# 行動電信網路期末

## HW8
1. Given the following IMS network architecture, please describe the three different roles of CSCF.

* The proxy(P-SCSF)
P-CSCF 是在IMS子系統中使用者的終端SIP訊息到達的第一個連結點
如果是漫遊的情況下，P-CSCF屬於visited network
主要功能為
* 將用戶發起的SIP請求轉發到相關的I-CSCF或S-CSCF
* 控制visited network內的allocated bearers
* 生成計費紀錄，以便根據資源的分配和使用情況來跟本地的網路進行收費
* 負責SIP header compression，為了最小化SIP信令的頻寬要求

* The Interrogating(I-CSCH)
I-CSCF是所有屬於此網路的使用者用來連結的入口
主要的功能為
* 為執行SIP註冊的用戶識別相關的S-CSCF
* 相對應地轉發註冊的請求
* 當作是THIG(Topology Hiding Inter‐network Gateway)，可以從外部隱藏網路地配置跟拓撲，滿足一些特定地security要求

* The Serving S-CSCF
S-CSCF是用戶將會對其註冊地SIP server，並且實際上向終端用戶提供對application server的訪問，S-CSCF也扮演以下三種角色
* The registrar: SIP用戶註冊到的實體
* The proxy server: 將SIP服務請求轉發到另一台SIP server
* The user agent: 當SIP請求終止於S-CSCF時
* S-CSCF為UE執行會話控制服務
* 根據網路運營商的需要維護會話狀態，以支持服務
* 負責生成CDR(Charging Data Record)，方便根據服務質量和資源量來計費

2. Please describe the functions of MGCF (Media Gateway Control Function) and MGW (Media Gateway) in IMS
* MGCF
* Call control protocol conversion
S-CSCF通過Mg接口將用於建立會話的SIP信令轉發到MGCF，然後該SIP信令在傳輸到PSTN網絡之前由MGCF轉換為ISUP（ISDN用戶部分）信令，反之亦然
* I‐CSCF identification
當從PSTN過來的移動終端呼叫請求到達時，MGCF負責選擇相關的I-CSCF，這是根據對PSTN提供的被叫方路由號碼的分析來執行的，
* 控制MGW
* MGW在MGCF的控制下負責以下工作
* Media conversion
* Bearer control
* Payload processing

3. Please describe the following registration procedure in IMS.
* Step1 : UE傳送SIP REGISTER message到P-CSCF
在SIP中，UE向服務器（UMTS網絡）發出REGISTER，訊息中帶著一個地址可以到達該客戶端以進行SIP會話，並且請求中包含了home domain name
* Step2 : 基於home domain name
P-CSCF執行地址轉換（通過基於DNS的機制）以找到I-CSCF地址。然後，它將REGISTER消息代理到本地網絡的I-CSCF。運營商網絡中可能有多個I-CSCF。
* Step3
根據從P-CSCF接收到的用戶身份和歸屬域名，– I-CSCF確定HSS地址。I-CSCF將Cx查詢消息發送到HSS。HSS檢查訂戶是否已註冊。然後，它將Cx-Query Resp消息返回給I-CSCF。到此步驟結束時，用戶已通過身份驗證。
* Step4
I-CSCF將Cx-Select-Pull消息發送到HSS，以獲取所需的S-CSCF功能信息–（支持的服務集和協議版本號）。根據I-CSCF提供的服務網絡指示和用戶身份，HSS的location service通過Cx-Select-Pull-Resp消息返回所需的S-CSCF功能。根據HSS提供的信息，– I‑CSCF選擇適當的S‑CSCF的名稱。 該S‐CSCF必須在家庭網絡中。
* Step5
I-CSCF將REGISTER請求發送到S-CSCF。 該請求包括HSS名稱作為參數。
* Step6
S-CSCF使用Cx-Put，將其名稱和用戶身份發送到HSS，HSS將使用該名稱和訂戶身份將 mobile terminated calls路由到S-CSCF。HSS回复確認消息Cx-Put Resp
* Step7
S-CSCF通過Cx-Pull和Cx-Pull-Resp交換從HSS獲取訂戶數據。subscriber data存儲在S‐CSCF中，其中包括補充服務參數，應用程序服務器地址，觸發器等。
* Step8
S-CSCF確定home contact name是S-CSCF名稱還是I-CSCF名稱。
如果聯繫人名稱是S‑CSCF，則P‑CSCF可以直接訪問S‑CSCF，並且外部網絡可以知道本地網絡的內部配置。
如果聯繫人名稱用於I-CSCF，則P-CSCF僅可以通過I-CSCF間接訪問S-CSCF。 在這種情況下，家庭網絡配置是隱藏的。
S-CSCF通過SIP OK響應消息（SIP狀態碼為200）將其地址和home contact name發送到I-CSCF。
* Step9
通過SIP OK消息，I-CSCF將home contact name姓名（I-CSCF或S-CSCF地址）返回到P-CSCF。P-CSCF存儲home contact name姓名，並將SIP OK消息轉發給UE，指示註冊成功。

