Μετάβαση στο περιεχόμενο

Δίκτυα Δημόσιας Χρήσης και Διασύνδεση Δικτύων — Αύγουστος 2023

Μεταγραφή από τη φωτογραφία rn_image_picker_lib_temp_9b58687b-9082-4e1f-a303-227c7547b8dd.jpg της τυπωμένης εξέτασης.

rn_image_picker_lib_temp_9b58687b-9082-4e1f-a303-227c7547b8dd.jpg

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών & Πληροφορικής Τομέας Εφαρμογών και Θεμελιώσεων της Επιστήμης των Υπολογιστών

ΔΙΚΤΥΑ ΔΗΜΟΣΙΑΣ ΧΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ

Τετάρτη 30 Αυγούστου 2023 Διάρκεια: 2 ώρες [ονόματα διδασκόντων παραλείφθηκαν]

Ζήτημα 1ο (30%)

  1. [15%] Περιγράψτε συνοπτικά τη διαδικασία Fragmentation & Reassembly (Κατακερματισμού & Επανασυναρμολόγησης) του πρωτοκόλλου IP.
  2. [15%] Περιγράψτε τους βασικούς λόγους για τους οποίους απαιτείται η αναβάθμιση από την έκδοση IPv4 στην έκδοση IPv6 του πρωτοκόλλου IP.

Ζήτημα 2ο (40%)

  1. [15%] Αναφέρετε τις κλάσεις των IP διευθύνσεων στην classful διευθυνσιοδότηση.
  2. [15%] Πόσα bits χρησιμοποιεί η κάθε κλάση για το network και το host κομμάτι της διεύθυνσης;
  3. [10%] Ποια κλάση θα χρησιμοποιούσατε σε περίπτωση που το δίκτυό σας θα έπρεπε να εξυπηρετήσει 62 (\(= 2^6 - 2\)) hosts χωρίς να σπαταλούνται άσκοπα IP διευθύνσεις; Αιτιολογήστε την απάντησή σας.

Ζήτημα 3ο (30%)

  1. [15%] Αναφέρετε και περιγράψτε τις διάφορες αρχιτεκτονικές των δορυφορικών δικτύων.
  2. [15%] Τι γνωρίζετε για την «Άμεση Δορυφορική Σύνδεση μέσω ISP» σαν μορφή σύνδεσης στο Internet over Satellite;

ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ

Λύσεις (⚪ AI, μη επαληθευμένο)

Κατάσταση: ⚪ AI, μη επαληθευμένο Πηγή: λύσεις AI (deepseek-flash), ανεξάρτητη επανάληψη και αντιπαραβολή· καμία δεν έχει ελεγχθεί από άνθρωπο

Προσοχή

Λύση από AI — ελέγξτε την· δεν έχει επαληθευτεί από άνθρωπο. Η ένδειξη «δύο λύσεις συμφωνούν» δεν σημαίνει ότι η απάντηση είναι σωστή.

AI λύσεις — 2023-08

Οι λύσεις γράφτηκαν από μοντέλα AI και δεν έχουν ελεγχθεί από άνθρωπο. Η αρίθμηση ακολουθεί το αρχείο θεμάτων.

Θέμα 1ο

Αξιοπιστία: δύο ανεξάρτητες λύσεις συμφωνούν · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

  1. Fragmentation & Reassembly στο IP (κυρίως IPv4):
    Κάθε ζεύξη έχει μέγιστο μέγεθος πλαισίου/πακέτου, το MTU. Όταν ένα IP datagram είναι μεγαλύτερο από το MTU της εξερχόμενης ζεύξης, ο δρομολογητής το κατακερματίζει, εφόσον δεν είναι τεθειμένο το flag DF (Don’t Fragment). Αν DF=1, το πακέτο απορρίπτεται και αποστέλλεται ICMP “Fragmentation Needed” προς την πηγή.
    Κατά τον κατακερματισμό το αρχικό payload χωρίζεται σε τεμάχια ώστε κάθε fragment, μαζί με την κεφαλίδα IP, να χωρά στο MTU. Το μήκος δεδομένων κάθε fragment, εκτός ίσως από το τελευταίο, είναι πολλαπλάσιο του 8. Κάθε fragment παίρνει αντιγραφή της αρχικής κεφαλίδας με: ίδιο Identification, ενημερωμένο Total Length, MF=1 για όλα εκτός από το τελευταίο, Fragment Offset σε μονάδες των 8 bytes και νέο Header Checksum.
    Η επανασυναρμολόγηση γίνεται συνήθως στον τελικό προορισμό, ο οποίος συλλέγει τα fragments με βάση τα πεδία (source IP, destination IP, protocol, Identification), τη χρήση των MF και Fragment Offset και έναν χρονοδιακόπτη επανασυναρμολόγησης. Όταν φτάσουν όλα, ανασυντίθεται το αρχικό datagram. Αν κάποιο fragment λείπει μέχρι τη λήξη του χρονικού ορίου, τα υπόλοιπα απορρίπτονται. Στο IPv6 οι δρομολογητές δεν κατακερματίζουν· η πηγή χρησιμοποιεί Path MTU Discovery και, αν χρειαστεί, στέλνει fragments με Fragment Extension Header, ενώ η επανασυναρμολόγηση γίνεται στον προορισμό.

