KOM - 6 The link layer

Question 1

Hva er en node i sammenheng med linklaget?

Answer 1

En node er en enhet som kjører et link-lagsprotokoll, som f.eks. en host, ruter, switch eller WiFi access point.

Question 2

Hva menes med en link i nettverkssammenheng?

Answer 2

En link er en fysisk eller logisk kommunikasjonskanal som kobler to noder sammen og overfører data mellom dem.

Question 3

Hva er framing i linklaget?

Answer 3

Framing er prosessen der linklaget kapsler inn et nettverkslags-datagram i en ramme (frame) før det sendes. Rammen har en struktur bestemt av linklagets protokoll og inneholder headerfelt og et datafelt.

Question 4

Hva gjør link access eller MAC-protokollen?

Answer 4

MAC (Medium Access Control) bestemmer hvordan flere noder får tilgang til en delt link. Den regulerer når en node får sende, særlig viktig i delte medier som Ethernet og trådløse nettverk.

Question 5

Når tilbyr linklaget reliable delivery (pålitelig levering), og hvordan?

Answer 5

Pålitelig levering brukes ofte på lenker med høy feilrate (f.eks. trådløse). Den sikrer at datagrammer leveres uten feil ved hjelp av kvitteringer og retransmisjon, likt TCP. Ikke alltid nødvendig på pålitelige lenker som fiber.

Question 6

Hva er error detection på linklaget?

Answer 6

Error detection innebærer å oppdage bitfeil i en ramme ved hjelp av ekstra feilsjekk-bits lagt til av senderen. Mottakeren sjekker disse for å se om rammen er skadet. Dette skjer ofte i maskinvare.

Question 7

Hva er forskjellen mellom error detection og error correction?

Answer 7

Error detection bare oppdager feil, mens error correction også klarer å rette dem uten å be om ny sending. Feilkorrigering brukes sjeldnere fordi det er mer komplekst og krever mer overhead.

Question 8

Hva slags tjenester gir link-laget via nettverksadapteren?

Answer 8

Tjenester som rammeinnpakking (framing), feildeteksjon, feilkorrigering, og i noen tilfeller pålitelig overføring av datagrammer.

Question 9

Hva gjør controller-delen av en nettverksadapter?

Answer 9

Den styrer rammepakkingen på sending, pakkeutpakking på mottak og utfører eventuelt feildeteksjon.

Question 10

Hva er physical transmission i en nettverksadapter?

Answer 10

Delen som fysisk sender og mottar signaler over kabel eller trådløst medium.

Question 11

Hvordan samhandler programvare og maskinvare i link-laget?

Answer 11

Programvaren håndterer høyere nivå-funksjoner (f.eks. adressering), mens maskinvaren (NIC) håndterer selve dataoverføringen og lavnivå link-funksjoner.

Question 12

Er link-laget helt implementert i maskinvare?

Answer 12

Nei, det er en kombinasjon: Lavnivåfunksjoner er i maskinvare (NIC), mens høyere nivå-funksjoner kjøres som programvare på CPU-en.

Question 13

Hva er hovedmålet med error-detection og -correction i link-laget?

Answer 13

Å oppdage og eventuelt korrigere bitfeil som oppstår når data sendes mellom to fysisk tilkoblede noder over en lenke.

Question 14

Hva står EDC for, og hva brukes det til?

Answer 14

DC står for Error Detection and Correction bits. De legges til data (D) på sendersiden for å gjøre det mulig for mottakeren å oppdage (og noen ganger rette) feil i overførte bits.

Question 15

Kan alle bitfeil alltid oppdages?

Answer 15

Nei, en feildeteksjonsmetode kan redusere sannsynligheten for uoppdagede feil, men kan ikke alltid garantere at alle feil fanges opp.

Question 16

Hva kan skje hvis en feil ikke oppdages?

Answer 16

Hva kan skje hvis en feil ikke oppdages?

Question 17

: Hva er sammenhengen mellom kompleksitet og pålitelighet i feildeteksjon?

Answer 17

: Hva er sammenhengen mellom kompleksitet og pålitelighet i feildeteksjon?

Question 18

Hva er et paritetsbit i en feildeteksjonskontekst?

