RNVS-Blatt-06

1. Fenstergröße beim Sliding-Window-Verfahren (H)

Aufgabenstellung

Eine Sendestation verschickt PDUs an Satelliten, mit einer maximalen Übertragungsrate von 64 kBit/s (1 kBit sind $10^3$ Bits). Die Größe der PDUs beträgt 512 Byte und jede PDU, die der Satellit empfängt, wird einzeln mit einer 8 Byte langen Antwort über einen separaten Rückkanal bestätigt (Quittung), ebenfalls mit einer maximalen Übertragungsrate von 64 kBit/s. In diesem Szenario soll das Sliding-Window-Verfahren (Fenstertechnik) eingesetzt werden, um Flusssteuerung (Flow Control) zu ermöglichen.

Es sollen folgende Annahmen gelten:

• Die Signalverzögerung zwischen Sender und Satellit beträgt 270 ms.
• Es handelt sich um einen idealen Satellitenkanal, d.h. keine Nachricht geht verloren.

Eigenschaften des Sliding-Window-Verfahrens:

• Flusssteuerung: Das Sliding-Window-Verfahren ermöglicht es einem Sender, mehrere Frames zu versenden, bevor eine Bestätigung vom Empfänger erforderlich ist. Dies optimiert den Datendurchsatz und die Effizienz des Netzwerks.
• Fenstergröße: Die Anzahl der Frames, die gesendet werden können, ohne auf eine Quittung warten zu müssen, wird durch die Fenstergröße bestimmt. Diese kann dynamisch angepasst werden, um auf Netzwerkbedingungen zu reagieren.
• Fehlerkontrolle: Das Verfahren unterstützt eine zuverlässige Datenübertragung, da verlorene oder fehlerhafte Frames erneut gesendet werden, wenn keine Bestätigung innerhalb eines bestimmten Zeitraums empfangen wird.
• Sequenznummern: Jeder Frame wird mit einer Sequenznummer versehen, die dem Empfänger hilft, die richtige Reihenfolge der Frames wiederherzustellen und Duplikate zu erkennen.

(a) Berechnen Sie jeweils die maximale effektive Übertragungsrate in kBit/s, wenn die Fenstergröße folgende Werte annimmt:

Geben Sie zusätzlich die Nutzungseffizienz des Kanals in Prozent an!

Formelsammlung

1. Berechnung der Round-Trip Time (RTT): $$\text{RTT}=2\times \text{Signalverzo¨gerung}$$
2. Berechnung der Übertragungszeit für eine PDU: $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine PDU}=\frac{(\text{Gro¨ße der PDU in Bits})}{(\text{U¨bertragungsrate})}$$
3. Berechnung der Übertragungszeit für eine Quittung: $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}=\frac{(\text{Gro¨ße der Quittung in Bits})}{(\text{U¨bertragungsrate})}$$
4. Berechnung der Gesamtzeit für den Versand und Empfang von $N$ PDUs: $$\text{Gesamtzeit}=N\times \text{U¨bertragungszeit fu¨r eine PDU}+\text{RTT}+N\times \text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}$$
5. Berechnung der effektiven Übertragungsrate für $N$ PDUs: $$\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{N\times (\text{Gro¨ße der PDU in Bits})}{\text{Gesamtzeit}}$$
6. Berechnung der Nutzungseffizienz des Kanals: $$\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{\text{Effektive U¨bertragungsrate}}{\text{Maximale U¨bertragungsrate}}\right)\times 100$$

1. 1 PDU

Benötigte Formeln:

5. Berechnung der effektiven Übertragungsrate für $N$ PDUs:

   $$\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{N\times (\text{Gro¨ße der PDU in Bits})}{\text{Gesamtzeit}}$$

6. Berechnung der Gesamtzeit für den Versand und Empfang von $N$ PDUs:

   $$\text{Gesamtzeit}=N\times \text{U¨bertragungszeit fu¨r eine PDU}+\text{RTT}+N\times \text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}$$

