität ausreichend für einen Verbindungsaufbau?

  • Er ist zuverlässig genug, da sich Sender und Empfänger darauf einigen, nun Daten auszutauschen, wenn das Protokoll erfolgreich abgeschlossen wird.
  • Er hilft bei der Initialisierung und Synchronisation der Sequenznummern, die notwendig sind, um die Pakete in der richtigen Reihenfolge zu empfangen und sicherzustellen, dass keine Daten verloren gehen.
  • Er ist relativ einfach zu implementieren und verursacht nur wenig Overhead.
  • Er hat sich als Standard durchgesetzt und ist daher weit verbreitet.

Sequenznummern 1 (ohne Sendefenster) (H)

Aufgabenstellung

In vielen Protokollen werden zur Erkennung von Duplikaten, Reihenfolgeänderungen und Nachrichtenverlust Sequenznummern eingesetzt. Für diese Aufgabe gelten die folgenden Festlegungen:

  • Der Sender benutzt einen Zeitgeber/Timer, um die Zeit bis zum Erhalt der Quittung zu messen. Er wiederholt die Nachricht, wenn innerhalb eines Zeitintervalls (Timeout) von 800 ms keine Quittung eingetroffen ist.
  • Der Empfänger sendet nur positive Einzelquittungen.
  • Der Empfänger kann Nachrichten nur verarbeiten, wenn sie in der richtigen Reihenfolge eintreffen.
  • Alle Nachrichten (mit Nutzdaten, bzw. nur Quittung) sind gleich groß.
  • Die Netzverzögerung beträgt 20 ms und ist konstant für alle Nachrichten.
  • Der Sender wartet nach dem Senden jeder Nachricht, bis diese vom Empfänger quittiert wurde.

(a) Unter welchen Bedingungen ist es akzeptabel, nach jeder einzeln gesendeten Nachricht auf eine Bestätigung/Quittung zu warten? Begründen Sie Ihre Antwort.

  • Bei einer niedrigen Nachrichtenfrequenz
  • Hohe Zuverlässigkeitsanforderung
    • wenn die Reihenfolge und Erhalt der Nachricht sehr wichtig sind
  • Eindeutige Zustellung erforderlich
    • In Szenarien, wo jede Nachricht genau einmal ankommen soll
    • Szenaren wo keine Nachricht verloren oder dupliziert ankommen soll

Beispiel

Ein Beispiel für eine Anwendung, bei der es akzeptabel ist, nach jeder Nachricht auf eine Bestätigung zu warten, könnte die Terminvergabe bei einer Behörde wie dem KVR (Kreisverwaltungsreferat) per E-Mail sein. Hier möchte man vermeiden, dass der gleiche Termin mehrfach vergeben wird oder dass ein Benutzer durch das wiederholte Senden von E-Mails versucht, einen Termin schneller zu bekommen. Durch das Warten auf eine Bestätigung wird sichergestellt, dass jeder Terminwunsch individuell verarbeitet und quittiert wird, bevor der nächste bearbeitet wird. Dies verhindert Spam und sorgt dafür, dass die Anfragen in der richtigen Reihenfolge bearbeitet werden.

(b) Zeichnen Sie ein Sequenzdiagramm, in dem 2 Nachrichten fehlerfrei übertragen werden.

sequenceDiagram
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S ->> E: SYN
    E ->> S: SYNB
    S ->> E: SYNBP
    S ->> E: Nachricht A
    E ->> S: ACK A
    S ->> E: Nachricht B
    E ->> S: ACK B
    E ->> S: CLS
    S ->> E: ACK

(c) Zeichnen Sie ein Sequenzdiagramm, in dem der Sender 3 weitere Nachrichten sendet, aber die folgenden Fehlerfälle eintreten:

Aufgabe wurde ausgebessert nach Input von Komillitonen. Danke L! 🩵

Fehler in Lösung welcher noch ausgebessert werden muss!

