ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

1

2η Γραπτή Εργασία ΠΛΗ 23 Ακαδημαϊκό Έτος 2011-2012

(Τόμος Α΄, Κεφάλαια 1-3) Ημερομηνία Παράδοσης 29/01/2012

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Άσκηση 1

Στόχος:

Στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής ύλης του Α Τόμου, ο στόχος της άσκησης είναι να εξοικειωθεί ο/η φοιτητής/τρια: 1. με τα κυψελωτά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας (GSM) 2. με τη διαχείριση συχνοτήτων 3. με τo TDMA πλαίσιο

Απαραίτητες γνώσεις:

Κεφάλαιο 4, Τόμος Α’

ΕΔΥ Τόμου Α’, Κινητές επικοινωνίες

Σε ένα δίκτυο κινητών επικοινωνιών τεχνολογίας GSM 900 το οποίο λειτουργεί στην περιοχή του φάσματος των 900 ΜΗz, για θέματα σηματοδοσίας του δικτύου δεσμεύεται το 25% των χρονοθυρίδων σε κάθε διαθέσιμη συχνότητα αυτού. Σε μια δεδομένη χρονική στιγμή και σε μια συγκεκριμένη κυψέλη του δικτύου, λαμβάνει χώρα το παρακάτω συνδρομητικό επικοινωνιακό σενάριο: (α) Κατηγορία Α: 16 κινητοί συνδρομητές βρίσκονται σε φωνητική επικοινωνιακή εξέλιξη με

αντίστοιχους συνδρομητές του σταθερού τηλεφωνικού δικτύου (β) Κατηγορία Β: 7 κινητοί συνδρομητές στέλνουν δεδομένα μέσω SMS ενώ ταυτόχρονα

ομιλούν με αντίστοιχους κινητούς συνδρομητές (γ) Κατηγορία Γ: 4 κινητοί συνδρομητές προσπαθούν πρόσβαση στο δίκτυο κινητών

επικοινωνιών αλλά λόγω μη διαθέσιμων ραδιο-πόρων, δεν μπορεί να πραγματοποιηθούν οι αντίστοιχες αποκαταστάσεις των κλήσεων

Να απαντήσετε στα παρακάτω ερωτήματα:

Ερώτημα 1 Θεωρώντας πλαίσια TDMA, ποιος είναι ο αριθμός συχνοτήτων (κανάλια) της άνω ζεύξης και ο αντίστοιχος αριθμός των συχνοτήτων της κάτω ζεύξης που χρησιμοποιούνται στη συγκεκριμένη κυψέλη κατά τη δεδομένη χρονική στιγμή;

Ερώτημα 2 Με βάση την απάντηση στο ερώτημα 1, να επιλέξετε και να καταγράψετε τον αντίστοιχο αριθμό διαδοχικών συχνοτήτων τόσο για την άνω ζεύξη όσο και για την κάτω ζεύξη στη συγκεκριμένη

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

2

κυψέλη (ελεύθερη επιλογή από το διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων του GSM και να μην ληφθεί υπόψη κανένα σενάριο καταχώρησης συχνοτήτων στις υπόλοιπες κυψέλες του δικτύου)

Ερώτημα 3 Θεωρούμε ότι σε μια δεδομένη χρονική στιγμή που ξεκινά η εξυπηρέτηση της μετάδοσης του SMS σε έναν από τους κινητούς συνδρομητές της κατηγορίας Β (ΚΣΒ), περιμένει να εξυπηρετηθεί από την ίδια χρονοθυρίδα ο 1ος στην ουρά αναμονής από τους συνδρομητές της κατηγορίας Γ (ΚΣΓ). Εάν το μέγεθος των δεδομένων του ΚΣΒ είναι 1 KByte, να προσδιορίσετε το χρόνο αναμονής για να αρχίσει να εξυπηρετείται ο ΚΣΓ. Να θεωρήσετε αμελητέους όλους τους ενδιάμεσους χρόνους επεξεργασίας της πληροφορίας και επιμέρους μεταδόσεων στα κυκλωματικά στοιχεία του ραδιοδικτύου. Επίσης, να λάβετε υπόψη ότι οι φωνητικές κλήσεις των συνδρομητών των κατηγοριών Α και Β συνεχίζουν επί μακρόν, καθώς επίσης ότι τα SMS των υπολοίπων 6 συνδρομητών της κατηγορίας Β είναι πολύ μεγάλα και δεν υπάρχει περίπτωση να αποδεσμευθούν άμεσα πόροι του δικτύου από τις κατηγορίες αυτές των συνδρομητών. Δίδονται τα παρακάτω στοιχεία του προτύπου GSM 900: Μέθοδος Πρόσβασης: TDMA/FDM Τύπος Διαμόρφωσης: GMSK Ρυθμός Μετάδοσης στο κανάλι: 270,833 kbps Σε επίπεδο TDMA πλαισίου η πληροφορία πρωτοκόλλου αποτελεί το 27.04% της

συνολικής πληροφορίας (πληροφορία πρωτοκόλλου + χρήσιμη πληροφορία) που μπορεί να μεταφερθεί από αυτό.

