Δίκτυα Δημόσιας Χρήσης και Διασύνδεση Δικτύων — Σεπτέμβριος 2024¶
Μεταγραφή από τη φωτογραφία IMG_20240920_164048.jpg της τυπωμένης εξέτασης.
IMG_20240920_164048.jpg¶
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών & Πληροφορικής Τομέας Εφαρμογών και Θεμελιώσεων της Επιστήμης των Υπολογιστών
ΔΙΚΤΥΑ ΔΗΜΟΣΙΑΣ ΧΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ
Παρασκευή 20 Σεπτεμβρίου 2024 Διάρκεια: 2 ώρες [ονόματα διδασκόντων παραλείφθηκαν]
Ζήτημα 1ο (30%)
α. [15%] Αναφέρετε τα τρία επίπεδα του πρωτοκόλλου Χ.25, περιγράφοντας το σκοπό του κάθε επιπέδου.
β. [15%] Περιγράψτε τη γενική μορφή της κεφαλίδας ενός πακέτου Χ.25 (επίπεδο 3) και αναλύστε τι δηλώνει το κάθε πεδίο.
Ζήτημα 2ο (40%)
α. [10%] Αναφέρετε τις διάφορες αρχιτεκτονικές δορυφορικών δικτύων, περιγράφοντας συνοπτικά την κάθε μία αρχιτεκτονική.
β. [15%] Ποια προβλήματα εμφανίζονται με τη χρήση του κλασικού πρωτοκόλλου TCP στα δορυφορικά δίκτυα;
γ. [15%] Με ποιους τρόπους προσαρμόστηκε το κλασικό πρωτόκολλο TCP για χρήση σε δορυφορικά δίκτυα;
Ζήτημα 3ο (30%)
α. [15%] Ποιος ο ρόλος του Carrier Aggregation (CA) στα κινητά δίκτυα επικοινωνιών LTE-A;
β. [15%] Περιγράψτε τα βασικά πλεονεκτήματα της χρήσης των small cells στα δίκτυα LTE-A.
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 — 2024-09¶
Οι λύσεις γράφτηκαν από μοντέλα AI και δεν έχουν ελεγχθεί από άνθρωπο. Η αρίθμηση ακολουθεί το αρχείο θεμάτων.
Θέμα 1ο¶
Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή
α. Τα τρία επίπεδα του X.25 είναι: 1. Φυσικό επίπεδο (Level 1): καθορίζει τη φυσική/ηλεκτρική διασύνδεση DTE–DCE, τη σηματοδότηση, τον συγχρονισμό bit και τα χαρακτηριστικά μετάδοσης (π.χ. X.21, X.21bis, V.24/V.35). 2. Επίπεδο ζεύξης δεδομένων (Level 2): χρησιμοποιεί κατά κανόνα το LAPB, παράγωγο του HDLC. Παρέχει πλαισίωση, ανίχνευση/διόρθωση σφαλμάτων με επαναμετάδοση και έλεγχο ροής στη ζεύξη DTE–DCE, ώστε η μετάδοση να είναι αξιόπιστη. 3. Επίπεδο πακέτου (Level 3, PLP): υλοποιεί εικονικά κυκλώματα (SVC/PVC), κλήση/αποδέσμευση, ανταλλαγή πακέτων δεδομένων, πολυπλεξία λογικών καναλιών, αρίθμηση/έλεγχο ροής και χειρισμό σφαλμάτων σε επίπεδο πακέτου.
β. Η γενική μορφή κεφαλίδας πακέτου X.25 (επίπεδο 3) έχει ελάχιστο μήκος 3 οκτέτα: - Οκτέτο 1: GFI (General Format Identifier, 4 bits) και LCGN (Logical Channel Group Number, 4 bits). - Οκτέτο 2: LCN (Logical Channel Number, 8 bits). - Οκτέτο 3: PTI (Packet Type Identifier, 8 bits) ή, για πακέτα δεδομένων, πεδία αρίθμησης/ελέγχου.