7. Berechnung der Übertragungszeit für eine PDU:

   $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine PDU}=\frac{(\text{Gro¨ße der PDU in Bits})}{(\text{U¨bertragungsrate})}$$

8. Berechnung der Round-Trip Time (RTT):

   $$\text{RTT}=2\times \text{Signalverzo¨gerung}$$

9. Berechnung der Übertragungszeit für eine Quittung:

   $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}=\frac{(\text{Gro¨ße der Quittung in Bits})}{(\text{U¨bertragungsrate})}$$

• $1PDU=512Bytes\stackrel{\cdot 8}{=}4096Bits$
• $\text{Signalverzo¨gerung}=270ms$
• $\text{U¨bertragungsrate}=64\frac{kBit}{s}\stackrel{\cdot 1000}{=}64000\frac{Bits}{s}$
• $\text{Gro¨sse der Quittung}=8Bytes\stackrel{\cdot 8}{=}64Bit$

Einsetzen in Formeln

3. Berechnung der Übertragungszeit für eine Quittung:

   $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}=\frac{64Bits}{64000\frac{Bits}{s}}=0.001s$$

4. Berechnung der Round-Trip Time (RTT):

   $$\text{RTT}=2\times 270ms=540ms$$

5. Berechnung der Übertragungszeit für eine PDU:

   $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine PDU}=\frac{4096Bits}{64000\frac{Bits}{s}}=0.064s$$

6. Berechnung der Gesamtzeit für den Versand und Empfang von $N$ PDUs:

   $$\text{Gesamtzeit}=1\times 0.064s+0.54s+1\times 0.001s=0.605s$$

7. Berechnung der effektiven Übertragungsrate für $N$ PDUs:

   $$\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{1\times 4096Bits}{0.605s}=6770.2479\frac{Bits}{s}$$

$$\lfloor 6770.2479\frac{Bits}{s}\rfloor =6770\frac{Bits}{s}$$

Zur Berechnung der Nutzungseffiziens

Benötigte Formel

6. Berechnung der Nutzungseffizienz des Kanals: $$\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{\text{Effektive U¨bertragungsrate}}{\text{Maximale U¨bertragungsrate}}\right)\times 100$$

Einsetzen

6. Berechnung der Nutzungseffizienz des Kanals: $$\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{6770\frac{Bits}{s}}{64000\frac{Bits}{s}}\right)\times 100=10.58\%$$

2. 7 PDUs

Trivial zu $1PDU$ es wird nur $N$ angepasst

• $1PDU=512Bytes\stackrel{\cdot 8}{=}4096Bits$
• $\text{Signalverzo¨gerung}=270ms$
• $\text{U¨bertragungsrate}=64\frac{kBit}{s}\stackrel{\cdot 1000}{=}64000\frac{Bits}{s}$
• $\text{Gro¨sse der Quittung}=8Bytes\stackrel{\cdot 8}{=}64Bit$

$$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}=\frac{64Bits}{64000\frac{Bits}{s}}=0.001s$$ $$\text{RTT}=2\times 270ms=540ms$$ $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r sieben PDUs}=\frac{7\cdot 4096Bits}{64000\frac{Bits}{s}}=0.448s$$

↓ Musterlösung verwendet N = 1 für Gesamtzeit? ↓ Aber N = 7 für Effektive Übertragungsrate ↓

$$\text{Gesamtzeit}=1\times 0.064s+0.54s+1\times 0.001s=0.605s$$ $$\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{7\times 4096Bits}{0.605s}=47391.7355\frac{Bits}{s}$$ $$\lfloor 47391.7355\frac{Bits}{s}\rfloor =47391\frac{Bits}{s}$$ $$\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{47391\frac{Bits}{s}}{64000\frac{Bits}{s}}\right)\times 100=74.05\%$$