Χρονική διάρκεια TDMA πλαισίου: 4.6152 msec

Απαντήσεις Άσκησης 1

ΕΡΩΤΗΜΑ 1: Με βάση την εκφώνηση, για τη δεδομένη χρονική στιγμή και στη συγκεκριμένη κυψέλη του δικτύου, οι κατηγορίες των συνδρομητών Α και Β εξυπηρετούνται από το δίκτυο, ενώ η κατηγορία Γ δεν εξυπηρετείται. Επίσης, για κατηγορία Α των συνδρομητών, δεσμεύονται και χρησιμοποιούνται αντίστοιχες χρονοθυρίδες για τη μετάδοση της φωνής (voice calls), ενώ για τη κατηγορία Β των συνδρομητών δεσμεύονται και χρησιμοποιούνται αντίστοιχες χρονοθυρίδες για τη μετάδοση της φωνής (voice calls) και αντίστοιχες χρονοθυρίδες για τη μετάδοση των δεδομένων (data calls). Προφανώς για τη κατηγορία Γ των συνδρομητών δεν μπορούν να δεσμευθούν αντίστοιχες χρονοθυρίδες λόγω μη διαθέσιμων ραδιοπόρων του δικτύου. Επομένως:: Κατηγορία Α: Απαιτούνται 16 χρονοθυρίδες για voice calls για τη άνω ζεύξη και 16 χρονοθυρίδες για voice calls για

τη κάτω ζεύξη Κατηγορία Β: Απαιτούνται 7 χρονοθυρίδες για voice calls για την άνω ζεύξη, 7 χρονοθυρίδες για voice calls για την

κάτω ζεύξη και αντίστοιχες ξεχωριστές 7 χρονοθυρίδες για data calls (άνω ζεύξη) Σύνολο συνολικών χρησιμοποιουμένων χρονοθυρίδων άνω ζεύξης: 16 + 7 + 7 = 30 χρονοθυρίδες

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

3

Σύνολο χρονοθυρίδων κάτω ζεύξης: 16 + 7 = 23 χρονοθυρίδες Επειδή το 25% των χρονοθυρίδων ανά συχνότητα χρησιμοποιείται για τις ανάγκες της σηματοδοσίας του δικτύου και λόγω του ότι το πρότυπο του GSM θέτει TDMA πλαίσιο 8 χρονοθυρίδων ανά συχνότητα, οι διαθέσιμες χρονοθυρίδες ανά συχνότητα για τις ανάγκες της συνδρομητικής κίνησης (φωνή + δεδομένα) είναι 6. Επομένως, τη δεδομένη χρονική στιγμή στη συγκεκριμένη κυψέλη του δικτύου, χρησιμοποιούνται για την άνω ζεύξη:

ό

όί

ί5

6

30

To αντίστοιχο σύνολο των συχνοτήτων για τη κάτω ζεύξη, είναι:

ό

όί

ί4

6

23

ΕΡΩΤΗΜΑ 2: Βασικό στοιχείο για την επιλογή των διαδοχικών συχνοτήτων είναι η συχνοτική απόσταση των 200 KHz. Επίσης, με βάση το Πρότυπο GSM, ισχύει: (α) Συχνότητες Εκπομπής από τον Σταθμό Βάσης: 935-960 MHz (β) Συχνότητες Εκπομπής από τη Φορητή Συσκευή (κινητό): 890-915 MHz Στο πλαίσιο της ελεύθερης επιλογής των συχνοτήτων, έχουμε: Για την άνω ζεύξη (εκπομπή από κινητό προς σταθμό βάσης): Επιλέγονται οι παρακάτω 5 συχνότητες: 1

η συχνότητα: 890 MHz + 200 KHz = 890 + 0.2 MHz = 890.2 MHz

2η συχνότητα: 890.2 MHz + 200 KHz = 890.2 + 0.2 MHz = 890.4 MHz

3η συχνότητα: 890.4 MHz + 200 KHz = 890.4 + 0.2 MHz = 890.6 MHz

4η συχνότητα: 890.6 MHz + 200 KHz = 890.6 + 0.2 MHz = 890.8 MHz

5η συχνότητα: 890.8 MHz + 200 KHz = 890.8 + 0.2 MHz = 891 MHz

Για την κάτω ζεύξη (εκπομπή από σταθμό βάσης προς κινητό): Επιλέγονται οι παρακάτω 4 συχνότητες: 1

η συχνότητα: 935 MHz + 200 KHz = 935 + 0.2 MHz = 935.2 MHz

2η συχνότητα: 935.2 MHz + 200 KHz = 935.2 + 0.2 MHz = 935.4 MHz

3η συχνότητα: 935.4 MHz + 200 KHz = 935.4 + 0.2 MHz = 935.6 MHz

4η συχνότητα: 935.6 MHz + 200 KHz = 935.6 + 0.2 MHz = 935.8 MHz

Σημείωση: Μπορεί να γίνει ο οποιοσδήποτε συνδυασμός, αρκεί να ληφθεί υπόψη το κριτήριο των 200 KHz.

