Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios

ARSS – ITT/Telemática - 2004/05
Dpto. de Teoría de la Señal, Comunicaciones e Ingeniería Telemática
E.T.S.I. Telecomunicación
Universidad de Valladolid
Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios
Ing. Técnica de Telecomunicación / Telemática
CONVOCATORIA DE SEPTIEMBRE 04/05
Parte II: Problemas/Cuestiones
14 de septiembre de 2005
APELLIDOS:
NOMBRE:
D.N.I.:
Total
P1
P2
C1
C2
C3
•
•
•
•
Duración del examen: 2 horas y 15 minutos
Razonar todas las respuestas y las suposiciones que se hagan para llegar a ellas.
No se permiten libros, apuntes ni calculadoras programables.
Resolver los problemas en un máximo de tres hojas de examen (2 para el
problema 1 y 1 para el problema 2 si fuese necesario) y en los espacios
reservados al efecto en el enunciado.
• Resolver las cuestiones en el espacio reservado al efecto en el enunciado.
• Material a entregar: este enunciado junto a un máximo de 3 hojas de examen con
la solución a los problemas.
• Escribir el nombre en TODAS las hojas de respuestas.
CUESTIÓN 1 (1 punto)
Principales similitudes y diferencias entre las técnicas de control de acceso al medio CSMA/CD
y CSMA/CA (no es necesario describir en detalle cada una de las técnicas sino enfatizar las
cuestiones conceptuales y las razones para dichas similitudes y diferencias).
•
•
•
Ambas técnicas se basan en el principio de escuchar el medio antes de transmitir para comprobar que éste
se encuentra libre (CSMA: acceso múltiple por detección de portadora).
La diferencia fundamental se encuentra en qué hacen si al escuchar detectan libre el medio:
o CSMA/CD: transmite inmediatamente (persistente 1)
o CSMA/CA: se espera un tiempo aleatorio -> se está tratando de evitar la colisión (dos estaciones
que intentan transmitir a la vez y detectan el medio libre tendrán que esperar un mismo tiempo
para que se produzca colisión). Después de esperar ese tiempo aleatorio tendrán que comprobar de
nuevo que el medio está libre antes de transmitir.
Esta diferencia de estrategia, hace que CSMA/CD tenga que “escuchar” el medio mientras se transmite
porque se pueden producir colisiones si alguna otra estación decidió empezar a transmitir al mismo tiempo
(aspecto probable en situaciones de alta carga en las que es posible que más de una estación esté
“pendiente” de que el medio quede libre para empezar a transmitir inmediatamente).
1
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•
¿Qué pasa si al intentar transmitir se encuentran el medio ocupado?
o CSMA/CD: sigue a la escucha hasta que el medio queda libre (y transmite inmediatamente)
o CSMA/CA: sigue a la escucha hasta que el medio queda libre, luego espera un tiempo aleatorio
(para evitar coincidir en la tx con otra estación en la misma situación) y vuelve a comprobar el
medio. Si éste está libre, llevará a cabo una espera exponencial binaria mientras el medio está libre
para disminuir todavía más la probabilidad de colisión.
En resumen, como los propios nombres indican, CSMA/CD no trata de evitar colisiones con otras estaciones que
intentan transmitir a la vez (y, por lo tanto, se prepara para detectarlas y tratar de recuperarse lo antes posible)
mientras que CSMA/CA adopta una posición mucho más conservadora y trata de evitar colisiones...
CUESTIÓN 2 (0.5 puntos)
El USO de una canal por parte de un protocolo de nivel de enlace de datos es 0.5. ¿Se podría
decir que la TASA BINARIA EFECTIVA siempre va a ser la mitad de la capacidad del enlace?
¿Por qué? ¿De qué depende la relación entre el USO del canal y la TASA BINARIA EFECTIVA?
El USO es la fracción del tiempo en que se están transmitiendo datos por el canal. Sin embargo, la tasa binaria
efectiva hace referencia a la cantidad de datos de nivel superior que son recibidos por la correspondiente entidad par
con éxito por unidad de tiempo. Así pues, uso del 50% implica que el canal está siendo utilizado el 50% del tiempo.