↑ Musterlösung ende ↑

↓ Meine Lösung mit N=7 für gesamtzeit ↓

Falsch

Das ist nicht korrekt, weil alle Nachrichten auf einmal gesendet werden und nicht nacheinander. Würden sie nacheinander gesendet werden, müsste man auf jede Quittung 64ms warten.

$$\text{Gesamtzeit}=7\times 0.064s+0.54s+7\times 0.001s=0.995s$$ $$\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{7\times 4096Bits}{0.995}=28816\frac{Bits}{s}$$ $$\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{28816\frac{Bits}{s}}{64000\frac{Bits}{s}}\right)\times 100=45.03\%$$

↑ Meine Lösung ende ↑

3. 15 PDUs

• $1PDU=512Bytes\stackrel{\cdot 8}{=}4096Bits$
• $\text{Signalverzo¨gerung}=270ms$
• $\text{U¨bertragungsrate}=64\frac{kBit}{s}\stackrel{\cdot 1000}{=}64000\frac{Bits}{s}$
• $\text{Gro¨sse der Quittung}=8Bytes\stackrel{\cdot 8}{=}64Bit$

$$\text{U¨bertragungszeit fu¨r eine Quittung}=\frac{64Bits}{64000\frac{Bits}{s}}=0.001s$$ $$\text{RTT}=2\times 270ms=540ms$$ $$\text{U¨bertragungszeit fu¨r fu¨nfzehn PDUs}=\frac{15\cdot 4096Bits}{64000\frac{Bits}{s}}=0.96s$$ $$\text{Gesamtzeit}=1\times 0.064s+0.54s+1\times 0.001s=0.605s$$

Info

Man kann die Nutzungseffizienz auch ohne die unteren zwei Formeln berechnen inde man

$$\begin{array}{rl}\text{Nutzungseffizienz}& =\frac{\text{U¨bertragungszeit fu¨r fu¨nfzehn PDUs}}{Gesamtzeit}\\ & =\frac{0.96s}{0.605s}\\ & =158.68\%\end{array}$$

$$\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{15\times 4096Bits}{0.605s}=101553\frac{Bits}{s}$$ $$\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{101553\frac{Bits}{s}}{64000\frac{Bits}{s}}\right)\times 100=158.68\%$$

(b) Berechnen Sie die minimale Fenstergröße, mit der die Nutzungseffizienz des Kommunikationskanals zum Satelliten 100% erreicht!

Passt so

Nutzungseffizienz umformen für Effektive Übertragungsrate

$$\begin{array}{rl}\text{Nutzungseffizienz (\%)}=\left(\frac{x\frac{Bits}{s}}{64000\frac{Bits}{s}}\right)& =1\mid \cdot 64000\frac{Bits}{s}\\ x& =64000\frac{Bits}{s}\\ \text{Effektive U¨bertragungsrate}& =64000\frac{Bits}{s}\end{array}$$

Effektive Übertragungsrate umformen für PDU-Anzahl

$$\begin{array}{rl}\text{Effektive U¨bertragungsrate}=\frac{N\times 4096Bits}{0.605s}& =64000\frac{Bits}{s}\mid \cdot 0.605s\\ N\times 4096Bits& =38720Bits\mid ÷4096Bits\\ N& =\lceil 9.4531\rceil \\ N& =10\end{array}$$

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2. Sequenznummern 2 (mit Sendefenster) (H)

Aufgabenstellung

Im Übungsblatt der vorletzten Woche wurden Sequenznummern im Fall betrachtet, dass nach jeder Nachricht auf die Quittung gewartet werden muss. In dieser Aufgabe können mehrere Nachrichten auf einmal gesendet werden. Ansonsten gelten die selben Festlegungen, sofern nicht anders angegeben:

• 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 verwendet ein Sendefenster $w=3$, das ihm erlaubt 3 Nachrichten auf einmal abzusenden, bevor die erste Quittung zurück ist.

