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# 行動電信網路 期末考 110.01.12

[TOC]

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

* P-CSCF 代理
* 用戶終端的 SIP signaling 要進入 IMS 的第一個接觸點。
* 以漫遊為例：
* P-CSCF 屬於 visited network。
* 負責把用戶產生的 SIP 請求轉給對應的 I-CSCF 或 S-CSCF。
* 兩種主要功能：
* 控制在 visited network 分配到的 bearer。
* 產生收費的紀錄。
* 讓 home network可以向 visited network收費。
* 壓縮 SIP header。
* 最小化在 visited network 上傳輸的 SIP signaling 頻寬。
* I-CSCF 詢問
* 使用者要連進 I-CSCF 所在的網路要經過 I-CSCF。
* 主要任務：
* 為註冊 SIP 的用戶找對應的 S-SCSF。
* 轉發對應的註冊請求。
* 扮演 THIG (Topology Hiding Inter‐network Gateway) 的角色，如果營運商需要：
* 特定的安全性需求。
* 對外隱藏網路的配置和拓撲。
* S-CSCF 服務
* 用戶實際註冊、實際提供 Application Servers access 的 SIP server。
* 在 SIP 架構 (術語) 中，S-CSCF 扮演三種角色：
* Registrar：SIP 用戶註冊的地方。
* Proxy Server：轉送 SIP 服務請求給其他伺服器。
* User Agent：實際處理 SIP request。
* 為UE提供會話控制服務
* 維護營運商提供服務所需要的 session state。
* 負責產生 CDR (Charging Data Record)。
* 為了對用戶收費。

### 2. Please describe the functions of MGCF (Media Gateway Control Function) and MGW (Media Gateway) in IMS.
* MGCF
* Call control protocol conversion
* 用來建立 session 的 SIP signaling，由 S-CSCF 透過 Mg inetrface 傳給 MGCF。
* SIP signaling 會被 MGCF 轉成 ISUP (ISDN User Part) signaling，再傳入 PSTN 網路，反之亦然。
* 控制 MGW
* 識別 I-CSCF
* 當 PSTN 傳來通話請求時，MGCF 要負責找到對應的 I-CSCF。
* 透過分析 PSTN 提供的 called party routing number 尋找。
* MGW
* 由 MGCF 控制，透過 Mn interface。
* Mn interface 採用H248協定。
* media conversion。
* bearer 控制。
* payload 處理。

### 3. Please describe the following registration procedure in IMS.

* UE 傳送 SIP REGISTER 訊息給 P‐CSCF。
* Request 包含 UE 的 home domain name。
* 在 SIP 中，client 向 server (在 UMTS 網絡中)發出 REGISTER，其中包含 client address。
* P‐CSCF proxies REGISTER 訊息給在 home network 的 I‐CSCF。
* P‐CSCF 透過 DNS 找到 I‐CSCF address。
* 可能有多個 I‐CSCF 在營運商的網路中。
* I‐CSCF 決定 HSS address
* 根據 P-CSCF 提供的訂閱者 id 和 home domain name。
* 如果 home network 有多個 HSS，I‐CSCF 要向 SLF (Subscription Location Function) 詢問 HSS address。
* I‐CSCF向HSS傳送Cx‐Query message。
* HSS 會去確認訂閱者是否已註冊。
* 然後向 I‐CSCF 傳送 Cx‐Query Resp message。
* 這邊使用者就驗證完成了。
* I‐CSCF 向 HSS 傳送 Cx‐Select‐Pull message 以取得 S‐CSCF capability information。
* HSS 的位址服務透過 Cx‐Select‐Pull‐Resp message 回傳 S‐CSCF capabilities。
* 根據 I‐CSCF 提供的 service network indication 和訂閱者 ID。
* I‐CSCF 根據 HSS 提供的資訊選擇一個合適的 S‐CSCF 名稱。
* S-CSCF 必須要在 home network 裡面。
* I‐CSCF 向 SCSCF 傳送 REGISTER，其中包含 HSS 名稱。
* S‐CSCF 透過 Cx‐Put 傳送自己的名字和訂閱者 ID 給 HSS。
* 用來讓 HSS 將 mobile terminated call routing 到 S-CSCF。
* HSS 回復 Cx‐Put Resp (ACK)。
* S‐CSCF 透過交換 Cx‐Pull 和 Cx‐Pull‐Resp 向 HSS 要求訂閱者資料。
* 訂閱者資料會被存在 S‐CSCF 中。
* S‐CSCF 決定 home contact name 要用 S‐CSCF name 還是 I‐CSCF name。
* 如果 contact name 是 S‐CSCF。
* P‐CSCF 可以直接 access S-CSCF。
* home network 的內部配置會被外界知道。
* 如果 contact name 是 I‐CSCF。
* P‐CSCF 只能通過 I‐CSCF 聯繫 S‐CSCF。
* home network 的配置是被隱藏起來的。
* S‐CSCF 透過 SIP OK response message (status code 200) 傳送它自己的address 和 home contact name 給 I‐CSCF。
* I‐CSCF跟著SIP OK message傳送home contact name給P‐CSCF
* P‐CSCF儲存home contact name並且forward SIP OK message給UE
告訴UE註冊成功