Ahora bien, en ese tiempo, ¿cuántos datos de nivel superior han conseguido entregarse exitosamente al otro
extremo? Ello dependerá de:
• Probabilidad de error y estrategia de control de errores:
o A más errores, más tiempo se empleará a recuperarse de ellos. Dicho tiempo de recuperación
dependerá de la técnica empleada (FEC, ARQ en sus diferentes variantes, etc...). A mayor tiempo
de recuperación, menor tasa binaria efectiva con el mismo Uso.
• Sobrecarga de protocolo:
o A más sobrecarga, menor tasa binaria efectiva con el mismo Uso. La sobrecarga aumenta por
necesidad de fragmentación, control de errores (asentimientos, códigos de redundancia,
numeración de tramas, etc.), sincronización, transparencia, identificación de tipo de trama, etc.
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CUESTIÓN 3 (0.5 puntos)
Indicar qué relación se
conceptos/técnicas/protocolos:
• HDLC/LAPB
o
•
establecer
entre
las
siguientes
parejas
de
LABP es una variante de HDLC empleada como protocolo de nivel de enlace en redes X.25.
IEEE 802.3/UTP
o
•
podría
IEEE 802.3 incluye variantes a nivel físico que contemplan el uso de UTP. Por ejemplo, 10BaseT
Frame Relay/ATM
o
Ambas son tecnologías de nivel de “enlace” que tratan de aligerar las funciones de dicho nivel
gracias a las mejoras en los medios de transmisión “modernos” (fibras ópticas,
fundamentalmente). Las funciones que desaparecen del nivel de enlace son asumidas por los
niveles superiores de forma “extremo a extremo” (operaciones más costosas pero menos probables
gracias a dichas mejoras en los medios de transmisión).
•
SMTP/HTTP
•
STDM/IP
o
o
Protocolos de nivel de aplicación TCP/IP
STDM es el tipo de multiplexación empleada por los nodos de conmutación de paquetes como los
que forman parte de las redes basadas en el protocolo IP
PROBLEMA 1 (2.5 puntos)
En la red de la Figura 1 las máquinas A1, A2 y A3 están conectadas al bus Ethernet LAN A, las
máquinas B1, B2 y B3 lo están al bus Ethernet LAN B, las máquinas C1 a C5 lo están al bus
Ethernet LAN C y las máquinas D1 a D5 lo están al bus Ethernet LAN D. La LAN A está unida a
la LAN B por un encaminador IP denominado RAB. La LAN A está unida a la LAN C por un
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encaminador IP denominado RAC. La LAN C está unida a la LAN D por un puente estático bien
configurado denominado PCD (del tipo store-and-forward “tradicional” que esperan a recibir
completamente una trama antes de retransmitirla).
Internet
eth0
A1
A2
RAC
A3
eth2
C1
C2
D1
eth0
eth0
RAB
C3
eth1
B1
B2
D2
D3
eth1
C4
PCD
eth1
C5
D4
D5
B3
Figura 1 Red de datos para el problema 1.
Las direcciones MAC de cada una de las máquinas se muestran en la Tabla 1.
Máquinas
A1
A2
A3
B1
B2
B3
RAB (eth0)
RAB (eth1)
RAC (eth1)
RAC (eth2)
PCD (eth0)
PCD (eth1)
Dirección MAC
aa:aa:aa:aa:aa:01
aa:aa:aa:aa:aa:02
aa:aa:aa:aa:aa:03
bb:bb:bb:bb:bb:01
bb:bb:bb:bb:bb:02
bb:bb:bb:bb:bb:03
aa:aa:aa:aa:aa:04
bb:bb:bb:bb:bb:04
cc:cc:cc:cc:cc:06
aa:aa:aa:aa:aa:05
cc:cc:cc:cc:cc:07
dd:dd:dd:dd:dd:06
Máquina
C1
C2
C3
C4
C5
D1
D2
D3
D4
D5
Dirección MAC
cc:cc:cc:cc:cc:01
cc:cc:cc:cc:cc:02
cc:cc:cc:cc:cc:03
cc:cc:cc:cc:cc:04
cc:cc:cc:cc:cc:05
dd:dd:dd:dd:dd:01
dd:dd:dd:dd:dd:02
dd:dd:dd:dd:dd:03
dd:dd:dd:dd:dd:04
dd:dd:dd:dd:dd:05
Tabla 1 Direcciones MAC de las máquinas que forman parte de la red del problema.