4. Please describe the following Mobile Call Origination procedure in IMS.
* Step1
UE向P-CSCF發送SIP INVITE請求。P-CSCF和UE必須位於同一網絡中。INVITE消息用於使用初始會話描述協議（SDP）發起SIP媒體會話。SDP向潛在的會話參與者提供會話信息（例如，RTP有效負載類型，地址和端口）
* Step2
P‑CSCF解析UE的home network address，並且–將INVITE消息轉發至I‑CSCF。
* Step3
I-CSCF通過Cx-Location-Query和Resp消息交換來詢問HSS的位置服務，以獲得S-CSCF信令傳輸參數。
* Step4
I-CSCF通過Mw接口將INVITE消息中繼到S-CSCF。S‐CSCF將充當呼叫控制邏輯的主機。它驗證subscriber的服務資料，並且可以聯繫服務平台以執行origination service控制。
* Step5
S-CSCF轉換目標地址並確定呼叫將打到PSTN。因此，它將INVITE消息轉發到home network中的BGCF。
如果MGW在家庭網絡中，則BGCF將INVITE消息發送到家庭網絡中的MGCF。
在MGW位於拜訪網絡中的情況下，有兩種可能性：Case1: BGCF可以將INVITE消息轉發到拜訪BGCF（後者隨後在拜訪網絡中為該呼叫建立選擇MGCF）。Case2: 如該示例中那樣，BGCF可以將INVITE消息直接轉發到拜訪網絡中的MGCF。
* Step6
通過使用H.248協議，– MGCF確定MGW能力，並且為呼叫連接分配MGW端口。
* Step7
MGCF將183 SESSION IN PROGRESS消息返回給P-CSCF。該消息包含指示被叫方媒體流能力的SDP。P-CSCF授權該會話所需的資源，並通過INVITE消息建立的信令路徑將183 SESSION IN PROGRESS（帶有SDP）消息轉發給UE。
* Step8
UE確定媒體流的最終集合，並通過PRACK（臨時確認）消息將最終的SDP發送到MGCF。
* Step9
MGCF發出H.248命令，該命令指示MGW為媒體流保留所需的資源。
* Step10
在步驟8之後，UE通過PDP context activation procedure為該會話保留資源。然後，它將“資源預留成功”消息發送給MGCF。
* Step11
MGCF將IP IAM(Initial Address Message）發送到T-SGW。T-SGW將IP IAM消息轉換為SS7 IAM消息並將其轉發到PSTN。IAM請求PSTN設置通往被叫方的PSTN呼叫路徑
* Step12
PSTN會建立呼叫路徑、提醒被叫方、將SS7 ACM（地址完成消息）返回到T-SGW
此消息轉換為IP ACM消息，並轉發給MGCF。MGCF將ring‐back message (SIP Ringing with status code 180)發送給UE。ACM表示到目的地的路徑已建立。
* Step13
當被叫方應答時，PSTN將SS7 ANM（應答消息）發送到T-SGW。SGW將消息轉換為IP ANM消息並將其轉發給MGCF
* Step14
MGCF指示MGW使用H.248協議進行雙向連接。
* Step15
在步驟13之後，MGCF將SIP OK響應發送到S-CSCF。S‑CSCF可以執行該呼叫的服務控制，然後，它通過P-CSCF（批准保留資源的使用）將SIP OK轉發給UE。接著UE啟動該會話的媒體流。
* Step16
UE將最終的SIP ACK消息轉發給MGCF（通過P-CSCF，I-CSCF和S-CSCF）。在SIP中，如果發出INVITE的客戶端（即本例中的UE）已收到最終響應，則客戶端將回复ACK

## HW9
1. Please briefly describe 5G use case categories.

2. Please describe the concept of network slicing in terms of the three layers: (1) service instance layer, (2) network slice instance layer, and (3) resource layer.
* service instance layer
代表由network slice instance layer支持的由運營商或第三方服務提供商提供的最終用戶和/或業務服務。
* network slice instance layer
由resource layer支持，可作為網路基礎結構或者作為network function
* resource layer
其中可能包含物理資源，例如計算，網絡，內存，存儲等
3. Please explain the idea of virtualization in network slicing.
虛擬化是使用適當技術對資源的抽象。資源抽像是一種以屬性表示的資源，試圖以某種有用的方式簡化對該資源的使用和管理，它可以在切片之間實現有效的資源共享。