Answer 18

Et ekstra bit lagt til dataene som sikrer at det totale antallet 1-biter i bitstrengen er enten jevnt (even parity) eller oddetall (odd parity).

Question 19

Hvordan fungerer én-bit even parity?

Answer 19

Senderen legger til ett bit slik at antallet 1-ere i bitsekvensen blir partall. Mottakeren teller antallet 1-ere for å sjekke om det er oddetall, og dermed feil.

Question 20

Hva er svakheten med én-bit parity?

Answer 20

Den kan ikke oppdage feil hvis et partall antall bit feiler. For eksempel, hvis to biter flipper, forblir pariteten korrekt og feilen uoppdaget.

Question 21

Hva er en to-dimensjonal paritetssjekk?

Answer 21

En utvidelse av én-bit parity hvor dataene organiseres i et rutenett, og man beregner paritet både for hver rad og hver kolonne.

Question 22

Hva er en kontrollsummeringsmetode (checksumming), og hvorfor brukes den ofte i transportlaget?

Answer 22

Kontrollsummering behandler data som en sekvens av heltall, summerer dem, og bruker 1-komplementet av summen som en feildeteksjonskode. Det brukes i transportlaget (f.eks. TCP/UDP) fordi det er enkelt og raskt å implementere i programvare, selv om det gir svakere feildeteksjon enn CRC.

Question 23

Hva er en Cyclic Redundancy Check (CRC), og hvordan fungerer den?

Answer 23

CRC er en mye brukt feildeteksjonsmetode der senderen legger til ekstra biter (CRC-biter) til dataen slik at hele bitmønsteret er delelig med et forhåndsdefinert generatorpolynom (G). Mottakeren deler det mottatte bitmønsteret på G; hvis det er rest, er det oppdaget en feil. Operasjonene utføres i modulo-2 aritmetikk, hvor addisjon og subtraksjon tilsvarer XOR.

Question 24

Hva gjør CRC-32, og hvilke feil kan den oppdage?

Answer 24

CRC-32 er en 32-biters feiloppdagingskode som brukes i mange nettverksprotokoller. Den oppdager alle bitfeil på r eller færre biter, nesten alltid burst-feil > r + 1 biter, og alle oddetalls bitfeil.

Question 25

Hva er problemet med flere noder på en delt broadcast-kanal, og hva er målet til multiple access-protokoller?

Answer 25

Når flere noder sender samtidig på en delt broadcast-kanal, kan det oppstå kollisjoner som gjør at ingen rammer mottas korrekt. Multiple access-protokoller skal koordinere sendingen slik at kanalens kapasitet utnyttes effektivt, unngår kollisjoner, og gir rettferdig tilgang for alle noder.

Question 26

Hva er en channel partitioning-protokoll?

Answer 26

En protokoll som deler opp kanalens båndbredde mellom alle noder på forhånd, for å unngå kollisjoner og fordele kapasiteten rettferdig.

Question 27

Hvordan fungerer TDM (Time-Division Multiplexing)?

Answer 27

TDM deler opp tiden i tidsrammer med én slot per node. Hver node kan sende én pakke i sin slot, selv om ingen andre har noe å sende.

Question 28

Hva er ulempene med TDM?

Answer 28

TDM kan være ineffektiv fordi: 1. En node må vente på sin tur selv om den er alene. 2. En node kan maks sende R/N bps, selv om den er den eneste som har data.

Question 29

Hvordan fungerer FDM (Frequency-Division Multiplexing)?

Answer 29

FDM deler opp kanalens båndbredde i frekvensbånd, ett per node. Hver node får sende samtidig, men bare på sitt frekvensområde.

Question 30

Hva er likhetene og forskjellene mellom TDM og FDM?

Answer 30

Begge unngår kollisjoner og gir rettferdig båndbreddefordeling. Forskjellen er at TDM deler tid, mens FDM deler frekvens. Begge lider av lav utnyttelse når få noder er aktive.

Question 31

Hva kjennetegner random access-protokoller?

Answer 31

Noder sender med full hastighet (R bps) når de har data. Ved kollisjon venter de en tilfeldig tid før de prøver igjen.