(a) Geben Sie ein Sequenzdiagramm für die fehlerfreie Übertragung dreier Nachrichten an. Hinweis: Bedenken Sie das festgelegte Sendefenster!

sequenceDiagram
	autonumber
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger


	S->>E: SYN
	E->>S: SYNB
	S->>E: SYNBP

    note right of E: Verbindung hergestellt
     rect rgb(191, 223, 255)
		S->>E: Nachricht 1
		S->>E: Nachricht 2
		S->>E: Nachricht 3
			    note right of E: Nachrichten geschickt
	end
 rect rgb(200, 150, 255)
		E->>S: ACK 1
		E->>S: ACK 2
		E->>S: ACK 3
			    note right of E: Nachrichten acknowledged
end

		    	S->>E: CLS
		    	E->>S: CLSB
		    	E->>S: CLS
			    S->>E: CLSB
			    note right of E: Verbindungsabbau

(b) Zeichnen Sie ein Sequenzdiagramm, in dem der Sender fünf Nachrichten sendet, aber die zweite Nachricht auf dem Weg zum Empfänger verloren geht. Führen Sie das Diagramm fort, bis alle Nachrichten erfolgreich übertragen wurden.

sequenceDiagram
    autonumber
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S->>E: SYN
    E->>S: SYNB
    S->>E: SYNBP
    note right of E: Verbindung hergestellt

    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: Nachricht 1
        S-xE: Nachricht 2
        S->>E: Nachricht 3
        note right of E: Nachricht 2 kommt nicht an <br/>Timeout 800ms
    end

    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK 1
        note right of E: Nachricht 3 bekommt keine <br/>ACK weil nicht in <br/>Reihenfolge angekommen
    end

    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: Nachricht 4
        S->>E: Nachricht 5
    end

    rect rgb(200, 150, 255)
        note right of E: Nachricht 4 & 5 bekommt keine <br/>ACK weil nicht in <br/>Reihenfolge angekommen
    end

    note right of E: 800ms Timeout abgelaufen

    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: Nachricht 2
        S->>E: Nachricht 3
        S->>E: Nachricht 4
        note right of E: Schickt ab Nachricht 2 <br/>alles erneut
    end

    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK 2
        note right of E: Quittung für 2 gibt <br/>Sendefenster frei
    end

    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: Nachricht 5
    end

    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK 3
        E->>S: ACK 4
        E->>S: ACK 5
    end

    S->>E: CLS
    E->>S: CLSB
    E->>S: CLS
    S->>E: CLSB
    note right of E: Verbindungsabbau

Aufgabenstellung

Für die folgenden Teilaufgaben gelten neue Festlegungen:

• Der Sender verwendet ein größeres Sendefenster von $w=5$.
• Der Empfänger sendet nun auch negative Quittungen, sollte eine Nachricht fehlerhaft ankommen.
• Der Empfänger kann korrekte Nachrichten, die in der falschen Reihenfolge ankommen, speichern und später verarbeiten.

(c) Zeichnen Sie ein Sequenzdiagramm, in dem der Sender fünf Nachrichten sendet, aber die dritte Nachricht fehlerhaft beim Empfänger ankommt.

NAK kommt nack ACK von 4 und 5 an

sequenceDiagram
    autonumber
    participant S as Sender
    participant E as Empfänger

    S->>E: SYN
    E->>S: SYNB
    S->>E: SYNBP

    note right of E: Verbindung hergestellt

    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: Nachricht 1
        S->>E: Nachricht 2
        S-xE: Nachricht 3
        S->>E: Nachricht 4
        S->>E: Nachricht 5
        note right of E: Nachrichten geschickt
    end

    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK 1
        E->>S: ACK 2
        E->>S: NAK 3
    end

    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK 4
        E->>S: ACK 5
    end
    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: Nachricht 3
        note right of E: Nachricht 3 erneut <br/> schicken
    end
    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK 3
        note right of E: Nachricht 3 ACK
	end


    S->>E: CLS
    E->>S: CLSB
    E->>S: CLS
    S->>E: CLSB
    note right of E: Verbindungsabbau

(d) Welchen Vorteil haben negative Quittungen?