EDIT: Fehler ausgebessert und sollte nun passen
Der Sender wartet 800ms (Timeout Länge) auf ACK 1, welches verloren gegangen ist. Wenn das nicht ankommt, sendet der Sender erneut Nachricht 1 (nicht 2). Ebenfalls steht in der Aufgabenstellung, dass der Empfänger nur positive Einzelquittungen schickt, weshalb er nicht NAK 2 zurückschicken kann. Der Sender muss dort ebenfalls 800ms warten, bis er Nachricht 2 erneut sendet.

Sender erkennt den Fehler am Timout, da er nicht weiß, ob das ACK 1 verloren gegangen ist oder seine Nachricht beschädigt ankam. Empfänger erkennt es an doppelten Nachrichten

Aufgabenstellung

  • Die Quittung für die erste Nachricht geht auf dem Weg zum Sender verloren.
  • Die zweite Nachricht kommt beim Empfänger beschädigt an und wird deswegen verworfen.

Geben Sie für jeden dieser Fehlerfälle an, wie der Fehler jeweils auf Sender- und Empfängerseite erkannt wird!

sequenceDiagram
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S ->> E: Nachricht 1
    note right of E: Empfänger erhält Nachricht 1
    E --x S: ACK 1
    note right of S: ACK 1 geht verloren
    S ->> E: Nachricht 1
    note right of S: S schickt Nachricht 1 erneut
    E ->> S: ACK 1

	sequenceDiagram
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S ->> E: Nachricht 1
    E ->> S: ACK 1

	S -->> E: Nachricht 2
    note right of E: Nachricht 2 kommt beschädigt an

    S ->> E: Nachricht 2 (erneut)
    E ->> S: ACK 2
    S ->> E: Nachricht 3
    E ->> S: ACK 3

4. Rollenwechsel

Aufgabenstellung

Die Kapitel 1 und 2 der Vorlesung wurden nun vollständig behandelt. Entwerfen Sie für den Stoff der beiden Kapitel drei Quizfragen, die Ihre Kommilitoninnen und Kommilitonen beantworten können sollten, nachdem sie die Kapitel bearbeitet haben. Geben Sie auch jeweils eine richtige und mindestens zwei falsche Antwortalternativen an.

Achten Sie dabei besonders auf die richtige Wortwahl, so dass die Fragen nicht missverstanden werden können.

Frage 1: Grundlagen von Netzwerken

Frage: Was ist der Unterschied zwischen einem Rechnernetz und einem verteilten System?

  • Richtige Antwort: Ein Rechnernetz ist ein Zusammenschluss von Computern, die Informationen austauschen können, während ein verteiltes System darüber hinaus Dienste über diese Netzwerkverbindung anbietet.
  • Falsche Antwort 1: In einem verteilten System können keine Informationen zwischen Computern ausgetauscht werden.
  • Falsche Antwort 2: Ein Rechnernetz kann keine Verbindung zu anderen Computern herstellen, es dient nur der internen Datenverarbeitung.

Frage 2: Datenübertragung und Protokolle

Frage: Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Funktion eines Protokolls in einem Computernetzwerk?

  • Richtige Antwort: Ein Protokoll definiert die Regeln für den Datenaustausch, einschließlich der Datenstrukturierung und Synchronisation.
  • Falsche Antwort 1: Ein Protokoll ist eine physische Verbindung zwischen zwei Computern, die den Datenaustausch ermöglicht.
  • Falsche Antwort 2: Protokolle sind ausschließlich für die Speicherung von Daten auf einem einzelnen Computer verantwortlich, nicht für die Übertragung.

Frage 3: Konzepte der Internetarchitektur

Frage: Was versteht man unter dem Ende-zu-Ende-Prinzip im Kontext der Internetkommunikation?

  • Richtige Antwort: Funktionen sollten am Endpunkt einer Kommunikation implementiert werden, um die Effizienz und Leistung zu optimieren.
  • Falsche Antwort 1: Alle Daten müssen über einen zentralen Knoten laufen, bevor sie ihr Ziel erreichen.
  • Falsche Antwort 2: Jeder Knoten im Netzwerk muss sämtliche Daten verarbeiten, die durch ihn hindurchgehen.

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