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東京大学 情報理工学系研究科 創造情報学専攻 2011年8月実施 筆記試験 第2問

Author

itsuitsuki

Description

図 1 に示すようなシステムで、ホスト 1 からホスト 2 へ、パケット転送を行う.転送されるパケットはすべて同じ大きさの で、ホスト 1 からホスト 2 への通信経路上には、高速な 2 つのスイッチ(SW1 と SW2)が存在しており、他のアプリケーションおよび他のホストが生成したパケットは転送されていないものとする.ホスト 1 とホスト 2 間のパケットの片方向遅延が 、それぞれの伝送路の帯域幅( および (ただし、))とするとき、以下の問いに答えなさい.

(1) ホスト間で誤りのないデータ転送を提供するために、データパケットの到達確認を行いながらホスト間でのデータ転送を行う.最も単純な方法として、ホスト 1 が送信したパケット(データパケット)がホスト 2 に到達した時、ホスト 2 は、受信確認のパケット(ACK パケット)を生成し、ホスト 1 に返送する方法を考える.なお, ACK パケットの大きさは で、 でありホストおよびスイッチでのパケットの通信路への送信および受信に必要な時間は無視可能とする.さらに,ホスト 1 は ACK パケットを受信した時には遅延時間ゼロで次のデータパケットを送信, ホスト 2 はホスト 1 からのデータパケットを受信した時には遅延時間ゼロで ACK パケットを送信するものとする.この時の,ホスト 1 からホスト 2 へのデータ転送速度の最大値を示しなさい.

(2) 設問(1)のシステムにおいて、データパケットおよび ACK パケットが伝送中にランダムに確率 で紛失される時、データパケットがホスト 1 からホスト 2 に誤りなく転送されるために必要な時間の平均値を示しなさい.なお, ホスト 1 は, データパケットの送信後 待っても, ACK パケットが到着しない場合にはデータパケットの再送を行うものとし, 以降には, ACK パケットはホスト 1 には到着しないものとする.

(3) 通信を開始するにあたって, ホスト 1 とホスト 2 との間で情報の同期手順を行いたい.ホスト 1 とホスト 2 との間で同期される情報は, 1 パケットで転送可能であると仮定する.パケットが途中の伝送路中で紛失されることが想定される場合の手順を, ホスト 1 およびホスト 2 で実行されるべき状態遷移図(あるいは状態遷移表)とともに記述しなさい.

(4) 設問(1)のパケット転送方式では, が大きい時には, データ転送速度が大きくならない.データ転送速度を向上させる方法を, 2 つ提案し, 各方式での最大データ転送速度と, 最大データ転送速度を実現するために必要な条件を示しなさい.

Description (English)

Consider a system as shown in Figure 1, where packets are transferred from Host 1 to Host 2. All transferred packets have the same size of . On the communication path from Host 1 to Host 2, there are two high-speed switches (SW1 and SW2), and it is assumed that no packets generated by other applications or other hosts are being transferred. Let the one-way delay of a packet between Host 1 and Host 2 be , and let the bandwidths of the respective transmission links be and (where ). Answer the following questions.

(1) To provide error-free data transfer between hosts, data transfer is performed while confirming the arrival of data packets. As the simplest method, consider a method where when a packet sent by Host 1 (data packet) arrives at Host 2, Host 2 generates an acknowledgment packet (ACK packet) and sends it back to Host 1. Note that the size of the ACK packet is , where , and the time required for transmitting and receiving packets onto the communication links at the hosts and switches is assumed to be negligible. Furthermore, Host 1 sends the next data packet with zero delay when it receives an ACK packet, and Host 2 sends an ACK packet with zero delay when it receives a data packet from Host 1. In this case, show the maximum value of the data transfer rate from Host 1 to Host 2.

(2) In the system of question (1), if data packets and ACK packets are lost randomly during transmission with a probability , show the average time required for a data packet to be transferred without error from Host 1 to Host 2. Assume that Host 1 retransmits the data packet if an ACK packet does not arrive even after waiting for after sending the data packet, and that ACK packets do not arrive at Host 1 after .

(3) To start communication, we want to perform an information synchronization procedure between Host 1 and Host 2. Assume that the information to be synchronized between Host 1 and Host 2 can be transferred in a single packet. Describe the procedure for cases where packet loss in the transmission path is expected, along with state transition diagrams (or state transition tables) to be executed by Host 1 and Host 2.

(4) In the packet transfer method of question (1), the data transfer rate does not increase when is large. Propose two methods to improve the data transfer rate, and for each method, show the maximum data transfer rate and the conditions necessary to achieve that maximum data transfer rate.