ΕΡΩΤΗΜΑ 3: Ο όγκος του αρχείου δεδομένων του ΚΣΒ, είναι:

bitsKByte 81928102411

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

4

Με βάση τους περιορισμούς του συγκεκριμένου ερωτήματος, τα 8192 bits θα δρομολογηθούν για μετάδοση από την αντίστοιχη χρονοθυρίδα που έχει δεσμευθεί για τον ΚΣΒ. Θα πρέπει να προσδιορίσουμε τον αριθμό των bit πληροφορίας που μπορούν να μεταφερθούν από τη συγκεκριμένη χρονοθυρίδα. Με βάση τα δεδομένα, η Χρονική διάρκεια του TDMA πλαισίου είναι: 4.6152 msec. Δηλαδή 4615,2 μsec. H χρονική διάρκεια της χρονοθυρίδας είναι:

sec9.5768

2.4615

Επομένως::

270.833 kbps × 1000 = 270,833 bits/sec

270,833 bps ÷ 1,000,000 = .207833 bit/µs

0.207833 b/µs × 576.9 µs = 156.25 bits Άρα:

156.25 bits μπορούν να μεταφερθούν από μια χρονοθυρίδα

Το TDMA πλαίσιο μπορεί να μεταφέρει συνολικά: 156.25 bits x 8 = 1250 bits Συνολική πληροφορία πρωτοκόλλου: 27.04% x 1250 bits/TDMA πλαίσιο = 338 bits Συνολική χρήσιμη πληροφορία που μπορεί να μεταφερθεί στο TDMA πλαίσιο: 1250 – 338 = 912 bits Συνολική χρήσιμη πληροφορία που μπορεί να μεταφερθεί από μια χρονοθυρίδα είναι: (912 bits ανά TDMA πλαίσιο) / (8 χρονοθυρίδες ανά TDMA πλαίσιο) = 114 bits/χρονοθυρίδα Για τη μετάδοση των 8192 bits του αρχείου θα απαιτηθεί επανάληψη μετάδοσης στοιχείων της πληροφορίας από την ίδια χρονοθυρίδα κατά

έbits

bits72

1148192

Τρόπος Α: Συνολικός απαιτούμενος χρόνος για τη μετάδοση του αρχείου:

sec5.41sec8.4153672sec)9.576( m

Τρόπος Β:

Ο ρυθμός μετάδοσης είναι: 270.833 kbps

Συνολικά Χρήσιμα bits: 8192

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

5

Συνολική πληροφορία πρωτοκόλλου για την επανάληψη της χρονοθυρίδας κατά 72 φορές:

bits304225.42728

33872

Συνολικά μεταδιδόμενα bits: bits1123430428192

Στο 1 sec μεταδίδονται 270833 bits X sec ###### 11250 bits _________________________________

sec5.41sec041538512.0270833

11250mx

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

6

Άσκηση 2

Στόχος:

Στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής ύλης του Α Τόμου, ο στόχος της άσκησης είναι να εξοικειωθεί ο/η φοιτητής/τρια: 1. με τα κυψελωτά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας 2. με τον Παράγοντα Επαναχρησιμοποίησης Συχνοτήτων 3. Αρχιτεκτονική GSM

Απαραίτητες γνώσεις:

Κεφάλαιο 4, Τόμος Α’

ΕΔΥ Τόμου Α’, Κινητές επικοινωνίες

Στο πλαίσιο της βέλτιστης σχεδίασης ενός κυψελωτού δικτύου κινητών επικοινωνιών, πραγματοποιήθηκαν στη γεωγραφική περιοχή όπου πρόκειται να εγκατασταθεί και να λειτουργήσει, μετρήσεις ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, όπου προσδιορίσθηκε πειραματικά ο δείκτης ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης «γ» ίσος με 3.44. Επιπλέον, για τη διασφάλιση υψηλής ποιότητας υπηρεσιών, ο λόγος της στάθμης της Φέρουσας Συχνότητας (C) προς τη στάθμη της Συγκαναλικής (ομοκαναλικής) Παρεμβολής (Ι) θέλουμε να είναι 19 dB. Η απόσταση επαναχρησιμοποίησης των κυψελών δύο γειτονικών συστάδων κυψελών σε σχέση με την ακτίνα της κυψέλης, τη στάθμη της Φέρουσας Συχνότητας, τη στάθμη της Συγκαναλικής (ομοκαναλικής) Παρεμβολής και του δείκτη ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης, μεταβάλλονται σύμφωνα με τον

εμπειρικό νόμο:

I

C

R

D6

, όπου D η απόσταση μεταξύ δύο κυψελών που χρησιμοποιούν

τις ίδιες συχνότητες και R η ακτίνα της κυψέλης.