A la empresa propietaria de la red de la Figura 1 se le ha asignado el bloque de direcciones IP
determinado por la dirección 157.88.128.0 y la máscara de subred 255.255.255.192. La dirección
IP para la interfaz eth0 de RAB es 157.88.30.1.
Supóngase que todas las máquinas acaban de arrancar y que en el tiempo t=0 la máquina B3 tiene
datos para la máquina D3. Supóngase que durante el resto del problema no se genera tráfico
adicional que el debido a esta comunicación. Todos los tiempos de procesamiento se consideran
despreciables.
(a)
Decídase una asignación de direcciones IP y máscaras de subred para cada una de las
máquinas de la red. Por simplicidad, decida una asignación en la que todas las
máquinas tengan asignadas una misma máscara de subred (aunque este esquema no
sea el más eficiente en términos de aprovechamiento de direcciones). Para ello,
explíquense las decisiones tomadas en las hojas de respuesta y, en función de ellas,
rellénese la Tabla 2 (tanto en la columna “Dirección IP” como “Máscara” es
suficiente con consignar los dos últimos bytes del resultado). (20%)
Necesitamos:
• LAN A: 3 + 2 (1 para RAC y otra para RAB) direcciones.
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•
•
LAN B: 3 + 1 (para RAB) direcciones.
LAN C + LAN D: como están separadas por un puente, forman una única subred IP. Para dicha red harán falta
10 +1 (para RAC) direcciones.
La máscara asignada a la empresa es 255.255.255.192 (11111111 11111111 11111111 11000000). Como hay tres
subredes y queremos una misma máscara para todas las máquinas, necesitaremos 2 bits más de máscara como
mínimo (para poder identificar las tres subredes). Con 2 bits más, quedaría 4 bits para las direcciones de las
máquinas (24 – 2 = 14 direcciones posibles), lo cual es suficiente. Así pues, se escoge la máscara 255.255.255.240.
Para la LAN A se escoge el identificador de red con bits 00 (0000 0000), para la LAN B el con bits 10 (0010 0000)
y para la LAN C + LAN D con bits 01 (0001 0000). Según esto, una posible asignación sería:
Máquinas
A1
A2
A3
B1
B2
B3
RAC (eth1)
RAC (eth2)
RAB (eth0)
RAB (eth1)
Dirección IP
128.1
128.2
128.3
128.33
128.34
128.35
128.27
128.4
128.5
128.36
Máscara
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
Máquina
C1
C2
C3
C4
C5
D1
D2
D3
D4
D5
Dirección IP
128.17
128.18
128.19
128.20
128.21
128.22
128.23
128.24
128.25
128.26
Máscara
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
255.240
Tabla 2 Solución al apartado (a)
(b)
Según el esquema de direccionamiento del apartado anterior, ¿cuáles serían las tablas
de encaminamiento de RAC, RAB, B3 y D3? En dichas tablas de encaminamiento es
suficiente con indicar la dirección de la red de destino (dirección IP y máscara de
subred) y la dirección IP del “siguiente salto”. (20%)
Tabla en B3
Red de destino
157.88.128.32
Default
Máscara
255.255.255.240
Siguiente salto
157.88.128.35 (B3)
157.88.128.36
Tabla en D3
Red de destino
157.88.128.16
Default
Máscara
255.255.255.240
Siguiente salto
157.88.128.24 (D3)
157.88.128.27
Tabla en RAC
Red de destino
157.88.128.0
157.88.128.16
Default
Máscara
255.255.255.240
255.255.255.240
Siguiente salto
157.88.128.4
157.88.128.27
157.88.30.1
Tabla en RAB
Red de destino
157.88.128.0
157.88.128.32
Default
Máscara
255.255.255.240
255.255.255.240
Siguiente salto
157.88.128.5