Question 32

Hva er Slotted ALOHA, og hvordan fungerer det?

Answer 32

Slotted ALOHA er en random access-protokoll der tiden er delt inn i diskrete tidsluker (slots). En node kan kun sende i starten av en slot. Hvis to eller flere noder sender samtidig i samme slot, oppstår kollisjon og ingen pakker mottas. Ved kollisjon venter nodene en tilfeldig antall slots før de prøver igjen.

Question 33

: Hva er Pure ALOHA, og hvordan fungerer det?

Answer 33

Pure ALOHA er en enkel random access-protokoll der en node sender en ramme umiddelbart når den er klar. Dersom det oppstår kollisjon, venter noden en rammetid og prøver igjen med sannsynlighet p. Siden sending kan starte når som helst, kan kollisjoner skje når som helst. Maksimal effektivitet er 1/(2e) ≈ 18 %.

Question 34

Hva er CSMA (Carrier Sense Multiple Access)?

Answer 34

CSMA er en protokoll der en node lytter (carrier sense) på kanalen før den sender. Hvis kanalen er ledig, begynner den å sende. Hvis kanalen er opptatt, venter den. Det reduserer antall kollisjoner sammenlignet med ALOHA, men kollisjoner kan fortsatt skje pga. forsinket signalspredning.

Question 35

Hva er CSMA/CD og hvordan fungerer det?

Answer 35

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) bygger videre på CSMA: Noden lytter mens den sender. Ved kollisjon avbryter den sendingen og venter en tilfeldig tid før den prøver på nytt. Ventetiden bestemmes av binary exponential backoff, som øker jo flere kollisjoner som har skjedd.

Question 36

Hva bestemmer effektiviteten til CSMA/CD, og hva er propagasjonstid?

Answer 36

Question 37

Hva er en polling protocol i taking-turns multiple access?

Answer 37

En polling-protokoll har én node som master. Master-noden sender meldinger til hver node etter tur (round-robin) og gir dem tillatelse til å sende et visst antall rammer. * Dette unngår kollisjoner og tomme sendinger, og gir høy effektivitet. * Ulemper: treghet ved polling (spesielt når få noder er aktive), og sårbarhet dersom master-noden feiler. Bluetooth bruker polling.

Question 38

Hva er en token-passing protocol i taking-turns multiple access?

Answer 38

I token-passing finnes ingen master-node. I stedet sirkulerer et “token” (et spesialramme) mellom nodene i en fast rekkefølge. * Kun noden som har tokenet kan sende, og må gi det videre etterpå. * Fordeler: effektivt og desentralisert. * Ulemper: én node som feiler eller holder på tokenet kan stoppe hele nettverket. Eksempler: FDDI og IEEE 802.5 (token ring).

Question 39

Hvordan håndterer DOCSIS multiple access i kabelnettverk?

Answer 39

DOCSIS bruker flere teknikker for å håndtere multiple access i kabelnettverk: * FDM: Deler nedstrøms og oppstrøms i egne frekvenskanaler. * TDM-lignende struktur: Oppstrømskanalen deles inn i mini-slots, og CMTS tildeler hvem som får sende når via MAP-meldinger. * Random access: Modemer ber om plass i dedikerte mini-slots for forespørsler. Kollisjoner kan skje her. * Binary exponential backoff: Brukes ved kollisjon (ingen respons på forespørsel). Dette gjør at DOCSIS kombinerer prinsipper fra channel partitioning, random access og taking-turns i ett system.

Question 40

Hva er en MAC-adresse, og hvem har den?

Answer 40

En MAC-adresse er en 6-byte lang fysisk adresse som er knyttet til en nettverksadapter (f.eks. Ethernet eller Wi-Fi). Det er adapteren (nettverksgrensesnittet) – ikke hele verten – som har MAC-adressen.

Question 41

Hva er forskjellen mellom en MAC-adresse og en IP-adresse?

Answer 41

MAC-adresser er faste og flate (de endres ikke når enheten flyttes), mens IP-adresser er hierarkiske og dynamiske (de endres når enheten bytter nettverk).

Question 42

Hvordan sikrer man at ingen to MAC-adresser er like?