Ερώτημα 1 Ποιος είναι ο κατάλληλος Παράγοντας Επαναχρησιμοποίησης Συχνοτήτων για τη διασφάλιση των κριτηρίων που τίθενται στην εκφώνηση της άσκησης;

Ερώτημα 2 Με βάση την απάντηση στο ερώτημα 1, εάν ο συνολικός αριθμός των διαθεσίμων συχνοτήτων για να λειτουργήσει το δίκτυο κινητών επικοινωνιών είναι 62 συχνότητες για την άνω ζεύξη και 62 συχνότητες για τη κάτω ζεύξη, τότε

a) να προσδιορισθεί ο συνολικός απαιτούμενος αριθμός συχνοτήτων (άνω και κάτω ζεύξης) προκειμένου το δίκτυο κινητών επικοινωνιών να λειτουργήσει και να καλύψει τις επικοινωνιακές ανάγκες των συνδρομητών σε μια γεωγραφική περιοχή συνολικής έκτασης 1402,92 Km2

b) να προσδιορίσετε την ελάχιστη απόσταση (σε Km) των εξαγωνικών κυψελών που να μπορούν να χρησιμοποιούν τις ίδιες συχνότητες ώστε να διασφαλίζεται το κριτήριο της συγκαναλικής παρεμβολής σύμφωνα με τα δεδομένα της άσκησης. Στην περίπτωση αυτή, να θεωρήσετε κυψέλες σχήματος εξαγώνου ακτίνας R=3 Km. Επιπλέον, να θεωρήσετε ότι όλες οι εξαγωνικές κυψέλες έχουν την ίδια ακτίνα σε ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

7

Σημείωση: στις συνολικές συχνότητες που θα πρέπει να υπολογίσετε να συμπεριλάβετε και τις υποχρεωτικά ίδιες συχνότητες.

Ερώτημα 3 Με βάση τις απαντήσεις στα ερωτήματα 1 και 2, και με δεδομένο ότι το δίκτυο κινητών επικοινωνιών είναι τεχνολογίας GSM, να συμπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας, ο οποίος αναφέρεται σε μονάδες (εξαρτήματα) του δικτύου κινητής τηλεφωνίας τεχνολογίας GSM για ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή κάλυψης (να αιτιολογηθούν οι απαντήσεις):

Α/Α Οντότητες Αρχιτεκτονικής δικτύου GSM

Συνολικός Αριθμός Μονάδων (εξαρτημάτων)

Αιτιολογία

1 Σταθμοί Βάσης (BTS)

2 Κεραίες Σταθμών Βάσης

3 Πομποί Σταθμών Βάσης

4 Δέκτες Σταθμών Βάσης

5 Ελεγκτές Σταθμών Βάσης (BSC)

6 Κέντρα Μεταγωγής Κινητών Υπηρεσιών (MSC)

7 Βάσεις Επισκέψεως Δεδομένων Εγγραφής (VLR)

8 Κέντρο Εποπτείας & Συντήρησης (OMC)

Δίδονται:

Εμβαδόν Εξαγωνικής Κυψέλης: 22598.2 KmRE

Ένας BSC ελέγχει 3 Σταθμούς Βάσης Ένα MSC ελέγχει 20 Σταθμούς Βάσης

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

8

Απαντήσεις Άσκησης 2

ΕΡΩΤΗΜΑ 1:

Σύμφωνα με τον εμπειρικό νόμο

I

C

R

D6

που δίδεται στην εκφώνηση, έχουμε:

695969408345.476)2814328234724.79(6196

44.3

dB

R

D (1)

Λογαριθμίζουμε αμφότερα τα μέλη της (1) και λαμβάνουμε:

83646781512503.2)695969408345.476(loglog44.3 1010

R

D (2)

Άρα:

2787785323402.0log10

R

D (3)

Από την (3) λαμβάνουμε ότι:

616830052672614.610 2787785323402.0

R

D (4)

Άρα:

6

R

D (5)

Σύμφωνα με το τύπο (σελίς 274 Α τόμος) που συνδέει την απόσταση επαναχρησιμοποίησης των κυψελών δύο γειτονικών συστάδων κυψελών, την ακτίνα της κυψέλης και το πλήθος των κυψελών μίας συστάδας κυψελών επαναχρησιμοποίησης, μπορούμε να προσδιορίσουμε το κατάλληλο, για τα κριτήρια της εκφώνησης της άσκησης πλήθος των κυψελών μιας συστάδας.

NR

D

3 (6)

Δηλαδή:

123

36

3

63636

22 NNN

Άρα:

12N (7)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

9

Και επομένως, ο κατάλληλος Παράγοντας Επαναχρησιμοποίησης Συχνοτήτων για τη διασφάλιση των κριτηρίων που τίθενται στην εκφώνηση της άσκησης, είναι:

12

1 ήίά (8)

ΕΡΩΤΗΜΑ 2: Για να προσδιορίσουμε τον συνολικό απαιτούμενο αριθμό των συχνοτήτων σε ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή κάλυψης, θα πρέπει να προσδιορίσουμε πρώτα τον αριθμό των Ομάδων (συστάδων) κυψελών που θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Με βάση τα δεδομένα της άσκησης, έχουμε:

292.1402 KmE (9)

222 382.233598.2598.2 KmRE (10)

Επομένως:

60382.23

92.14022

2

Km

Km

E

E (11)

Από το ερώτημα 1, προέκυψε ότι 12N . Επομένως:

O αριθμός των Ομάδων (συστάδων) κυψελών προκειμένου να εξυπηρετηθεί επικοινωνιακά μια γεωγραφική περιοχή συνολικής έκτασης 1402.92 Km

2 είναι:

ά 512

60 (12)

Επομένως: Συνολικός Αριθμός Συχνοτήτων Άνω Ζεύξης:

όάά

ό 3105)62(

(13)