Τα πεδία δηλώνουν: - GFI: περιέχει το Q bit (qualifier), το D bit (delivery confirmation/end-to-end επιβεβαίωση) και bits που καθορίζουν τον αριθμητικό συνδυασμό ακολουθίας (modulo 8 ή modulo 128). - LCGN + LCN: σχηματίζουν το 12-bit Logical Channel Identifier (LCI), που προσδιορίζει το λογικό κανάλι/εικονικό κύκλωμα. - PTI: προσδιορίζει τον τύπο πακέτου (π.χ. Call Request, Incoming Call, Clear Request, Receive Ready, Reset, Restart) ή, στα πακέτα δεδομένων, περιέχει πεδία όπως \(P(S)\) (send sequence), \(P(R)\) (receive sequence) και το M bit (more data). - Ανάλογα με τον τύπο πακέτου ακολουθούν πρόσθετα πεδία, π.χ. διευθύνσεις καλούντος/καλούμενου, facilities, call user data, cause/diagnostic codes, παράμετροι ροής/πακέτου κ.λπ.
Θέμα 2ο¶
Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή
α. Ως προς την τροχιά/αρχιτεκτονική δορυφορικού δικτύου διακρίνονται κυρίως: - GEO (Geostationary Earth Orbit): γεωσύγχρονη τροχιά σε ύψος περίπου \(35\,786\) km. Ένας ή λίγοι δορυφόροι καλύπτουν μεγάλη περιοχή, αλλά η καθυστέρηση διάδοσης είναι μεγάλη (RTT τάξης 500–600 ms). - MEO (Medium Earth Orbit): ενδιάμεσο ύψος, μικρότερη καθυστέρηση από GEO, αλλά απαιτούνται περισσότεροι δορυφόροι/αστερισμός για συνεχή κάλυψη. - LEO (Low Earth Orbit): χαμηλό ύψος, μικρή καθυστέρηση και μικρό αποτύπωμα κάλυψης ανά δορυφόρο· απαιτεί μεγάλο αστερισμό, συχνή εναλλαγή/ handover και διαχείριση κίνησης. - HEO (Highly Elliptical Orbit): ελλειπτικές τροχιές, χρήσιμες για κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών πλατών, με παρατεταμένη παραμονή πάνω από συγκεκριμένες περιοχές.
Ως προς τον δορυφορικό επαναλήπτη/επεξεργασία: - Transparent/bent-pipe: ο δορυφόρος απλώς ενισχύει και μεταφράζει συχνότητα· δεν αποδιαμορφώνει/δρομολογεί σε επίπεδο πακέτου. - Regenerative/on-board processing: ο δορυφόρος αποδιαμορφώνει, αποκωδικοποιεί, δρομολογεί και ενδεχομένως διασυνδέει δίκτυα/δορυφόρους.
Ως προς την τοπολογία: αστέρας με κεντρικό hub (star), πλεγματική (mesh) με απευθείας/διαδοχικές ζεύξεις και πιθανές inter-satellite links (ISLs), καθώς και single-hop/multi-hop δορυφορικές διαδρομές.
β. Με το κλασικό TCP σε δορυφορικά δίκτυα εμφανίζονται κυρίως: - Μεγάλο RTT και μεγάλο bandwidth-delay product: το slow start και η αύξηση του congestion window γίνονται πολύ αργά· χωρίς window scaling το μέγιστο παράθυρο των 64 KB περιορίζει σοβαρά τη ρυθμαπόδοση. - Λανθασμένη ερμηνεία απωλειών ως συμφόρησης: απώλειες από θόρυβο, fading, βροχή ή διακοπές ζεύξης μειώνουν άσκοπα το cwnd, ενώ το πρόβλημα δεν είναι συμφόρηση. - Καθυστερημένη ανάκαμψη: οι μηχανισμοί fast retransmit/recovery και οι timeouts αντιδρούν αργά λόγω μεγάλου RTT· αυξάνονται οι άσκοπες επαναμεταδόσεις. - Ασύμμετρη ζεύξη: μικρότερο uplink/return channel μπορεί να δημιουργήσει συμφόρηση στα ACKs. - Μεταβλητή καθυστέρηση/jitter και handover (ιδίως LEO): δυσχεραίνουν την εκτίμηση RTT και την ευστάθεια του TCP. - Επιβάρυνση τριών δρόμων και αργή εκκίνηση: η αρχική φάση handshake/slow start κοστίζει πολύ σε σχέση με τη διάρκεια της σύνδεσης.