  2. Βασικοί λόγοι μετάβασης από IPv4 σε IPv6:

  3. Εξάντληση των 32-bit διευθύνσεων IPv4 και ανάγκη για τεράστιο χώρο διευθύνσεων· το IPv6 έχει 128-bit διευθύνσεις.
  4. Καλύτερη ιεραρχική κατανομή και δρομολόγηση, άρα μικρότεροι πίνακες δρομολόγησης και δυνατότητα παγκόσμιας δρομολογησιμότητας χωρίς NAT.
  5. Απλούστερη και αποδοτικότερη κεφαλίδα: σταθερό μέγεθος 40 bytes, απουσία header checksum, χρήση extension headers, όχι fragmentation από τους δρομολογητές.
  6. Αυτόματη διαμόρφωση διευθύνσεων (SLAAC/DHCPv6), plug-and-play και ευκολότερη επαναρίθμηση δικτύων.
  7. Υποστήριξη QoS μέσω Traffic Class και Flow Label, βελτιωμένο multicast/anycast, κατάργηση broadcast, καλύτερη υποστήριξη κινητικότητας και επεκτασιμότητα.
  8. Ενσωματωμένη δυνατότητα ασφάλειας/IPsec και καλύτερη υποστήριξη end-to-end επικοινωνίας.

Θέμα 2ο

Αξιοπιστία: δύο ανεξάρτητες λύσεις συμφωνούν · εμπιστοσύνη λύτη: μέτρια

  1. Κλάσεις IP διευθύνσεων στην classful διευθυνσιοδότηση:
  2. Κλάση A: πρώτο bit 0, εύρος \(1.0.0.0\) έως \(126.255.255.255\). Το \(0.0.0.0/8\) και το \(127.0.0.0/8\) έχουν ειδική χρήση.
  3. Κλάση B: πρώτα bits 10, εύρος \(128.0.0.0\) έως \(191.255.255.255\).
  4. Κλάση C: πρώτα bits 110, εύρος \(192.0.0.0\) έως \(223.255.255.255\).
  5. Κλάση D: πρώτα bits 1110, εύρος \(224.0.0.0\) έως \(239.255.255.255\), για multicast.

  6. Κλάση E: πρώτα bits 1111, εύρος \(240.0.0.0\) έως \(255.255.255.255\), πειραματική/δεσμευμένη.
    Οι κλάσεις A, B, C χρησιμοποιούνται για unicast διευθύνσεις· η D για multicast και η E δεν χρησιμοποιείται κανονικά για ανάθεση σε hosts.

  7. Bits network/host ανά κλάση:

  8. Κλάση A: 8 bits network και 24 bits host, default mask \(/8\) ή \(255.0.0.0\). Πρακτικά έως \(2^{24}-2\) hosts ανά δίκτυο.
  9. Κλάση B: 16 bits network και 16 bits host, default mask \(/16\) ή \(255.255.0.0\). Έως \(2^{16}-2=65534\) hosts ανά δίκτυο.
  10. Κλάση C: 24 bits network και 8 bits host, default mask \(/24\) ή \(255.255.255.0\). Έως \(2^8-2=254\) hosts ανά δίκτυο.
  11. Κλάση D: δεν έχει κλασικό network/host διαχωρισμό· τα υπόλοιπα 28 bits μετά το πρόθεμα 1110 προσδιορίζουν multicast group.

  12. Κλάση E: δεν έχει κλασικό network/host διαχωρισμό· είναι δεσμευμένη/πειραματική.

  13. Για 62 hosts:
    Αφού \(62=2^6-2\), απαιτούνται 6 bits host. Στην αυστηρά classful διευθυνσιοδότηση καμία κλάση δεν έχει ακριβώς 6 bits host: A έχει 24, B έχει 16, C έχει 8. Η μικρότερη κλάση που επαρκεί για 62 hosts είναι η κλάση C, καθώς παρέχει έως 254 hosts και δεν σπαταλά τόσο πολλές διευθύνσεις όσο η B. Αν επιτρέπεται υποδικτύωση, τότε από μία κλάση C μπορεί να χρησιμοποιηθεί υποδίκτυο \(/26\) με mask \(255.255.255.192\), το οποίο έχει 64 διευθύνσεις και 62 χρησιμοποιήσιμες hosts, δηλαδή ακριβώς το ζητούμενο. Άρα: κλάση C και, για ακριβή αποφυγή σπατάλης, τεμαχισμός της σε \(/26\).