Korrekt

• Schneller Abhandlung von fehlerhaften Nachrichten, da auf kein Timeout gewartet werden muss

Falsch

• Auf fehlerhafte Nachricht folgende Nachrichten müssen nicht erneut abgeschickt werden (keine doppelten Nachrichten)

(e) Wie könnte man den Umgang mit positiven Quittungen optimieren, wenn der Empfänger mehrere Nachrichten quittieren soll?

Korrekt

• Sammelquittungen:

  • für mehrere aufeinander folgende PDUs: PDUs bis Sequenznummer N sind angekommen
    • z.B. Quittung für alle PDUs bis 3

• Selektive Quittungen:

  • selektive Auswahl an PDUs die angekommen sind, z.B. 1,3,5

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3. 3-Way-Handshake und Sequenznummern bei TCP

Aufgabenstellung

Protokollkonzepte wie 3-Way-Handshaking und Sequenznummern sind Mechanismen für das Verbindungsmanagement und für die zuverlässige Kommunikation. Diese Mechanismen werden z.B. im Transmission Control Protocol (TCP) eingesetzt. Zur Bearbeitung dieser Aufgabe wird die Trace-Datei trace3.pcap bereitgestellt, die mitgeschnittenen TCP-Verkehr enthält.

Die Datei lässt sich z.B. mit dem freien Programm Wireshark^1 öffnen, das den mitgeschnittenen TCP-Verkehr grafisch aufbereitet anzeigen und filtern kann.

Wireshark stellt die PDUs verschiedener Schichten tabellarisch dar. In dieser Aufgabe soll es um TCP-PDUs (Segmente) gehen. Sie sind daran zu erkennen, dass in der Protocol-Spalte TCP steht. Die Informationen der TCP-PCI werden von Wireshark übersichtlich aufbereitet und je Segment dargestellt.

(a) Identifizieren Sie die zum 3-Way-Handshake Vorgang gehörenden Segmente in trace3.pcap.

No.	Time	Source	Destination	Protocol	Length	Info
1	0.000000	192.168.0.101	128.153.4.131	TCP	62	1226 → 22 [SYN] Seq=0 Win=64240 Len=0 MSS=1460 SACK_PERM
2	0.049886	128.153.4.131	192.168.0.101	TCP	60	22 → 1226 [SYN, ACK] Seq=0 Ack=1 Win=1460 Len=0 MSS=1460
3	0.049935	192.168.0.101	128.153.4.131	TCP	54	1226 → 22 [ACK] Seq=1 Ack=1 Win=64240 Len=0

(b) Identifizieren Sie die zum Verbindungsabbau gehörigen Segmente.

No.	Time	Source	Destination	Protocol	Length	Info
171	25.968266	192.168.0.101	128.153.4.131	TCP	54	1226 → 22 [FIN, ACK] Seq=2974 Ack=5634 Win=63496 Len=0
172	26.024317	128.153.4.131	192.168.0.101	TCP	60	22 → 1226 [ACK] Seq=5634 Ack=2975 Win=8760 Len=0
173	26.031474	128.153.4.131	192.168.0.101	TCP	60	22 → 1226 [FIN, ACK] Seq=5634 Ack=2975 Win=8760 Len=0
174	26.031492	192.168.0.101	128.153.4.131	TCP	54	1226 → 22 [ACK] Seq=2975 Ack=5635 Win=63496 Len=0

(c) Berechnen Sie aus den Paketen des 3-Way-Handshake das so genannte Round Trip Delay (RTD). Das ist die Zeit, die vom Versenden eines Segments bis zum Erhalt einer Antwort vergeht.

Um das Round Trip Delay (RTD) aus den Paketen des 3-Way-Handshake zu berechnen, betrachten wir die Zeitdifferenzen zwischen den gesendeten und empfangenen Segmenten. Das RTD ist die Zeit, die vom Versenden eines Segments bis zum Erhalt einer Antwort vergeht.