157.88.128.36
157.88.128.4
(c)
Dibuje un cronograma de todos los intercambios Ethernet que tienen lugar desde que
B3 genera los datos hasta que los recibe D3, numerando las tramas en el dibujo (las
tramas Ethernet no tienen número en su cabecera, se trata tan sólo de etiquetarlas para
hacer el apartado (d)). (20%)
5
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B3
RAC
RAB
PCD
D3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
6
(d)
Para el cronograma del apartado anterior, para cada una de las tramas que se han
dibujado y numerado, especifíquense las direcciones MAC de origen y destino, el tipo
de PDUs transportadas, así como el valor de los campos más significativos de dichas
PDUs. (20%)
(1)
Trama Ethernet
MAC Origen: B3
MAC Destino: difusión
Contenido: petición ARP
MAC Origen: B3 (bb:03)
IP origen: B3 (157.88.128.35)
MAC destino: (es justamente lo que se está preguntando)
IP destino: RAB (157.88.128.36) – hay que fijarse que esta es la dirección del siguiente
salto en la tabla de encaminamiento de B3
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(2)
Trama Ethernet
MAC Origen: RAB
MAC Destino: B3
Contenido: respuesta ARP
MAC Origen: RAB (bb:04)
IP origen: RAB (157.88.128.36)
MAC destino: B3 (bb:03)
IP destino: B3 (157.88.128.35)
(3)
Trama Ethernet
MAC Origen: B3
MAC Destino: RAB (eth1)
Contenido: datagrama IP
IP origen: B3
IP destino: D3
(4)
Trama Ethernet
MAC Origen: RAB (eth0)
MAC Destino: difusión
Contenido: petición ARP
MAC Origen: RAB (eth0)
IP origen: RAB (157.88.128.5)
MAC destino: (es justamente lo que se está preguntando)
IP destino: RAC (eth2) -> la que está en la tabla de encaminamiento de RAB como rute
por defecto (128.4)
(5)
Trama Ethernet
MAC Origen: C3
MAC Destino: RAB (eth0)
Contenido: respuesta ARP
MAC Origen: RAC (eth2)
IP origen: RAC (eth2) (157.88.128.4)
MAC destino: RAB (eth0)
IP destino: RAB (157.88.128.5)
(6)
Trama Ethernet
MAC Origen: RAB (eth0)
MAC Destino: RAC (eth2)
Contenido: datagrama IP
IP origen: B3
IP destino: D3
(7)
Trama Ethernet
MAC Origen: RAC (eth1)
MAC Destino: difusión
Contenido: petición ARP
MAC Origen: RAC (eth1)
IP origen: RAB (157.88.128.27)
MAC destino: (es justamente lo que se está preguntando)
IP destino: D3 (157.88.128.24)
(8)
Trama Ethernet
MAC Origen: D3
MAC Destino: RAC (eth1)
Contenido: respuesta ARP
MAC Origen: D3
IP origen: D3 (157.88.128.24)
MAC destino: RAC (eth1)
7
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IP destino: RAC (157.88.128.27)
(9)
Trama Ethernet
MAC Origen: RAC (eth1)
MAC Destino: D3
Contenido: datagrama IP
IP origen: B3
IP destino: D3
(e)
La longitud entre cualquier par de estaciones es L en LAN A y LAN B y L/2 en LAN
C y LAN D, y la señal se propaga a una velocidad V. Por otra parte, la comunicación
de la que trata este problema es el envío de un segmento TCP de petición de conexión
(el problema sólo trata del transporte de esta petición, no del proceso completo de
establecimiento de conexión TCP), y todas las estaciones transmiten a una velocidad
binaria R. Dedúzcase simbólicamente el tiempo total de la comunicación, desde que
B3 genera la petición de establecimiento de conexión, hasta que D3 los ha recibido por
completo. (15%)
El segmento TCP de petición de conexión es únicamente una cabecera de longitud HTCP.
La cabecera de IP: HIP.