Θέμα 3ο

Αξιοπιστία: δύο ανεξάρτητες λύσεις συμφωνούν · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

  1. Αρχιτεκτονικές δορυφορικών δικτύων:
  2. GEO (Geostationary Earth Orbit): δορυφόροι σε τροχιά περίπου \(35\,786\) km πάνω από τον ισημερινό, με περίοδο 24 ωρών· φαίνονται στάσιμοι από τη Γη. Παρέχουν μεγάλη κάλυψη με λίγους δορυφόρους και δεν απαιτούν συχνή αλλαγή δορυφόρου, αλλά έχουν μεγάλη καθυστέρηση διάδοσης (περίπου 250 ms μονής διαδρομής) και υψηλό κόστος/ισχύ. Χρησιμοποιούνται σε broadcast, VSAT, ευρυζωνικές και απομακρυσμένες συνδέσεις.
  3. MEO (Medium Earth Orbit): τροχιές περίπου \(5\,000\)–\(20\,000\) km, με μέτρια καθυστέρηση και ανάγκη για μικρότερη ή μεγαλύτερη ομάδα δορυφόρων ανάλογα με την κάλυψη. Χρησιμοποιούνται σε δορυφορική ναυτιλία/εντοπισμό και σε ορισμένα τηλεπικοινωνιακά συστήματα.
  4. LEO (Low Earth Orbit): τροχιές περίπου \(500\)–\(2\,000\) km, με χαμηλή καθυστέρηση και μικρότερους τερματικούς σταθμούς, αλλά απαιτούν μεγάλους αστερισμούς δορυφόρων, γρήγορο handover και πολύπλοκη δρομολόγηση. Παραδείγματα: Iridium, Globalstar, Starlink.
  5. HEO (Highly Elliptical Orbit): ελλειπτικές τροχιές με μεγάλο χρόνο παραμονής πάνω από συγκεκριμένες περιοχές, χρήσιμες για μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και περιφερειακή κάλυψη.
    Επιπλέον, ως προς την αρχιτεκτονική του δορυφορικού payload διακρίνονται:
  6. Bent-pipe (διαφανής) δορυφόρος: ενισχύει και μεταθέτει συχνότητα χωρίς αποδιαμόρφωση/επεξεργασία· απλός, αλλά απαιτεί επίγειο hub και συχνά διπλή διαδρομή για επικοινωνία χρηστών.

  7. Regenerative/on-board processing δορυφόρος: αποδιαμορφώνει, επεξεργάζεται, δρομολογεί και επαναδιαμορφώνει το σήμα· υποστηρίζει πιο αποδοτικές τοπολογίες, μεταξύ των οποίων mesh και intersatellite links, αλλά είναι πιο πολύπλοκος.
    Ως προς την τοπολογία έχουμε star (hub-and-spoke) δίκτυα, όπου οι χρήστες συνδέονται μέσω κεντρικού hub, και mesh δίκτυα, όπου οι κόμβοι μπορούν να επικοινωνούν πιο άμεσα μέσω δορυφόρου. Διακρίνονται επίσης υπηρεσίες FSS (fixed satellite service), BSS (broadcast satellite service) και MSS (mobile satellite service).

  8. «Άμεση Δορυφορική Σύνδεση μέσω ISP» ως μορφή Internet over Satellite:
    Πρόκειται για σύνδεση όπου ο χρήστης αποκτά πρόσβαση στο Internet από έναν δορυφορικό ISP, και η δορυφορική ζεύξη αποτελεί το «last mile» ή την κύρια ζεύξη πρόσβασης. Ο τερματικός σταθμός του χρήστη (π.χ. VSAT με δορυφορικό modem και κεραία) επικοινωνεί απευθείας μέσω δορυφόρου με τον κόμβο/gateway του ISP. Ο κόμβος του ISP είναι συνδεδεμένος στο Internet backbone και παρέχει δρομολόγηση, διευθύνσεις IP, NAT, firewall, caching και υπηρεσίες πρόσβασης.
    Η σύνδεση μπορεί να είναι αμφίδρομη (uplink και downlink μέσω δορυφόρου) ή υβριδική/μίας κατεύθυνσης, όπου η αίτηση του χρήστη στέλνεται μέσω επίγειας ζεύξης και τα δεδομένα λαμβάνονται από τον δορυφόρο. Χαρακτηριστικά είναι η κάλυψη απομακρυσμένων/αγροτικών περιοχών χωρίς επίγεια δίκτυα, η ανάγκη οπτικής επαφής με τον δορυφόρο, η μεγαλύτερη καθυστέρηση —ιδιαίτερα σε GEO— που επηρεάζει το TCP, η ασύμμετρη συχνά κίνηση, η κοινή χρήση δορυφορικής χωρητικότητας και η ευαισθησία στις καιρικές συνθήκες. Συχνά χρησιμοποιούνται τεχνικές όπως επιτάχυνση TCP, caching, κρυπτογράφηση/VPN και δυναμική κατανομή εύρους (DAMA/TDMA).

✔ Επιβεβαίωσε · ✖ Βρήκα λάθος

✖ Βρήκα λάθος στη μεταγραφή