Answer 42

IEEE tildeler produsenter en unik 24-bits prefiks, og produsentene genererer de resterende 24 bitene selv, slik at hver adresse blir unik.

Question 43

Hva gjør en nettverksadapter når den mottar en ramme?

Answer 43

Den sjekker om rammen er adressert til dens egen MAC-adresse. Hvis ja, sendes datagrammet videre opp i protokollstakken. Hvis nei, forkastes rammen.

Question 44

Hva er MAC-broadcastadressen, og hva brukes den til?

Answer 44

MAC-broadcastadressen er FF-FF-FF-FF-FF-FF (alle bit = 1). Den brukes når man vil at alle adaptere på LAN-et skal motta og prosessere rammen.

Question 45

Hva gjør ARP (Address Resolution Protocol)?

Answer 45

ARP oversetter en IP-adresse til en MAC-adresse for verter eller rutere på samme subnett.

Question 46

Når brukes ARP?

Answer 46

Når en vert skal sende en IP-datagram til en annen vert på samme subnett og ikke kjenner MAC-adressen, bruker den ARP for å finne den.

Question 47

Hvordan fungerer ARP?

Answer 47

Den sender en ARP-forespørsel til MAC-broadcast-adressen (FF-FF-FF-FF-FF-FF). Alle noder på subnettet mottar forespørselen, men kun den med riktig IP-adresse svarer med sin MAC-adresse.

Question 48

Hva er en ARP-tabell?

Answer 48

Det er en tabell i hver vert som lagrer kjente IP-til-MAC-adresse-par, sammen med en tidsgrense (TTL) som bestemmer hvor lenge oppføringen er gyldig (typisk 20 minutter).

Question 49

Er ARP et link-lag- eller nettverks-lag-protokoll?

Answer 49

Det ligger mellom lagene: ARP bruker link-lag-rammer, men inneholder både IP- og MAC-adresser. Det regnes som en protokoll som krysser grensen mellom link-laget og nettverkslaget.

Question 50

Hvorfor trenger vi IP-adresser når vi allerede har MAC-adresser?

Answer 50

MAC-adresser brukes kun for å sende data lokalt i ett nettverk, og er faste for hver enhet. IP-adresser gir en global og hierarkisk struktur som gjør det mulig å rute datatrafikk mellom ulike nettverk over Internett. Rutere bruker IP-adresser til å finne riktig vei til mottaker, mens MAC-adresser brukes på hvert lokale hopp.

Question 51

Hvordan sender en vert et IP-datagram til en mottaker utenfor sitt eget subnett?

Answer 51

1. Sjekk IP-adresse: Verten ser at destinasjonens IP-adresse ikke tilhører samme subnett. 2. Finn ruterens MAC: Verten bruker ARP for å finne MAC-adressen til sin standardruter (default gateway). 3. Send til ruter: Verten sender datagrammet innpakket i en ramme hvor MAC-destinasjonen er ruterens, men IP-destinasjonen er mottakerens. 4. Ruting i ruteren: Ruteren mottar datagrammet på nettverkslaget, slår opp i rutingtabellen og bestemmer hvilket grensesnitt det skal videresendes fra. 5. Finn mottakers MAC: Ruteren bruker ARP på neste subnett for å finne MAC-adressen til den endelige mottakeren. 6. Send videre: Ruteren sender datagrammet innpakket i en ny ramme med riktig MAC-adresse til mottakeren. 📌 MAC-adresser brukes kun innenfor ett subnett. Hver gang datagrammet krysser til et nytt subnett, brukes ARP for å finne ny MAC-adresse.

Question 52

Hva er de viktigste feltene i en Ethernet-ramme, og hva gjør de?

Answer 52

1. Preamble (8 byte): Starter med 7 byte 10101010 for klokkesynkronisering og én byte 10101011 som signaliserer at rammen begynner. 2. Destination MAC address (6 byte): MAC-adressen til mottakeren. Mottakeren godtar kun rammer med sin egen adresse eller broadcast. 3. Source MAC address (6 byte): Avsenderens MAC-adresse. 4. Type (2 byte): Angir hvilket nettverkslagsprotokoll som er innkapslet (f.eks. IP = 0800, ARP = 0806). Brukes til demultipleksering. 5. Data (46–1500 byte): Inneholder IP-datagrammet eller annen nyttelast. Må være minst 46 byte (ellers fylles det med padding). 6. CRC (4 byte): Feildeteksjon via Cyclic Redundancy Check. Mottakeren kaster rammen hvis CRC feiler.