Συνολικός Αριθμός Συχνοτήτων Κάτω Ζεύξης:

όάά

ό 3105)62(

(14)

Άρα, ο συνολικός αριθμός των συχνοτήτων άνω και κάτω ζεύξης, είναι:

/620)/310()/310( (15)

Από τη σχέση (5) , η ελάχιστη απόσταση minD όπου δύο κυψέλες διαδοχικών συστάδων μπορούν να χρησιμοποιούν

τις ίδιες συχνότητες, προκύπτει ότι είναι:

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

10

6min

R

D, οπότε:

KmKmRD 18366min (16)

ΕΡΩΤΗΜΑ 3:

Α/Α Οντότητες Αρχιτεκτονικής δικτύου GSM

Συνολικός Αριθμός Μονάδων (εξαρτημάτων)

Αιτιολογία

1 Σταθμοί Βάσης (BTS) 60 Διότι ο συνολικός αριθμός των κυψελών είναι 60 και ένας σταθμός βάσης εξυπηρετεί 1 κυψέλη (βλέπε σελίς 279 Α Τόμος)

2 Κεραίες Σταθμών Βάσης 60 Διότι ο συνολικός αριθμός των κυψελών είναι 60 και μια κεραία χρησιμοποιείται για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη μιας κυψέλης (βλέπε σελίδες 279 & 284 Α Τόμος)

3 Πομποί Σταθμών Βάσης 310 Επειδή σε ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή θα πρέπει να εκπέμπονται 310 συχνότητες. Μια συχνότητα ανά πομπό (βλέπε σελίς 284 Α Τόμος)

4 Δέκτες Σταθμών Βάσης 310 Επειδή σε ολόκληρη τη γεωγραφική περιοχή θα πρέπει να λαμβάνονται 310 συχνότητες. Μια συχνότητα ανά δέκτη (βλέπε σελίς 284 Α Τόμος)

5 Ελεγκτές Σταθμών Βάσης (BSC)

20 Επειδή με βάση τα δεδομένα, ο κάθε BSC μπορεί να ελέγξει μέχρι 3 Σταθμούς

Βάσης. Επομένως: 203

60 (βλέπε

σελίς 280 Α Τόμος)

6 Κέντρα Μεταγωγής Κινητών Υπηρεσιών (MSC)

3 Επειδή με βάση τα δεδομένα, ο κάθε MSC μπορεί να ελέγξει μέχρι 20

Σταθμούς Βάσης. Επομένως: 320

60

(βλέπε σελίδες 281 & 284 Α Τόμος)

7 Βάσεις Επισκέψεως Δεδομένων Εγγραφής (VLR)

3 Επειδή απαιτούνται 3 MSCs και κάθε VLR αντιστοιχεί σε συγκεκριμένο MSC (βλέπε σελίς 282 Α Τόμος)

8 Κέντρο Εποπτείας & Συντήρησης (OMC)

1 Επειδή συνδέεται με όλες τις οντότητες του δικτύου, ώστε να παρέχει τη δυνατότητα εποπτείας, ελέγχου και συντήρησης αυτού ώστε να εξασφαλίζει τη σωστή λειτουργία των επιμέρους υποσυστημάτων και συστημάτων (βλέπε σελίς 283 Α Τόμος)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

11

Άσκηση 3 Στόχος:

Ο στόχος της άσκησης αυτής είναι η κατανόηση των βασικών εννοιών της διαστρωμάτωσης των δικτυακών πρωτοκόλλων, της διακριτής λειτουργίας των βασικών δικτυακών συσκευών και των κυριότερων θεμάτων γύρω από το TCP.

Απαραίτητες γνώσεις:

ΕΔΥ τόμου Α, Διάλεξη 5 - Διαδίκτυο

ΕΔΥ τόμου Α, Διάλεξη Σχεδιασμός Δικτύων

Ερώτημα 1

Έστω η παρακάτω τοπολογία και το ακόλουθο σενάριο:

στον Α τρέχει ένας web browser

οι R και S είναι δρομολογητές

ο Β είναι bridge

WP είναι web proxy με τον οποίο είναι ρυθμισμένος να επικοινωνήσει ο Α

ο WS είναι web server

οι μόνες διαθέσιμες συνδέσεις ανάμεσα στις δικτυακές συσκευές είναι αυτές του σχήματος, οι οποίες είναι όλες Ethernet

o A ξέρει τις IP διευθύνσεις των WP και WS ενώ και οι πίνακες ARP είναι ενημερωμένοι Συμβολίστε με mac_addr(if1) και ip_addr(if1) τις MAC και IP διευθύνσεις, αντίστοιχα, του interface με όνομα if1. Τα ονόματα των interfaces φαίνονται στο σχήμα.