1. SYN-Segment gesendet:

   • Zeitpunkt: 0.000000 Sekunden (Paket Nr. 1)

2. SYN-ACK-Segment empfangen:

   • Zeitpunkt: 0.049886 Sekunden (Paket Nr. 2)
   • Zeitdifferenz: 0.049886 - 0.000000 = 0.049886 Sekunden

3. ACK-Segment gesendet:

   • Zeitpunkt: 0.049935 Sekunden (Paket Nr. 3)

Das Round Trip Delay (RTD) wird anhand der Zeitdifferenz zwischen dem SYN-Segment und dem Empfang des SYN-ACK-Segments berechnet:

$$\text{RTD}=0.049886\text{ Sekunden}$$

(d) Welche absoluten und relativen TCP-Sequenznummern besitzen diese Segmente?

Absolute sind random Zahlen die als Sequenznummern eingeteilt werden

relative sind die Sequenznummer die wir aus der VL kennen

Absolute und relative TCP-Sequenznummern:

• Absolute Sequenznummern: Diese Nummern beziehen sich auf die tatsächlichen, im TCP-Segment enthaltenen Zahlen, die den Datenbytes zugeordnet sind. Sie beginnen mit einer zufälligen Nummer zu Beginn der Verbindung und erhöhen sich mit jedem gesendeten Byte.
• Relative Sequenznummern: Diese sind eine vereinfachte Darstellung der Sequenznummern, die relativ zur ersten übertragenen Sequenznummer als Null gesetzt sind. Sie helfen, die Kommunikation und Analyse von TCP-Verbindungen zu vereinfachen, indem die tatsächlichen Startsequenzen ausgeblendet werden.
• Zweck: Beide Sequenznummern dienen dazu, die Reihenfolge der gesendeten Daten zu verfolgen und sicherzustellen, dass alle Daten in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen. Sie sind zentral für das zuverlässige Protokoll von TCP, indem sie eine Grundlage für Bestätigungen und mögliche Neuübertragungen bieten.

Um die absoluten und relativen TCP-Sequenznummern der Segmente im 3-Way-Handshake zu klären, ist es hilfreich, ihre Werte direkt aus der TCP-Transaktionsbeschreibung zu analysieren.

Segmente im 3-Way-Handshake:

1. SYN-Segment (von Host A zu B):

   • Absolute Sequenznummer: 0 (typisch für den Beginn eines SYN-Segments)
   • Relative Sequenznummer: 0 (relative Nummerierung beginnt hier)

2. SYN-ACK-Segment (von Host B zu A):

   • Absolute Sequenznummer: 0 (Antwort auf das erste SYN)
   • Relative Sequenznummer: 0 (Startpunkt der Sequenznummern für Host B)
   • ACK-Nummer: 1 (bestätigt den Empfang des SYN-Segments von Host A, Sequenznummer wird um eins erhöht)

3. ACK-Segment (von Host A zu B, schließt den Handshake ab):

   • Absolute Sequenznummer: 1 (nach dem ersten SYN, welches die Sequenz bei 0 startete)
   • Relative Sequenznummer: 1 (weil die erste relative Sequenznummer, die 0 ist, das SYN war und dieses ACK die nächste übertragene Einheit ist)
   • ACK-Nummer: 1 (bestätigt den Empfang des SYN-ACK von Host B)

Diese Segmentbeschreibungen zeigen, wie die Sequenznummern im Rahmen des TCP 3-Way-Handshakes fortschreiten. Die absolute Sequenznummer ist die tatsächliche Nummer auf den Paketen, während die relative Sequenznummer im Kontext von Analysetools wie Wireshark verwendet wird, um die Lesbarkeit und Analyse zu erleichtern.