Mensaje ARP: BARP
Cabecera Ethernet: Heth
Cola Ethernet: Teth
El relleno Ethernet (si fuese necesario): Hrelleno
Como HIP + HTCP = 40 bytes (es necesario relleno) y BARP = 28 bytes (es necesario relleno), se considera
en todos los casos Beth = 64 bytes.
ttotal = tB3 -> RAB + tRAB -> B3 + tB3 -> RAB + tRAB -> RAC + tRAC -> RAB + tRAB -> RAC + tRAC -> PCD + tPCD -> D3 + tD3 -> PCD +
tPCD -> RAC + tRAC -> PCD + tPCD -> D3 =
= ttramaARP + tpropB3->PAB + tcabecera + tpropPAB->RAC +
+ ttramaARP + tpropRAC->PAB + tcabecera + tpropPAB->B3 +
+ ttramaIP + tpropB3->PAB + tcabecera + tpropPAB->RAC +
+ ttramaARP + tpropRAC->C3 +
+ ttramaARP + tpropC3->RAC +
+ ttramaIP + tpropRAB->C3 =
= 12 Beth/R + 3tpropB3->RAB + 3 tpropRAB->RAC + 3tpropRAC->PCD + tpropPCD->D3 =
= 12 Beth/R + 3(3L/V) + 3(4L/V) + 3(6L/2V) + 3(5L/2V) =
= 12 Beth/R + 75L/2V
(f)
Si L=10m, V=200m/µs y R = 10Mbps, calcule numéricamente el tiempo que se ha
deducido en el apartado anterior. Recuerde que las cabeceras Ethernet ocupan 18
bytes, las cabeceras IP 20 bytes, y las cabeceras TCP 20 bytes. Recuerde también que
un segmento TCP de petición de conexión no transporta datos, y que un mensaje ARP
tiene un tamaño de 28 bytes. (5%)
PROBLEMA 2 (2.5 puntos)
Dos máquinas, A y B, están unidas por un medio de transmisión full-duplex, utilizando para
comunicarse una arquitectura de tres capas. Las capas de aplicación de las dos máquinas
mantienen el diálogo que se muestra en la Tabla 3 a partir del tiempo t=0. La capa de enlace
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utiliza la clase de procedimiento HDLC denominada BA 2,8 (ver Figura 2 y Figura 3) para
comunicarse.
Nº mensaje
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Mensajes de A a B
Mensajes de B a A
220 B.arss.es
HELO A.arss.es
250
MAIL FROM :<[email protected]>
250
RCPT TO: <[email protected]>
250
DATA
354
Te paso el enunciado
del examen de ARSS
Creo que es bastante
fácil si los alumnos han
estudiado algo durante
el verano.
.
250
QUIT
250
Número
bytes
13
14
3
31
3
27
3
4
3
20
18
20
24
22
10
1
3
4
3
de
Tabla 3 Intercambio de mensajes de nivel de aplicación entre A y B
Figura 2 Formato de trama HDLC (en este problema se ha de suponer que el campo FCS es de 16 bits).
Teniendo en cuenta los siguientes aspectos:
• Las capas de aplicación de A y B generan sus mensajes de nivel de aplicación
inmediatamente después de que el nivel de enlace les entregue el mensaje esperado
procedente del otro extremo. Por ejemplo, B genera el mensaje 3 inmediatamente
después de recibir el mensaje 2. La única excepción son los mensajes 10 a 16 que A
genera (y pasa al nivel de enlace) sin esperar ningún mensaje desde B. También se puede
considerar que el tiempo de paso de mensajes entre niveles dentro de una misma
máquina, así como el tiempo de procesamiento de los mensajes por parte de una entidad
de protocolo en todos los niveles, son despreciables
• No hay fragmentación a nivel de enlace
9
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
El nivel de enlace entrega los datos recibidos al nivel de aplicación una unidad de tiempo
después de haberlos recibido completamente (NOTA: en la solución mostrada a
continuación no se aplica este criterio... en la corrección del examen se consideraron
correctas tanto las resoluciones que la tuvieron en cuenta como las que no).