### 4. Please describe the following Mobile Call Origination procedure in IMS.

1. UE 向 P‐CSCF 傳送 SIP INVITE request。
* P‐CSCF 和 UE 必須要在同一個網路。
* INVITE message 是用來初始化 SIP media session，帶著一個初始的 Session Description Protocol (SDP).
* SDP 會提供繪畫資訊 (像是：RTP payload 類型、位址和 ports) 給潛在的參與者。
2. P‐CSCF 分析 UE 的 home network 位址並且 forwards INVITE message 給 I‐CSCF。
3. I-CSCF 透過 Cx-Location-Query 和 Resp 的訊息交換來向 HSS 要求位置服務，以獲得 S-CSCF signaling 的傳輸參數。
4. I-CSCF 通過 Mw interface 將 INVITE message relay 到 S-CSCF。
* S‐CSCF 將充當呼叫控制邏輯的主機。
* S‐CSCF 會去驗證訂閱者的 service profile，並聯繫服務平台以執行初始服務控制。
5. S-CSCF 轉換目標地址並決定如何將呼叫打到 PSTN。
* S-CSCF 接著會 forward INVITE message 到 home network 裡面的 BGCF。
* 如果 MGW 在 home network，BGCF 會寄 INVITE message 給 home network 中 MGCF。
* 如果 MGW 在 visited network，有兩種可能：
* BGCF forward INVITE message 到 visited BGCF。
* BGCF 直接 forward INVITE message 到在 visited network 中的 MGCF。
6. 用 H.248 協議：
* MGCF 會決定 MGW 的功能並且為 call connection 分配MGW端口。
7. MGCF 回傳 183 SESSION IN PROGRESS message 給 P‐CSCF.
* Message 包含附有 called party 媒體串流功能的 SDP。
* P-CSCF 會授權會話資源並通過 INVITE message 建立的 signaling 路徑將183 SESSION IN PROGRESS Message forward 給 UE。
8. UE 會決定媒體串流的集合，並通過 PRACK message 將最終的 SDP 發送給 MGCF。
9. MGCF 發佈 H.248 命令， 該命令會要求 MGW 為媒體串流保留所需的資源。
10. 在第8步之後，UE 會保留給會話的資源透過 PDP context activation procedure。
* UE 會回傳 Resource Reservation Successful message 給 MGCF。
11. MGCF 會送 IP IAM 給 T‐SGW。
* T‐SGW 把 IP IAM message 轉換成 SS7 IAM message 並將 message forward 到 PSTN。
* IAM 會要求 PSTN 建立 PSTN call path 到 called party。
12.
* PSTN 會：
* 建立 call path、
* 警告 called party 和
* 回傳 SS7 ACM 給 T-SGW。
* 這個 message 會被轉換成 IP ACM message 並且被 forword 到 MGCF。
* MGCF 會傳送 ring‐back message (status code 180) 給 UE。
* ACM 代表到目的地的路徑已經被建立。
13. 當 called party 回應，PSTN 會傳送 SS7 ANM (Answer Message) 到 T‐SGW。
* SGW 會將 message 轉換成 IP ANM message 並且 forword 到 MGCF。
14. MGCF 指示 MGW 使用 H.248 協議進行雙向連接。
15. 在第13步之後，MGCF 會傳送 SIP OK response 給 S‐CSCF。
* S‐CSCF 為 call 執行服務控制。
* MGCF 會透過 P‐CSCF forward SIP OK 給 UE。
* UE 開始這格會話的 media flow。
16. UE forward 最終的 SIP ACK message 給 MGCF
* SIP 協定的運作下，如果 client 發布的 INVITE 得到了最終回復，client 會回復 ACK.