(e) In dem Mitschnitt werden (in der Standardkonfiguration von Wireshark) auch PDUs vom Protokoll der Anwendungsschicht (SSHv2) angezeigt. Nutzt dieses Protokoll auch TCP? Begründen Sie Ihre Vermutung kurz.

SSHv2 (Secure Shell Version 2):

• Sicherheit: SSHv2 bietet eine verschlüsselte Verbindung zwischen zwei Computern, um Daten sicher zu übertragen und Befehle auszuführen.
• Authentifizierung: Es unterstützt verschiedene Authentifizierungsmethoden, wie Passwort- und Schlüssel-basierte Authentifizierung, um die Identität der Benutzer zu überprüfen.
• Verwendungszweck: SSHv2 wird häufig für den sicheren Remote-Zugriff auf Server, das Durchführen von Remote-Befehlen und die sichere Übertragung von Dateien verwendet.
• Port: Standardmäßig verwendet SSHv2 den TCP-Port 22, um eine Verbindung aufzubauen und Daten zu übertragen.

Ja, SSHv2 nutzt TCP.

Begründung:

• Zuverlässigkeit: SSHv2 benötigt eine zuverlässige Verbindung, die TCP bietet.
• Sequenznummern und ACKs: Die im Mitschnitt sichtbaren TCP-Sequenznummern und ACKs zeigen, dass eine verbindungsorientierte Kommunikation stattfindet.
• Standardport: SSH verwendet standardmäßig TCP-Port 22.

Kurz gesagt: SSHv2 verwendet TCP wegen der Zuverlässigkeit und der verbindungsorientierten Kommunikation, was im Wireshark-Mitschnitt ersichtlich ist.

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4. TCP Sequenznummern (H)

Aufgabenstellung

Zwei Hosts A und B kommunizieren über eine TCP Verbindung. Host B hat bereits 126 Bytes von Host A vollständig empfangen und Host A sendet zwei weitere Segmente der Größen 80 sowie 40 Bytes. Die Sequenznummer des ersten Segments ist 127, der Quellport ist 302 und der Zielport ist 80. Host B sendet ein Acknowledgement immer, sobald es ein Segment von Host A empfangen hat.

(a) Wie lauten Sequenznummer, Quell- sowie Zielport des zweiten Segments von Host A an B?

• Sequenznummer: $127+80=207$
• Quellport : 302
• Zielport: 80

(b) Falls das erste Segment vor dem zweiten Segment bei B eintritt, wie lauten im ACK (Quittung) die ACK-Nr., Quell- und Zielport?

$$\text{(}ACK-NUMMER)=\text{(Sequenznummer)}+\text{(Bytes die versendet werden)}$$

• Sequenznummer: $127$
• ACK-Nummer: $127+80=207$
• Quellport : 302
• Zielport: 80

(c) Falls das erste Segment nach dem zweiten Segment bei B eintritt, wie lauten im ACK (Quittung) die ACK-Nr., Quell- und Zielport?

Für das erste Segment

• Sequenznummer: $127$
• ACK-Nummer: $127+80=207$
• Quellport : 302
• Zielport: 80

Für das zweite Segment

• Sequenznummer: $207$
• ACK-Nummer: $207+40=247$
• Quellport : 302
• Zielport: 80

(d) Angenommen, beide Segmente kommen in der richtigen Reihenfolge von A zu B. Das erste ACK von B geht verloren und das zweite ACK erreicht A nach dem ersten Timeout-Intervall. Zeichnen Sie ein Sequenzdiagramm und beschriften Sie jedes versendete Segment vollständig mit Sequenznummer, Anzahl der Nutzdaten-Bytes. Beschriften Sie des Weiteren alle Quittungen (ACKs) mit der korrekten ACK Nummer.