4. Please explain the three different kinds of actors in a framework of network slicing: Infrastructure provider, Tenant, and End user.
* Infrastructure provider（InP）
Infrastructure provider（InP）擁有並管理給定的物理網絡及其組成資源。以WAN和/或數據中心（DC）的形式對這些資源進行虛擬化，然後通過編程接口將其提供給單個或多個tenant
* Tenant
Tenant以虛擬網絡的形式從一個或多個InP租賃虛擬資源，tenant可以在其中實現，管理並向其用戶提供網絡服務。
* End user
最終用戶使用tenant提供的服務（的一部分），而沒有將其提供給其他業務參與者。
5. Please explain the idea of orchestration in network slicing.
在切片環境中，參與者是如此多樣化，需要一個協調器來協調不同的網絡流程創建，管理和交付服務。根據ONF，orchestration定義為:在資源、服務需求隨著時間變化的情況下，以最佳方式滿足客戶服務需求的過程，

## HW10
1. Please describe the functionalities of the three planes in computer networks: the data plane, the control plane, and the management plane.
* data plane
對應到networking devices，負責（有效）轉發數據
* control plane
對應到protocol，用來添加訊息到data plane elements的forwarding tables中
* management plane
包括軟件服務，例如SNMP-based tools，用於遠程監視和配置控制功能

2. Please explain the general idea of SDN in terms of the following figure.
* 可以通過交換機和SDN控制器之間定義良好的programming interface來實現control plane和data plane的分離
* controller 透過定義良好的API(Openflow)對data plane element中的state進行直接控制
* OpenFlow交換機具有一個或多個數據包處理規則表
* 根據安裝在controller application上的規則，controller可以指示openflow交換機像路由器、交換機、防火牆或其他工具一樣工作

3. Please describe the differences between traditional networking and SDN in terms of the following figure.
Tranditional networking的control plane和data plane綁在一起，使其難以添加新功能，需要使用昂貴且難以安裝的方式來引入新網路功能，進而導致要更改topology或者funtionality時困難重重，而SDN則透過將control plane從network device中分離，並成為一個外部實體: NOS或SDN controller，可透過programming的方式來改善traditional networking的以上缺點

4. Please explain the southbound Interface (SI) and northbound Interface (NI) in SDN.
* SI
轉發設備的指令集由south API（SI的一部分）定義。此外，SI還定義了forwarding device和control plane之間的通信協議。該協議規範了control plane和data plane 的溝通方式。
* NI
NOS可以為應用程序開發人員提供API，此API代表NI，通常NI會抽象出SI使用的低級指令集

5. Please describe the operation of an OpenFlow-enabled SDN device in terms of the following figure.
在Openflow設備中，path經過一系列的flow table決定一個封包該如何被處理，查找過程從第一章表開始，當其中一張match或者全部miss後結束。
flow role可以透過結合不同的matching field來定義規則，如果沒有default rule，那封包全部miss後就會被丟棄，通常會設定default rule讓switch將封包送給controller
rule的優先順序跟表的順序以及一張表中的row是一樣的，越前面越高

## HW11
1. Please describe the three components: NFVI, MANO, and the VNF layer in the ETSI NFV reference architecture using the following figure.
* NFVI對應於數據平面，它轉發數據並為運行網絡服務提供資源。
* MANO對應於控制平面，負責在各個VNF之間建立連接並協調NFVI中的資源。
* VNF層對應於應用程序平面，承載著各種可以視為應用程序的VNF。
2. Please explain the responsibilities of each of the three parts of the NFV management and orchestration layer: (1) Virtualized Infrastructure Manager (VIM), (2) NFV Orchestrator (NFVO), and (3) VNF Manager (VNFM).
* VIM
VIM通過某些NFVI的外部接口管理和控制NFVI資源，例如網絡，計算和存儲。
* NFVO
NFVO主要負責協調NFVI資源並管理VNF的生命週期。為了提供網絡服務，根據NFVO的確定，對多個VNF進行編排和鏈接：不僅部署每個必需的VNF，包括VNF實例化和配置，還計算一條連接它們的最佳路徑
* VNFM
VNFM負責管理多個VNF實例。可以分配一個VNFM來管理多個VNF實例。VNF實例化，更新，搜索，擴展和終止