El retardo de propagación entre A y B es de tres unidades de tiempo: tprop = 3τ
La velocidad binaria en el enlace entre A y B es de R=10 bytes/τ
Por simplicidad se ha de considerar que el tiempo de transmisión de una trama ha de ser
un número entero de unidades de tiempo (si el resultado del cálculo del tiempo de
transmisión de una trama es un número no entero de unidades de tiempo, se ha de
“redondear” al número entero inmediatamente superior).
Se puede considerar que todas las tramas HDLC de control y no numeradas tienen vacío
el campo de información
Si una estación no recibe asentimiento de los datos enviados tras 22 unidades de tiempo
después de finalizar el envío de dichos datos (ttemp = 22τ) la estación procede a la
retransmisión de dichos datos inmediatamente.
Si una trama se recibe con error, se considera que dicha trama no ha llegado a todos los
efectos
Las peticiones de retransmisión se generan inmediatamente después de detectar un salto
en el número de secuencia
El tamaño de la ventana es el máximo posible para el escenario planteado
Se sigue una estrategia de “asentimientos retardados” que consiste en que el receptor de
tramas de información:
o Cuando recibe una trama de información, pone en marcha un temporizador de 3
unidades de tiempo.
o Cuando vence ese temporizador, asiente la trama de información con una trama
de control a no ser que con anterioridad:
Se reciba otra trama de información, en cuyo caso asiente las dos tramas
inmediatamente mediante una trama de control.
El receptor genere, a su vez, una trama de información, en cuyo caso se
asiente la trama recibida con anterioridad utilizando el número de
secuencia esperado.
Si ocurre alguna de las dos situaciones anteriores simultáneamente al vencimiento
del temporizador, se procede como si dicha situación hubiese ocurrido antes del
vencimiento del temporizador.
Los asentimientos no numerados se envían inmediatamente (sin seguir la estrategia de
asentimientos retardados anteriormente descrito).
Las respuestas a peticiones de “sincronismo” (checkpointing) se envían inmediatamente.
Si en t=72τ hay perturbaciones en el medio que corrompen las señales que se encontraban en él
en ese momento, aunque el protocolo consigue arreglarlo, dibuje (y justifique) el cronograma de
intercambio de tramas HDLC entre las estaciones necesario para soportar el intercambio de
mensajes de nivel de aplicación mostrado en la Tabla 3 (contéstese en la Figura 4 y, en caso
necesario, en folios aparte). Suponer que en t=0 B solicita establecer la conexión a nivel de
enlace y la estación A acepta. Suponer, igualmente, que inmediatamente después de la recepción
por parte del nivel de enlace de B del último asentimiento de los datos correspondientes al
mensaje 19, dicho nivel de enlace inicia la finalización de la conexión a nivel de enlace
(finalización aceptada por el nivel de enlace de A).
NOTA: criterios de calificación:
•
Cálculo erróneo del tiempo de transmisión de tramas en más de 3 ocasiones: penalización del 100%. En menos de tres
ocasiones: 10% por número de errores.
10
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•
Utilización errónea de la ventana deslizante: penalización del 100%
•
Establecimiento y/o finalización de conexión erróneas: penalización del 10%
•
Recuperación ante errores errónea: penalización del 50%
•
Direccionamiento erróneo de tramas: penalización del 5% por número de errores
•
Utilización errónea de asentimientos retardados: penalización del 10% por número de errores
Las anteriores penalizaciones hacen referencia a porcentajes sobre la calificación total del problema.
Figura 3 Repertorio de tramas para las diferentes clases de procedimientos HDLC
¡Ojo! Hay que sumar 6 bytes de sobrecarga HDLC a la longitud de los mensajes de nivel de aplicación...!!!!!
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A,SABM,P
B,I36
B,I45
A,I64
A,UA,f
B,I55
A,I00
B,I65
B,I75
B,I01
B,RR6
A,RR7
B,I05
A,I11
B,I15
A,DISC,P
B,RR0
B,I25
A,UA,F
B,I12
B,RR2
A,I22
B,I23
A,I33
B,I25
B,I34
A,I53
A,I44
Figura 4 Contestación al problema 2
12