sequenceDiagram
    autonumber
    participant S as A
    participant E as B

    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: erste Segment [seq=127, bytes=80]
    end
    rect rgb(200, 150, 255)
        E--xS: ACK erstes Segment [ack-nr=207]
        Note right of E: ACK verloren
    end
    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: zweites Segment [seq=207, bytes=40]
    end
    rect rgb(191, 223, 255)
        S->>E: erste Segment [seq=127, bytes=80]
        Note right of E: Timeout fertig
    end
    rect rgb(200, 150, 255)
        E->>S: ACK erstes Segment [ack-nr=207]
        E->>S: ACK zweites Segment [ack-nr=247]
        Note right of E: Zweite ACK nach<br/> dem ersten Timeout
    end

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5. TCP-Verbindung (H)

Aufgabenstellung

Ein Protokoll der Anwendungsschicht (z.B. HTTP) führt einen Anfrage-Antwort-Dialog aus, der über eine TCP-Verbindung zwischen einem Client- und einem Serverprozess transportiert werden soll. Die Netzverzögerung zwischen Client und Server beträgt 150 ms, unabhängig von der Nachrichtenlänge. Ferner betragen die Größe der Anfrage (Request) 50 Byte und die Größe der Antwort (Response) 1000 Byte.

(a) Zeichnen Sie ein Sequenzdiagramm des gesamten TCP-Austausches zwischen Client und Server! Beschriften Sie dabei die Pfeile mit den dabei relevanten Teilen der TCP-Segmentstruktur (relevante Flags, Sequenznummer, ACK-Nummer). Initiale Sequenznummern seien 6000 für den Client und 9000 für den Server.

sequenceDiagram
autonumber

	participant C as Client
	participant S as Server

rect rgb(191, 223, 255)
C->>S: SYN [SeqNr=6000]
end
rect rgb(200, 150, 255)
S->>C: SYNB [SeqNr=9000, ACK=6001]
end
rect rgb(191, 223, 255)
C->>S: SYNBP[SeqNr=6001, ACK=9001]
C->>S: Anfrage[SeqNr=6001]
end
rect rgb(200, 150, 255)
S->>C: Antwort [SeqNr=9001, ACK=6051]
end
rect rgb(191, 223, 255)
C->>S: CLS[SeqNr=6051, ACK=10001]
end
rect rgb(200, 150, 255)
S->>C: CLSB [SeqNr=10001, ACK=6052]
S->>C: CLS [SeqNr=6052, ACK=11001]
end
rect rgb(191, 223, 255)
C->>S: CLSB[SeqNr=6002, ACK=10001]
end

(b) Zeitverhältnisse

i. Wie lange dauert es, bis die Antwort (Response) beim Client angekommen ist?

SYNBP und Anfrage werden gleichzeitig abgeschickt, deswegen spart man sich ein mal 150ms

• Handshake besteht aus 3 Nachrichten : $3\cdot 150ms=450ms$
• Anfrage wird gleichzeitig abgeschickt wie mit SYNBP $450ms+0ms=450ms$
• Response: $450+150ms=600ms$

$⟹\text{Gesamtzeit bis die Antwort beim Client ankommt: }600ms$

ii. Um welchen Faktor schneller wäre der Austausch von Anfrage/Antwort mittels eines verbindungslosen Protokolls?

• Sparen uns den Handshake
• Anfrage = $150ms$
• Respose = $150ms$
• Insgesamt = $150ms+150ms=300ms$ $$\begin{array}{rl}\text{(Zeit Faktor)}& =\frac{verbindungsorientiert}{verbindunglos}\\ & =\frac{600ms}{300ms}\\ & =2\end{array}$$ $⟹$ verbindungslos ist $2$x schneller als verbindungsorientiert

iii. Wie viel Zeit vergeht vom Versand des ersten bis zum Empfang des letzten Segments?

Verbindungsaufbau (Three-Way Handshake)

1. SYN: 150 ms
2. SYN-ACK: 150 ms
3. ACK: 150 ms

Gesamtzeit:

$$450\text{ms}+150\text{ms}=600\text{ms}$$

Verbindungsabbau

$$600\text{ms}+3\cdot 150\text{ms}=1050\text{ms}$$

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