Έστω ότι ο Α στέλνει ένα HTTP request προς τη url στην οποία “ακούει” ο web server WS. Καταγράψτε:

την MAC διεύθυνση πηγής

την MAC διεύθυνση προορισμού

την IP διεύθυνση πηγής

την IP διεύθυνση προορισμού των πακέτων που διέρχονται στα interfaces:

a1-r1

r2-b1

b2-wp1

wp2-s1

s2-ws1

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

12

Ερώτημα 2

Επισκεπτόμαστε ένα URL χρησιμοποιώντας ένα web browser, και καταγράφουμε τα πακέτα που ανταλλάσσονται μεταξύ του Η/Υ μας και του web server χρησιμοποιώντας το εργαλείο wireshark ( http://www.wireshark.org/ ). Παρακάτω δίνεται το σχετικό screenshot, όπου κάθε γραμμή αντιστοιχεί σε ένα πακέτο:

a) Περιγράψτε σε ποιο βήμα της TCP συνόδου (3-way handshake, μεταφορά δεδομένων, τερματισμός σύνδεσης) αντιστοιχίζεται καθένα από τα πακέτα που φαίνονται στην εικόνα. Εξηγήστε αναλυτικά το ρόλο του καθενός.

b) Εξηγήστε ποια είναι η IP διεύθυνση και το port του web server και ποια η IP διεύθυνση και το port του client (web browser).

c) Εξηγήστε τα πεδία της TCP επικεφαλίδας που αναφέρονται στα μεταφερόμενα πακέτα και τη σημασία των τιμών που φαίνεται να έχουν σε κάθε περίπτωση.

Παρακάτω δίνεται μια σύντομη επεξήγηση κάθε στήλης που παρουσιάζει το wireshark:

Time: αναφέρει τη χρονική στιγμή που καταγράφηκε το πακέτο.

Source: Η πηγή του πακέτου.

Destination: Ο προορισμός του πακέτου

Protocol: Το υψηλότερου επιπέδου πρωτόκολλο που περιέχεται στο πακέτο.

Info: Καταγράφει τα ports πηγής και προορισμού, τυχόν TCP flags που έχουν τεθεί (μέσα σε αγκύλες) και επιπλέον πληροφορίες από την TCP επικεφαλίδα. Αν το πακέτο περιέχει και payload υψηλότερου επιπέδου (όπως στο παράδειγμα HTTP) αναφέρει στοιχεία της HTTP επικεφαλίδας.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

13

Απάντηση Άσκησης 3 Ερώτημα 1

MAC πηγής MAC προορισμού IP πηγής IP προορισμού

1 a1-r1 mac_addr(a1) mac_addr(r1) ip_addr(a1) ip_addr(wp1)

2 r2-b1 mac_addr(r2) mac_addr(wp1) ip_addr(a1) ip_addr(wp1)

3 b2-wp1 mac_addr(r2) mac_addr(wp1) ip_addr(a1) ip_addr(wp1)

4 wp2-s1 mac_addr(wp2) mac_addr(s1) ip_addr(wp2) ip_addr(ws1)

5 s2-ws1 mac_addr(s2) mac_addr(ws1) ip_addr(wp2) ip_addr(ws1)

Εφόσον ο R είναι ο επόμενος κόμβος και η πύλη εξόδου (gateway) του τοπικού δικτύου στο οποίο ανήκει και ο Α, η MAC προορισμού είναι mac_addr(r1). Η IP διεύθυνση προορισμού είναι η ip_addr(wp1) μια και ο Α ξέρει ότι απευθύνεται στον proxy. Δεδομένου ότι οι πίνακες ARP είναι ενημερωμένοι, MAC προορισμού είναι η mac_addr(wp1), καθώς ανήκει στο ίδιο τοπικό δίκτυο (αφού o B είναι γέφυρα (bridge)).

Ερώτημα 2

a) Οι γραμμές κατηγοριοποιούνται ως εξής:

1-3: TCP 3-way handshake

4-6: μεταφορά δεδομένων

7-10: κλείσιμο σύνδεσης Αναλυτικά:

1. SYN 2. SYNACK 3. ACK 4. Get request 5. Επιβεβαίωση Get request 6. Get response 7. FIN ACK 8. ACK 9. FIN ACK 10. ACK

b)

Web client Web server

IP 85.73.133.27 150.140.141.181

port 3182 80

c) Sequence:

Το sequence number καθορίζει τη σειρά του κάθε byte στη ροή των δεδομένων του αποστολέα προς τον παραλήπτη. Συγκεκριμένα:

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

14

Αν το SYN είναι 1, τότε είναι ο αρχικός αριθμός ακολουθίας (ISN - initial sequence number) και το πρώτο byte δεδομένων του πακέτου είναι ο ISN+1.

Αλλιώς, αν δεν υπάρχει η SYN flag, τότε το πρώτο byte δεδομένων είναι ο sequence number.

Length: Το πλήθος των bytes στο segment που καταλαμβάνουν τα δεδομένα. Maximum Segment Size (MSS): Το μέγιστο ποσό δεδομένων (σε bytes) που το TCP είναι διατεθειμένο να λάβει σε ένα segment. Το MSS συνήθως ανακοινώνεται από κάθε πλευρά δεδομένων των MTU σε καθένα από τα δίκτυα στα οποία ανήκει ο αποστολέας και ο παραλήπτης. Πάντως υπάρχει η δυνατότητα να έχουμε διαφορετικό MSS σε κάθε κατεύθυνση. Επομένως στην αρχή το Seq είναι 0 γιατί είναι το 1ο segment που στέλνεται. Το Len είναι 0, σε αυτό δεν περιέχονται δεδομένα (αυτό ισχύει σε όλα τα 3-way handshake μηνύματα), ενώ το MSS προκύπτει από το δίκτυο που υπάρχει. Στη συνέχεια το Ack γίνεται 1 για να επιβεβαιώσει την ορθή λήψη του 1ου segment, ενώ το MSS αναφέρεται στο δίκτυο του server. Το window ξεκινάει από τη μέγιστη τιμή του (65535), ενώ στην πορεία παίρνει άλλες τιμές ανάλογα με τις συνθήκες του δικτύου σε client και server.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

15

Άσκηση 4 Στόχος:

Ο στόχος της άσκησης είναι η κατανόηση των βασικών αρχών της γλώσσας HTML.