γ. Το TCP προσαρμόστηκε με: - Επεκτάσεις για Long Fat Networks: window scaling, timestamps, selective acknowledgments (SACK), μεγαλύτερο αρχικό cwnd και ταχύτερη ανάκαμψη. - Performance Enhancing Proxies (PEPs): splitting της TCP σύνδεσης, TCP spoofing, τοπικές επιβεβαιώσεις/επαναμεταδόσεις, buffering και φιλτράρισμα/ομαδοποίηση ACKs. - Βελτιώσεις congestion control: καταλληλότεροι αλγόριθμοι για μεγάλο RTT (π.χ. Hybla, CUBIC ή rate-based προσεγγίσεις), αποφυγή άσκοπης μείωσης λόγω σφαλμάτων ζεύξης. - Μηχανισμούς σε επίπεδο ζεύξης: FEC, link-layer ARQ, διαχείριση διακοπών και απομόνωση των απωλειών από το TCP. - Ειδικά πρωτόκολλα/προφίλ για δορυφόρους/διάστημα, όπως SCPS-TP και Satellite Transport Protocol, με υποστήριξη μεγάλων καθυστερήσεων, επιλεκτικών επαναμεταδόσεων, αντιμετώπισης link outages και αποδοτικότερης χρήσης του εύρους ζώνης.
Θέμα 3ο¶
Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή
α. Το Carrier Aggregation (CA) στο LTE-A επιτρέπει τη συνάθροιση πολλαπλών component carriers (CCs), συνήθως έως 20 MHz έκαστος, ώστε να επιτευχθεί πολύ μεγαλύτερο συνολικό εύρος ζώνης (π.χ. έως 100 MHz με 5 CCs στην αρχική Release 10). Έτσι αυξάνονται οι μέγιστοι ρυθμοί δεδομένων, η χωρητικότητα και η φασματική απόδοση. Υποστηρίζονται συνεχόμενες ή μη συνεχόμενες συνθέσεις, intra-band/inter-band, ασύμμετρη συνάθροιση DL/UL, ενώ η βασική συμβατότητα με LTE διατηρείται αφού κάθε CC μπορεί να εξυπηρετεί και παλαιότερους χρήστες. Ο scheduler κατανέμει πόρους στους carriers, με έλεγχο από PCell και δευτερεύουσες SCells.
β. Τα βασικά πλεονεκτήματα των small cells στο LTE-A είναι: - Αύξηση χωρητικότητας και φασματικής επαναχρησιμοποίησης, λόγω μικρότερων κυψελών και καλύτερης χωρικής απομόνωσης. - Αποφόρτιση (offloading) των macro cells, βελτιώνοντας την εξυπηρέτηση σε hotspots και την εμπειρία χρήστη. - Επέκταση κάλυψης σε εσωτερικούς χώρους, σημεία με αδύναμο σήμα και περιοχές υψηλής ζήτησης. - Μικρότερη ισχύς εκπομπής, χαμηλότερο κόστος και ταχύτερη/ευέλικτη ανάπτυξη σε σύγκριση με νέες macro εγκαταστάσεις. - Υποστήριξη heterogeneous networks (HetNets), συνεργασίας με macro cells (π.χ. dual connectivity, CoMP, carrier aggregation), βελτίωση ρυθμών μετάδοσης και χρήση υψηλότερων ζωνών συχνοτήτων.