Question 53

Hva er funksjonen til preamble-feltet i en Ethernet-ramme, og hvorfor består det av 7 byte 10101010 og 1 byte 10101011?

Answer 53

Preamble brukes for å synkronisere mottakeren med senderens klokke før data overføres. * 7 byte 10101010 gir et jevnt mønster for å hjelpe mottaker med å låse seg til senderens bit-timing. * 1 byte 10101011 markerer at selve Ethernet-rammen starter. Disse verdiene er faste og standardisert i Ethernet (IEEE 802.3) for å sikre pålitelig overføring og kompatibilitet.

Question 54

Hva gjør en link-layer switch?

Answer 54

Den mottar Ethernet-rammer og videresender dem basert på mottakerens MAC-adresse – helt usynlig for verter og rutere.

Question 55

Hvilke felt finnes i en switch-tabell?

Answer 55

1. MAC-adresse 2. Tilhørende grensesnitt (interface) 3. Tidspunkt for når oppføringen ble lagt inn

Question 56

Hva gjør en switch når den mottar en ramme?

Answer 56

* Hvis MAC-adressen ikke finnes i tabellen → send til alle grensesnitt unntatt det den kom fra (broadcast). * Hvis MAC-adressen peker til samme grensesnitt som rammen kom fra → dropp rammen. * Hvis MAC-adressen peker til et annet grensesnitt → videresend rammen dit.

Question 57

Hvordan bestemmer en switch hva den skal gjøre med en ramme basert på destinasjonens MAC-adresse?

Answer 57

Switchen bruker en MAC-adressetabell og følger tre regler: 1. Ikke i tabellen: → Send rammen til alle porter unntatt den den kom fra (broadcast). 2. MAC-adresse peker til samme port som rammen kom fra: → Dropp rammen (den er allerede på riktig delnett). 3. MAC-adresse peker til en annen port: → Send rammen ut via denne porten. 📌 Viktig: Dette handler kun om porter og MAC-adresser. Ingen IP-adresser er involvert – switchen jobber på link-laget (lag 2) og vet ikke hva en IP-adresse er.

Question 58

Hvordan lærer en switch hvilke MAC-adresser som finnes på hvilke porter?

Answer 58

Switches er selvlærende og bygger opp MAC-tabellen automatisk: 1. Når en ramme mottas, lagres: * MAC-adressen fra avsenderfeltet * Grensesnittet (porten) rammen kom fra * Tidspunktet 2. Etter hvert som enheter sender rammer, fylles tabellen opp – ingen manuell konfigurasjon er nødvendig. 3. MAC-adresser fjernes fra tabellen etter en viss tid (aging time), hvis det ikke kommer flere rammer fra den adressen. 📌 Resultat: Switchen vet automatisk hvilken port den skal bruke for å nå en gitt MAC-adresse.

Question 59

Hva er fordelene med å bruke link-lag-svitsjer fremfor broadcast-baserte løsninger som hub eller delt buss?

Answer 59

Link-lag-svitsjer gir flere fordeler: 1. Ingen kollisjoner: Svitsjer sørger for at kun én ramme sendes per segment → ingen båndbredde sløses. 2. Støtter ulike hastigheter og medier: Svitsjer tillater heterogene lenker – f.eks. blanding av 1 Gbps kobber og 100 Mbps fiber. 3. Bedre administrasjon og feilhåndtering: * Kan automatisk koble fra “jabbering” adaptere * Lokale kabelbrudd påvirker bare én enhet * Samler statistikk for nettverksanalyse og planlegging 📌 Resultat: Mer pålitelig, fleksibel, og lettadministrert nettverksstruktur.

Question 60

Hva er de viktigste forskjellene mellom hubs, switches og rutere når det gjelder funksjonalitet?

Answer 60