Απαραίτητες γνώσεις:

Τόμος Β: Κεφάλαιο 3: Ανάπτυξη Απλών Ιστοσελίδων

ΕΔΥ Τόμου Β: Webcast1 HTML, UNIT23 - Book2 - HT1

Να δημιουργήσετε σε γλώσσα HTML, ένα ημερολόγιο για τους τρεις πρώτους μήνες του έτους 2012.

Στο σχεδιασμό σας θα πρέπει να λάβετε υπόψη τις εξής προδιαγραφές: 1. Θα πρέπει να υπάρχει ο τίτλος 2012 ο οποίος θα πρέπει να είναι μεγέθους H1. 2. Θα πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα επιλογής μήνα στην αριστερή πλευρά του ημερολογίου.

To μέγεθος του συνδέσμου για τον κάθε μήνα θα πρέπει να είναι Η2. 3. Ανάλογα με το μήνα που επιλέγετε, στο κέντρο της σελίδας θα εμφανίζεται o μήνας με τη

μορφή που φαίνεται στην ακόλουθη εικόνα. Αρχικά θα εμφανίζεται ο Ιανουάριος 2012.

4. Στην παραπάνω εικόνα, θα πρέπει να εμφανίζονται:

Τα Σαββατοκύριακα με κόκκινο.

Οι επίσημες αργίες με μπλε. Κάνοντας κλικ σε μια επίσημη αργία, στο δεξί μέρος της σελίδας να εμφανίζεται μια σύντομη περιγραφή για την αργία.

5. Στην αριστερή πλευρά του ημερολογίου θα πρέπει να υπάρχει επίσης η επιλογή «Όλοι οι μήνες» όπου θα φαίνονται οι τρεις μήνες με τα Σαββατοκύριακα και τις επίσημες αργίες. Ο τρόπος λειτουργίας είναι ο ίδιος με αυτόν που περιγράφεται στο (4).

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

16

Παραδοτέα: 1. Οι σελίδες που θα αναπτύξετε σε HTML καθώς και όλο το σχετικό υλικό που απαιτείται για

την ορθή λειτουργία του δικτυακού τόπου π.χ. εικόνες, σε ένα αρχείο zip. 2. Ο HTML κώδικας της εφαρμογής σας σχολιασμένος, στο αρχείο του word που περιέχει τις

απαντήσεις της 2ης Γραπτής Εργασίας. Σημείωση: Οι πληροφορίες για τα Σαββατοκύριακα και τις επίσημες αργίες εισάγονται στατικά.

Απάντηση Άσκησης 4

Θα συμπληρωθεί σύντομα.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

17

Άσκηση 5 Στόχος:

Ο στόχος της άσκησης αυτής είναι η κατανόηση των βασικών τεχνικών διευθυνσιοδότησης στα σύγχρονα δίκτυα επικοινωνιών.

Απαραίτητες γνώσεις:

ΕΔΥ Τόμου Α: Διάλεξη 5 - Διαδίκτυο

ΕΔΥ Τόμου Α: Σχεδιασμός Δικτύων

Το δίκτυο 178.101.0.0 μιας πολυεθνικής εταιρίας αποτελείται από 1.957 υποδίκτυα και 15 ενεργούς (χρήσιμους) hosts ανά υποδίκτυο. Να συμπληρωθεί ο ακόλουθος πίνακας δικαιολογώντας τις απαντήσεις σας.

Ποιά είναι η απαιτούμενη κλάση διευθύνσεων;

Ποιά είναι η εξ ορισμού μάσκα υποδικτύου;

Πόσα bits κατ’ ελάχιστο πρέπει να δανειστείτε για υποδίκτυα;

Ποιά είναι η νέα μάσκα υποδικτύου;

Πόσα υποδίκτυα δημιουργήθηκαν;

Πόσοι hosts υπάρχουν ανά υποδίκτυο;

Πόσοι είναι οι ενεργοί (χρήσιμοι) hosts ανά υποδίκτυο;

Η διεύθυνση 178.101.1.113 είναι Network, Host ή Broadcast;

Η διεύθυνση 178.101.128.159 είναι Network, Host ή Broadcast;

Η διεύθυνση 178.101.192.224 είναι Network, Host ή Broadcast;

Η διεύθυνση 178.101.15.15 είναι Network, Host ή Broadcast;

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

18

Απάντηση Άσκησης 5

Ποιά είναι η απαιτούμενη κλάση διευθύνσεων;

B Η διεύθυνση ξεκινά με 178. Η δυαδική του αναπαράσταση είναι 10110010. Με δεδομένο ότι η δυαδική αναπαράσταση ξεκινά με 10, η κλάση της διεύθυνσης είναι Β.

