Das Klassenfoto im Messenger
AFB I–IILea schickt ein Klassenfoto mit einer Dateigröße von 3 MB, also 3 000 000 Byte, per Messenger an ihren Mitschüler Tom. Auf dem Weg durch das Internet wird die Datei in Pakete zerlegt; jedes Paket transportiert höchstens 1 500 Byte Nutzdaten.
Tom lässt sich mit einem Analyseprogramm anzeigen, in welcher Reihenfolge die ersten Pakete bei ihm eintreffen: 1, 2, 5, 3, 4. Paket 6 ist zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht angekommen.
- Nennen Sie drei Angaben, die neben den Nutzdaten in jedem Paket stehen müssen.
- Berechnen Sie, in wie viele Pakete das Foto mindestens zerlegt wird.
- Deuten Sie Toms Beobachtung: Erklären Sie die ungewöhnliche Reihenfolge und geben Sie an, wie das Foto trotzdem vollständig und richtig zusammengesetzt wird.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Zum Beispiel: die Paketnummer (Position in der Reihenfolge), die Zieladresse (Empfänger) und die Absenderadresse. Als weitere richtige Angabe gilt eine Prüfsumme zum Erkennen von Übertragungsfehlern. Drei korrekte Angaben genügen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(3\,000\,000\text{ Byte} : 1\,500\text{ Byte} = 2\,000\).
Das Foto wird in mindestens 2 000 Pakete zerlegt.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Reihenfolge: Bei der Paketvermittlung sucht sich jedes Paket seinen Weg selbst. Die Pakete 3 und 4 haben offenbar einen längeren oder stärker belasteten Weg genommen als Paket 5 und kommen deshalb später an. Paket 6 ist noch unterwegs oder verloren gegangen — IP stellt Pakete nur „so gut es geht“ zu, ohne Garantie.
Zusammensetzen: Das Protokoll TCP beim Empfänger sortiert die Pakete anhand ihrer Nummern, erkennt fehlende Nummern und fordert diese beim Sender erneut an. Erst wenn alle 2 000 Pakete vorliegen, wird das Foto vollständig angezeigt.
Vollständig ist die Antwort, wenn sowohl die Ursache der Reihenfolge (unterschiedliche Wege) als auch das Sortieren und Nachfordern durch TCP genannt werden.
Der Bagger im Hochschulverbund
AFB II–IIISechs Hochschulinstitute A bis F sind über eigene Glasfaserleitungen miteinander vernetzt (siehe Skizze). Zwischen Institut A und Institut F läuft jeden Montag ein 45-minütiges Videogespräch.
Früher wurden solche Gespräche wie beim alten Telefon über eine fest geschaltete Leitung geführt, zum Beispiel A–C–D–F: Diese Leitung war für die gesamten 45 Minuten reserviert, auch in Sprechpausen. Heute nutzt der Verbund Paketvermittlung.
Bei Bauarbeiten hat ein Bagger die Leitung zwischen C und D durchtrennt. Ein Gutachter schlägt daraufhin vor, das Netz umzubauen: Künftig soll jede Verbindung über einen zentralen Knotenrechner Z laufen, „damit man den gesamten Verkehr an einer Stelle überwachen und verwalten kann“.
- Vergleichen Sie die frühere Leitungsvermittlung mit der heutigen Paketvermittlung am Beispiel des Videogesprächs. Berücksichtigen Sie dabei die Auslastung der Leitungen und das Verhalten beim Ausfall einer Leitung.
- Ermitteln Sie alle Wege von A nach F, die ohne die Leitung C–D auskommen und keinen Knoten doppelt benutzen.
- Nehmen Sie Stellung zum Vorschlag des Gutachters.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Auslastung: Bei der Leitungsvermittlung ist die Strecke A–C–D–F 45 Minuten lang exklusiv belegt, auch in Sprechpausen; niemand sonst kann sie nutzen. Bei der Paketvermittlung teilen sich alle Gespräche dieselben Leitungen, die Pakete wechseln sich ab — eine Leitung trägt so sehr viele Verbindungen gleichzeitig.
Ausfall: Fällt bei der Leitungsvermittlung eine Teilstrecke wie C–D aus, bricht das Gespräch ab und muss neu aufgebaut werden. Bei der Paketvermittlung suchen sich die folgenden Pakete einfach einen anderen Weg; das Gespräch läuft weiter, allenfalls mit kurzer Störung.
Gemeinsam ist beiden: Sie transportieren die Daten über dieselben Kabel von A nach F.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ohne C–D gibt es vier Wege:
A–B–D–F, A–B–E–F, A–C–E–F und A–C–E–B–D–F.
Alle Wege über C–D, zum Beispiel A–C–D–F, entfallen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Für den Vorschlag spricht, dass Überwachung und Verwaltung an einer Stelle einfacher sind, zum Beispiel beim Fehlersuchen.
Gegen den Vorschlag spricht: Der Knoten Z wäre eine einzelne Stelle, deren Ausfall das ganze Netz lahmlegt. Gerade der Baggerschaden zeigt, dass Ausfälle vorkommen; bisher gab es trotzdem vier Ersatzwege. Mit Z liefe außerdem der gesamte Verkehr durch einen Engpass. Das widerspricht der Dezentralität, die das Internet ausfallsicher macht und aus der es ursprünglich entstanden ist.
Mögliches Urteil: Der Vorschlag ist abzulehnen; die bessere Konsequenz aus dem Schaden wären zusätzliche Leitungen und damit weitere Ausweichwege. Ein anderes Urteil ist zulässig, wenn es beide Seiten abwägt und begründet. Vollständig ist die Antwort, wenn Vor- und Nachteile genannt und gegeneinander abgewogen werden und ein begründetes Urteil folgt.