## HW12
1. Please describe the purposes of client and server contexts in the ONF SDN architecture.
* Client context
client context表示controller和client支持和通信所需的所有信息。它包括一個resource group和一個client support function
* Resource group 包含了controller通過NI提供給client的所有資源的抽象，為了促進與controller的互動
* Client support function 包含了支持客戶端操作所必須的所有內容，例如決定客戶權限的policy，或者如何提供log以及使用情況以進行收費或其他用途
* Server context
表示controller透過SI和resource group中的基礎資源進行互動所需要的資訊

2. Please describe the roles of the infrastructure SDN controller (IC) and the tenant SDN controller (TC) in the ETSI-proposed SDN usage in NFV architectural framework.
* IC
負責設置和管理基礎網絡資源，以提供VNF通訊的連結
IC被VIM管理，可以根據需要更改基礎架構行為來符合tenant需求
* TC
在tenant domain中實例化為VNFs或NMS的一部份，TC會動態管理相關的VNF
TC執行的操作和管理任務是由運行在他之上的application觸發(eg: oss)

3. Please describe the roles of the infrastructure SDN controller (IC) and the tenant SDN controller (TC) in the following SDN-enabled NFV deployment example.
在VIM和WAN基礎設施管理器（WIM）的基礎下，由IC以編程方式管理在基礎結構級別支持VM（並因此支持VNF）連接的網絡資源。
TC被佈署成VNF，依靠虛擬交換機/路由器提供的功能來啟用VNF組合，可通過SI將相關指令轉發給虛擬交換機/路由器，TC也可以透過NI將所選的網路功能安全的給終端使用者知道，例如real-time performance和fault information、user policy等等

## HW13
1. Consider an example involving three actual Network Functions—PCF, AMF and NRF. Please explain the three procedures: Service Registration, Service Discovery, and Service Request of the 3GPP service-based architecture (SBA) using the following figure.
* Service Registration
在註冊過程中，PCF是service consumer，NRF是service producer，負責向PCF提供網路資源註冊
PCF使用HTTP PUT消息向NRF註冊，該消息包含有關PCF的信息，例如可用服務，網絡地址和身份。NRF驗證該請求是否有效，存儲與PCF註冊相關的數據，並通過對PCF的響應來確認PCF註冊。註冊結束後，通過查詢NRF，其他網絡功能可以使用PCF服務。
* Service Discovery
另一個網絡功能（如AMF）希望利用PCF的服務。通過首先向NRF查詢提供這些服務的PCF列表來實現。
AMF使用HTTP GET消息向NRF發送查詢，說明要求哪種網絡功能，以及該NF應支持哪些服務。NRF過濾掉已註冊並提供所請求服務的所有網絡功能，然後響應AMF。
* Service Request
AMF可以選擇滿足服務要求的PCF，然後通過服務請求與所選PCF聯繫。這是使用HTTP POST消息完成的。收到此服務請求後，PCF會確定AMF請求的適用策略，並通過HTTP響應來回复AMF。

2. Please explain what network functions in 5GC map to MME, S/PGW, HSS, PCRF in EPC, respectively.
* MME : Access and Mobility Management Function (AMF)
* S/PGW : User Plane Function (UPF)
* HSS : Unified Data Repository (UDR)
* PCRF : Session Management Function (SMF)

3. Please explain the functionalities of AMF, SMF, and UPF in 5GC.
* AMF
AMF分別透過N2跟N1接口和無線電網路和device溝通。
AMF參與了5G網絡中的大多數信令呼叫流程。 它支持到設備的加密信令連接，允許這些設備註冊，進行身份驗證以及在網絡中的不同無線電小區之間移動，接觸並激活處於idle模式的設備。
* SMF
SMF管理最終用戶（或實際設備）會話。建立，修改和釋放session，以及每個會話分配IP地址。SMF透過AMF轉發與session有關的訊息。
SMF會透過產生和使用服務來和其他Network function交互，也可以選擇和控制不同的UPF網絡功能，包含在UPF中配置單個session的流量控制
SMF對於網絡中所有與計費相關的功能也起著關鍵作用，收集自己的計費數據，並控制UPF中的計費功能。此外，SMF與PCF網絡功能進行交互以對用戶會話進行策略控制。
* UPF
UPF必須處理和轉發用戶數據。UPF的功能由SMF控制。它與外部IP網絡連接，並充當設備到外部網絡的穩定IP錨點，從而隱藏了移動性。
UPF對轉發的數據執行各種類型的處理。例如: UPF會向SMF生成流量使用情況報告或應用packet inspection
UPF可以緩衝那些處於IDLE的設備的封包，也可以進行Quality‐of‐Service (QoS) marking，以在網路擁擠的情況下正確的處理封包