## HW9

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

* Enhanced mobile broadband (eMBB)
* 更大的傳輸量。
* Massive machine type communication (mMTC)
* 更多的設備。
* Ultra reliable and low-latency communication (uRLLC)
* 緊急的或延遲敏感的應用程式。

### 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.
1. service instance layer
* 代表 end‐use r或業務服務。
* 由營運商或第三方服務提供者提供。
* Network slice instance layer 支援。
2. network slice instance layer
* 由 resource layer 支援。
* 作為 network infrastructure 可能更全面。
* 作為 network function 可能更複雜。
3. resource layer
* 可能由實際資源所組成，如運算資源、網路資源和記憶體資源等等。

### 3. Please explain the idea of virtualization in network slicing.
* 它實現了 slice 之間的資源共享。
* 虛擬化是把資源抽象化，目的是簡化資源的管理與使用。

### 4. Please explain the three different kinds of actors in a framework of network slicing: Infrastructure provider, Tenant, and End user.
* Infrastructure provider 提供者
* 擁有並管理實體網絡和組成資源。
* Tenant 租戶
* 以虛擬網絡的形式從一個或多個 Infrastructure provider 租用虛擬資源。
* 可以在其中實現、管理、並為 end user 提供網絡服務。
* End user 使用者
* 使用 Tenant 提供的服務，但不會將它提供給其他的 business actors。

5. Please explain the idea of orchestration in network slicing.
* 協調看似完全不同的網絡流程，以創建、管理和分配服務.

## 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
* 對應於 networking device。
* 負責 forward data。
* Control plane
* 代表用於產生 data plane 元件的 forwarding tables 的 protocol。
* Management plane
* 包含軟體服務。
* 如 SNMP ( simple network management protocol) 的基礎工具。
* 用於遠端監控和設置控制功能。

### 2. Please explain the general idea of SDN in terms of the following figure.

* 透過 switch 和 SDN controller 之間的 programming interface 來實現control plane 和 data plane 的分離。
* Controller 通過 API 對 data plane 元件中的狀態直接進行控制。

### 3. Please describe the differences between traditional networking and SDN in terms of the following figure.

* 在傳統網路中，control plane 和 data plane 黏在一起，所以很難去新增功能。
* SDN 將 control plane 從 network devices 上分離出來變成一個額外的實體：NOS 或 SDN controller。

### 4. Please explain the southbound Interface (SI) and northbound Interface (NI) in SDN.
* Southbound Interface
* Forwarding devices 的指令集是由 southbound API 所定義的。
* Southbound API 是 southbound interface 的一部份。
* SI 也定義了 forwarding devices 和 control plane elements 之間的通訊協議。
* Northbound Interface
* NOS 可以提供一個 API 給應用程式開發者。
* 通常，一個 northbound interface 會虛擬化 southbound interfaces 用的低階指令集以方便設計 forwarding devices 程式。
* 這種 API 最著名的例子是 OpenFlow。

### 5. Please describe the operation of an OpenFlow-enabled SDN device in terms of the following figure.

* 在 OpenFlow device 中，flow table 中的路徑定義了應如何處理數據包。
* 當一個新的封包抵達時，lookup process 從第一個 table 開始找。
* 如果一個 table 符合或都不符合就結束。
* 通過組合不同的 matching field 可以定義 flow 的規則。
* 如果沒有 default 規則就會把封包丟掉。
* 然而，通常預設會將封包從 switch 傳給 controller。
* 規則的優先級遵循 table 的 natural sequence number 和 flow table 中 row 的順序。

## 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 data plane。
* data plane forward 數據並提供運行網絡服務的資源。
* MANO
* 對應於 control plane。
* control plane 負責在各個 VNF 之間建立連接並協調 NFVI 中的資源。
* VNF layer
* 對應於 application plane。
* 其中包含各種可以視為 applications 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).

1. VIM 管理並控制 NFVI 資源，像是網路資源、運算資源和硬碟資源。
* 透過抹些 NFVI 的外部介面。
2. NFVO 主要負責 orchestrate NFVI 的資源和管理 VNF 的 life cycle。
* 為了提供一個網路服務，許多 VNF 會被 orchestrate 並串聯起來根據 NFVO 的決定。
* 不光是部屬、安裝和配置 VNF，也包括計算串聯 VNF 的最好路徑。
3. VNFM 負責管理 VNF instances。
* 一個 VNFM 可能被分配到多個 VNF instances。
* VNF 的安裝、更新、搜尋、拓展和結束。

