PRESENTAZIONE

Il corso si pone come obiettivo quello di descrivere le reti di calcolatori, prendendo come riferimento il modello OSI ed il modello TCP/IP. Parte dal livello fisico e procede verso il livello applicativo. Il corso tratta le architetture ed i protocolli, e si focalizza sui protoclli TCP/IP, sullo standard Ethernet e sulla virtualizzazione delle reti. Inoltre introduce il tema dell'interfaccia di programmazione basata su socket e descrive gli strumenti pricipali per l'analisi dei protocolli.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento ha l'obiettivo di coprire le architetture delle reti di calcolatori secondo il modello ISO-OSI. Si esploreranno argomenti quali: Livello Fisico, Analisi dei segnali,Topologie, Linee, Baud e bit rate, Sincronizzazione, Codici di linea, Livello Data Link, Framing, Controllo di errore e di flusso, livello MAC, Ethernet, PPP, Livello network, Routing, TCP/IP, IP, ARP, DHCP, TCP, UDP, protocolli di livello applicativo.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di:

- inquadrare una rete attraverso un’architettura a livelli assegnando le diverse funzionalità necessarie a ciascuno di essi;

- derivare la velocità di trasmissione su un mezzo dalle equazioni della propagazione elettromagnetica;

- analizzare le componenti in frequenza dei segnali digitali.

- descrivere in modo quantitativo i metodi per la rilevazione e per la correzione degli errori di trasmissione.

- descrivere i meccanismi di trasmissione alla base del protocollo Ethernet.

- descrivere in modo analitico gli algoritmi per il routing nelle reti.

- descrivere in modo analitico il concetto di Internetworking alla base della rete Internet.

- analizzare il funzionamento dei protocolli della suite TCP/IP

- analizzare il traffico sulla rete identificando l’incapsulamento dei protocolli.

- applicare le conoscenze sopra identificate per scrivere semplici programmi che consentano l’utilizzazione delle funzionalità delle reti attraverso l’interfaccia socket.

PREREQUISITI

1. Elementi di programmazione
2. Elementi di matematica e statistica 

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali

PROGRAMMA/CONTENUTO

1. Il programma di dettaglio è il seguente:

2. Introduction & Terminology:
   • Standard Bodies
   • Circuit/Packet Switching,
   • LAN/WAN, Network Topolgies
   • Layering and Network Architecture (Layers, Entities, Protocol, Interface, PDU, Payload, Header, ….)
3. Modello ISO - OSI (7 layers)
4. Physical Layer:
   • Propagation Speed (from Maxwell Eq.)
   • Rate,  Fourier Analysis of a Bit Sequence, test on Excel
   • Digital Modulation (ASK, FSK, PSK, QAM)
   • Bit level Synchronization
   • Asynchronous, free running clocks,  Start/Stop bit, clock precision analysis .
   • Synhronous (Manchester, AMI (HDB3, B8ZS)), code examples.
   • Timed Division Multiplexing (TDM)
   • Frames and Frame Level Synchronization (time slots, Mux/Demux, T1)
   • Digital Telephony through PCM and DTM.
5. Data Link Layer:
   • Data Link Layer entities as Operating System Processes
   • Inter Process Communication
   • Positive Acknowledgement and Retransmission
   • Layer 2 Rate Analysis without/with errors (size, rate, distance, speed, error rate)
   • Window Flow Control (principle and pseudo-code)
   • Error Management
   • Error Detection (Parity and CRC)
   • Error Correction (basic limitations for single/double error correction)
   • Hamming Code for Single Error Correction
   • Point to Point Protocol, RFC and Finite State Machine Analysis
6. Medium Access Control (MAC Sublayer)
   • The Original Ethernet: CSMA/CD, principle of working, Collision Analysis
   • From Ethernet requirements to frame structure, padding to avoid undetected collisions 
   • Probabilistic analysis of Collisions and Ethernet Performance
   • From Shared Medium Ethernet to Switched Ethernet
   • Ethernet Switch Architecture
   • Ethernet Switch Controller, pseudo code analysis
   • Forwarding Tables
   • Data Plane (Frame Forwarding)
   • Control Plane (Learning)
   • Spanning Tree
7. Network Layer:
   • Routing and Routing Tables
   • Connection Oriented model (CO): Virtual Circuit, Routing Tables in the CO model
   • Connectionless model (CL): Datagram, Routing Tables in the CL model
   • Control Plane
   • Distance Vector (Bellman Ford Algorithm)
   • Shortest Path (Dijkstra Algorithm)
8. The Internet Protocol suite:
   • The TCP/IP – UDP/IP Reference Model, comparison with the OSI Reference Model
   • Applicable RFCs
9. Internet Protocol (IP):
   • IP Header analysis and relationships between header fields and functionalities.
   • IP Addresses, from the original Addressing Scheme to Subnetting and CIDR
   • IP Routing
   • Network/Port Address Translation (NAT/PAT)
10. Transmission Control Protocol (TCP):
    •  Header analysis and relationships between header fields and functionalities.
    • TCP Segment Structure and TCP Ports
    • Connection Establishment, 3-way Handshaking, Finite State Machine
11. User Datagram Protocol (UDP): Header analysis and relationships between header fields and functionalities.
    • Header analysis and relationships between header fields and functionalities.
    • UDP Segment Structure and UDP Ports
12. Additional Protocols in the TCP/IP Suite
    • ICMP
    • DHCP
    • ARP
    • DNS
13. The Application Layer in Internet
    • The Standard Application Layer (Web, Mail, Remote Login, File Transfer)
    • Programming Interface (Socket in C Language)
14. Laboratory
    • Wireshark base traffic analysis
    • Command Line based Network Configuration in Windows and Linux (ipconfig/ifconfig)
    • Linux emulation on MS Windows through Cygwin
    • Socket Programming in C language on client/server applications
    • putty (remote login) to access a remote server
    • scp to move files between local/remote servers

TESTI/BIBLIOGRAFIA

A. Tanenbaum, Computer Networks

B. Appunti del Docente resi disponibili su Aula Web all'inizio delle lezioni.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8719/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

1. Esame orale al termine del corso

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi del corso verra' fatto attraverso domande sulla teoria, attraverso esercizi ed attraverso l'analisi di protocolli di rete.