Ποιά είναι η εξ ορισμού μάσκα υποδικτύου;

255.255.0.0 Δεδομένου ότι έχουμε διεύθυνση κλάσης Β, τα δύο πρώτα bytes (από αριστερά προς τα δεξιά) της διεύθυνσης IP αναφέρονται στο δίκτυο, οπότε τα αντίστοιχα bits της μάσκας θα πρέπει να είναι 1 στη δυαδική της αναπαράσταση. Άρα για τη μάσκα, τα δύο πρώτα bytes θα πρέπει να έχουν 1 σε όλα τα bits τους, οπότε η μάσκα θα ξεκινά με 255.255 (25510 = 111111112). Τα επόμενα δύο bytes της διεύθυνσης IP αναφέρονται στον host μέσα στο συγκεκριμένο δίκτυο, οπότε τα αντίστοιχα bits της μάσκας θα πρέπει να είναι 0 στη δυαδική της αναπαράσταση. Άρα για τη μάσκα, τα δύο τελευταία bytes θα πρέπει να έχουν 0 σε όλα τα bits τους, οπότε η μάσκα θα τελειώνει με 0.0 (010 = 000000002 ).

Πόσα bits κατ’ ελάχιστο πρέπει να δανειστείτε για υποδίκτυα;

11

Δεδομένου ότι η εταιρία διαθέτει 1.957 υποδίκτυα, θα χρειαστούν 11 bits για την αναπαράσταση των εναλλακτικών υποδικτύων γιατί 211= 2048 Αν χρησιμοποιήσουμε 10 bits για hosts έχουμε 210 = 1024 υποδίκτυα < 1.957

Ποιά είναι η νέα μάσκα υποδικτύου;

255.255.255.224 Δεδομένου ότι έχουμε δανειστεί 11 bits για υποδίκτυα, η μάσκα πρέπει να είναι: 11111111.11111111.11111111.11100000 ή 255.255.255.224 με κόκκινο είναι τα bits που δεν μπορούν να

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

19

αλλάξουν χρήση επειδή έχουμε διεύθυνση Β κλάσης. Με πράσινο είναι τα bits που λόγο της κλάσης Β αναφερόντουσαν σε host αλλά τα δεσμεύσαμε για υποδίκτυα, και με πορτοκαλί είναι τα bits που χρησιμοποιούνται για hosts ανά υποδίκτυο (αυτά δεν αλλάζουν χρήση).

Πόσα υποδίκτυα δημιουργήθηκαν;

2.048 γιατί 211= 2048

Πόσοι hosts υπάρχουν ανά υποδίκτυο;

32 Για hosts ανά υποδίκτυο υπάρχουν 16-11=5 bits. Συνεπώς μπορώ να διευθυνσιοδοτήσω μέχρι 25= 32 hosts

Πόσοι είναι οι ενεργοί (χρήσιμοι) hosts ανά υποδίκτυο;

30 30=32-2 γιατί η πρώτη και η τελευταία διεύθυνση δεσμεύονται για την ονομασία του υποδικτύου και της διεύθυνσης broadcast αντίστοιχα.

Η διεύθυνση 178.101.1.113 είναι Network, Host ή Broadcast;

Host Γιατί σε δυαδική αναπαράσταση είναι 10110010.01100101.10000000.01110001 δηλ. δεν είναι ούτε η πρώτη ούτε η τελευταία διεύθυνση του υποδικτύου

Η διεύθυνση 178.101.128.159 είναι Network, Host ή Broadcast;

Broadcast Γιατί σε δυαδική αναπαράσταση είναι 10110010.01100101.10000000.10011111 δηλ. είναι η τελευταία διεύθυνση του υποδικτύου

Η διεύθυνση 178.101.192.224 είναι Network, Host ή Broadcast;

Network Γιατί σε δυαδική αναπαράσταση είναι 10110010.01100101.110000000.11000000 δηλ. είναι η πρώτη διεύθυνση του υποδικτύου

Η διεύθυνση 178.101.15.15 είναι Network, Host ή Broadcast;

Host Γιατί σε δυαδική αναπαράσταση είναι 10110010.01100101.10000000.00001111 δηλ. δεν είναι ούτε η πρώτη ούτε η τελευταία διεύθυνση του υποδικτύου

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

20

Κριτήρια αξιολόγησης

Άσκηση 1 (Σύνολο) 25 Ερώτηση 1 8

Ερώτηση 2 7

Ερώτηση 3 10

Άσκηση 2 (Σύνολο) 25 Ερώτηση 1 8

Ερώτηση 2 9

Ερώτηση 3 8

Άσκηση 3 (Σύνολο) 20 Ερώτηση 1 8

Ερώτηση 2α 4

Ερώτηση 2b 4

Ερώτηση 2c 4

Άσκηση 4 (Σύνολο) 20

Άσκηση 5 (Σύνολο) 10

ΣΥΝΟΛΟ 100

Ο συνολικός βαθμός θα διαιρεθεί δια 10, ώστε να προκύψει ο τελικός βαθμός της εργασίας.