## HW12
### 1. Please describe the purposes of client and server contexts in the ONF SDN architecture.

* client context
* Controller 用於支援 client 並與它溝通的所有資訊。
* Client context 包括一組 Resource Group 和一個 Client support function。
* server context
* Controller 用於與一組 Resource Group 中的 underlying resource 互動的所有資訊。
* 經由它的其中一個 southbound interface。

### 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.

* Infrastructure SDN controller (IC)
* 設置和管理 underlying networking resources 來提供所需的 connectivity 以與 VNF 溝通。
* 由 VIM 管理，這種 controller 可能會根據 tenant 要求更改的 VIM 規範來改變 infrastructure 行為。
* Tenant SDN controller (TC)
* 在 tenant domain 中實體化為 VNF 之一或作為 NMS 的一部分。
* Tenant SDN controller 動態管理用於實現 tenant 網絡服務的相關 VNF。
* These VNFs are the underlying forwarding plane resources of the TC.

### 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.

* infrastructure SDN controller (IC)
* 建立並管理 underlying 網路資源。
* 提供與 VNF 溝通所需的 connectivity。
* 由 VIM 管理。
* 這類 controller 可能會改變 infrastructure 行為。
* 根據 VIM 的規範。
* 根據tenant要求更改。
* tenant SDN controller (TC)
* 以 VNF 之一或 NMS 的一部份在 tenant domain 實體化。
* TC 會動態管理相關的 VNF 。
* 用來了解 tenant 的網路服務。
* 這些 VNF 是 TC 的 underlying forwarding plane 資源。
* TC 執行的操作和管理任務會被在 TC 上面跑的應用程式觸發。
* 例如 OSS。

## 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
* PCF 使用 HTTP PUT message 向 NRF 註冊。
* HTTP PUT message 包含關於 PCF 的資訊向是可用服務、網路位址和 ID。
* NRF 驗證。
* 如果 request 是有效的，儲存跟 PCF 註冊有關的資料，並回傳 response 給 PCF。
* 現在其他的 Network Functions 可以通過 query 使用 PCF 的服務。
* Service Discovery
* AMF 送一個 HTTP GET message query 給 NRF，其中包含。
* 它要求什麼樣的網絡功能。
* 該 NF 應支持哪些服務。
* NRF 過濾掉所有已註冊並正在提供請求的服務的 NF，然後回復 AMF。
* Service Request
* AMF 可以選擇滿足服務要求的 PCF，然後通過 Service Request 與選定的 PCF 聯繫。
* 使用 HTTP POST message。
* 收到此服務請求後，PCF 將決定 AMF 請求的適用的策略並通過 HTTP 回復來回復 AMF。

### 2. Please explain what network functions in 5GC map to MME, S/PGW, HSS, PCRF in EPC, respectively.

### 3. Please explain the functionalities of AMF, SMF, and UPF in 5GC.
* Access and Mobility Management Function (AMF)
* AMF 參與了 5G 網絡中的大多數 signaling 呼叫流程。
* 支援：
* 與設備的加密 signaling 連接，允許這些設備註冊，認證並在網絡中的不同無線電小區之間移動。
* 找到並喚醒 idle 裝置。
* Session Management Function (SMF)
* SMF 管理 end user 的 session。
* 建立、修改和釋放 session。
* session 的 IP 位址分配。
* 不會直接和 end user 裝置溝通。
* 透過 AMF forwards session‐related message 溝通。
* 可以通過 N4 network interface 選擇並控制網絡中不同的 UPF Network Function。
* 它收集自己的收費資料，並控制 UPF 中的收費功能。
* SMF 支持離線和在線收費功能。
* SMF 與 PCF 網絡功能互動，以控制用戶 session。
* SMF 對於網絡中所有與計費相關的功能也起著關鍵作用。
* User Plane Function (UPF)
* 處理和 forward user data。
* 由 SMF 控制 UPF。
* 連到外部 IP network，扮演一個穩定的 IP anchor 並隱藏 mobility。
* 即使該設備在網絡中四處移動，也可以為該設備提供服務。
* UPF 對 forwarding data 執行各種類型的處理。
* UPF 會向 SMF 生成流量報告，SMF 會將報告包進在對其他 NF 的收費報告中。
* UPF 也可以檢查封包、分析 user data packets 的內容。
* 當一個裝置是 idle 並且不能馬上找到。
* 傳給它的 traffic 會被 UPF 保存起來。
* UPF 會觸發 page 強制裝置連線並接收資料。
* UPF 可以對外部網路或 RAN 要求 QoS。
* 在網絡擁塞的情況下，傳輸網絡可以優先處理某些封包。