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Maria Luisa MERANI
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Reti di Telecomunicazioni e Laboratorio
Ingegneria elettronica (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Questo corso si prefigge di introdurre in modo rigoroso ed incisivo i concetti e le conoscenze fondamentali sulle reti di telecomunicazioni, con un'enfasi particolare su Internet e le reti di calcolatori. Il corso fornisce inoltre i primi strumenti per la modellistica di natura analitica delle reti.
Prerequisiti
Conoscenze di base di teoria delle probabilità e statistica. Conoscenze della teoria dei segnali.
Programma del corso
Terminologia, concetti di base e strumenti di analisi (2 CFU)
- Classificazione delle reti di telecomunicazioni
- Tecniche di commutazione: commutazione di circuito e di pacchetto, reti operanti in modalità datagram e a circuito virtuale
- Metriche prestazionali: throughput, ritardo, jitter, tasso di perdita dei pacchetti
- Architetture di comunicazione a strati
- Il modello ISO/OSI, il concetto di protocollo e di servizi connectionless/connection-oriented
- Lo stack TCP/IP
- Tempo di consegna di un pacchetto e utilizzo dei comandi ping e tracert per la
determinazione sperimentale del Rount Trip Time (RTT) e del percorso dei pacchetti attraverso le reti IP
(14 ore)
Primi strumenti per la modellistica delle reti
- Processi di Poisson, distribuzione esponenziale e proprietà di assenza di memoria
- Proprietà fondamentali dei processi di Poisson (omogeneità, sovrapposizione, decomposizione)
- Esercizi sulla variabile aleatoria esponenziale
(6 ore)
Il livello fisico ed il livello di linea (3 CFU):
- RS-232 e sistema USB
- Reti di accesso in rame e in fibra
- Funzionalità dei modem ADSL
(4 ore)
- Collegamenti punto-punto: le strategie Automatic Repeat Request (ARQ) stop-and-wait, go-back-N e selective-repeat
- Valutazione del throughput di tali procedure
- Point-to-Point Protocol (PPP)
(6 ore)
- Tecniche di accesso ad un canale di comunicazione condiviso: statiche, casuali, su richiesta
- Time Division Multiple Access (TDMA) e Frequency Division Multiple Access (FDMA)
- Determinazione del legame tra ritardo medio di consegna e throughput per TDMA e FDMA
- Aloha puro e slotted, strategie di accesso della famiglia Carrier Sense Multiple Access (CSMA)
- Determinazione del legame traffico-throughput per Aloha puro, Aloha slotted e non-persistent CSMA
(10 ore)
- Il progetto IEEE 802: LAN Ethernet/IEEE 802.3, Fast Ethernet/802.3u e Gigabit Ethernet
- Address Resolution Protocol (ARP), ARP cache e formato di pacchetto
- Funzionalità degli hub e dei bridge
(6 ore)
Il livello di rete ed il livello di trasporto (2 CFU)
- Internet: il processo di standardizzazione ed i Request for Comments (RFC)
- Internet Protocol versione 4 (IPv4), formato del datagramma e schema di indirizzamento
- Subnetting e supernetting. Esempi di tabelle di routing di un host
- Esempi ed esercizi su piani di indirizzamento, statici ed ottimizzati
(10 ore)
- Transmission Control Protocol (TCP). Formato del segmento TCP e funzionalità associate. La nozione di porta e gli end-point
- Fasi di apertura e chiusura della connessione TCP. Algoritmi TCP: slow start, congestion avoidance, fast recovery e fast retransmit
- User Datagram Protocol (UDP)
- Domain Name System (DNS)
(7 ore)
Attività laboratoriali incentrate sui seguenti argomenti (2 CFU)
- Utilizzo dell’analizzatore di protocollo Wireshark e cattura di traffico in una LAN cablata di tipo broadcast
- Attribuzione automatica degli indirizzi IP via Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
- Sistema operativo Linux: strumenti di base
- Configurazione di schede di rete. Creazione di default route e route statiche nelle routing table di host e router per semplici topologie di rete
- Cattura ed analisi di traffico ARP
(18 ore)
La scansione dei contenuti per CFU è da intendersi come indicativa e può subire modeste variazioni durante il corso.
Metodi didattici
Il corso si svolge in presenza e viene erogato in lingua italiana.
I metodi didattici comprendono:
- lezioni frontali, durante le quali la docente stimola l’interazione con gli studenti
- esercitazioni pratiche in laboratorio, condotte a piccoli gruppi
La frequenza è facoltativa, ma fortemente suggerita.
Testi di riferimento
M.L. Merani, M. Casoni, W. Cerroni, "Hands on Networking - from Theory to Practice", ed. Cambridge University Press.
In concomitanza dell’inizio delle lezioni, sul portale Moodle vengono inoltre rese disponibili:
i. le slide in formato pdf utilizzate per le lezioni frontali e le esercitazioni in laboratorio
ii. il modello predefinito per la stesura delle relazioni di laboratorio.
Verifica dell'apprendimento
L'esame consta di una prova scritta e di alcune relazioni sulle esercitazioni di laboratorio, obbligatorie, da consegnare tassativamente entro il 15 gennaio.
Durante il corso viene proposta una prima prova in itinere posizionata nel periodo di pausa didattica (indicativamente prima decade di novembre). Se superata con un punteggio maggiore o uguale a 18, questa consente di accedere alla seconda prova in itinere, che si tiene prima dell'interruzione per le vacanze natalizie. Se anche questa prova viene superata con un punteggio superiore o pari a 18, la media delle due valutazioni determina il voto della prova scritta.
In alternativa alle prove in itinere, è possibile sostenere l'esame in corrispondenza degli appelli ordinari.
Le relazioni di laboratorio consentono di incrementare il voto finale di 1, 2 o 3 punti, a seconda dell'accuratezza e della correttezza con cui sono state eseguite.
Nel caso lo studente/la studentessa ritenga la valutazione conseguita insoddisfacente, potrà decidere di sostenere una prova orale integrativa su tutto il programma del corso. Di norma, questa si terrà immediatamente dopo la correzione della prova scritta.
Struttura della singola prova in itinere:
- tre/quattro quesiti a risposta aperta, che vertono sia sugli argomenti teorici, sia sugli esercizi di dimensionamento e di valutazione prestazionale discussi a lezione;
- una decina di quesiti a risposta chiusa. In caso di risposta corretta vengono attribuiti 0.5 punti, in caso di risposta non fornita 0 punti, in caso di risposta errata -0.5 punti.
Il riparto dei punteggi attributi ai quesiti a risposta aperta e a risposta chiusa è indicativamente pari a 25 e 5.
Struttura della prova scritta proposta in corrispondenza degli appelli ordinari:
- come per le prove in itinere, ma con una maggiore numerosità e un maggior peso attribuito ai quesiti a risposta aperta rispetto ai quesiti a risposta chiusa. Indicativamente 27 e 3.
Durata della singola prova in itinere e della prova scritta complessiva: 2 ore. Non è consentita la consultazione di alcun tipo di materiale. Per le valutazioni numeriche è necessario l'uso di una calcolatrice elettronica.
Risultati attesi
L’insegnamento fornisce le competenze necessarie per affrontare criticamente l’analisi delle reti di telecomunicazioni e per eseguire semplici progetti di reti IP.
Piu` in dettaglio, le competenze che lo studente acquisisce sono le seguenti:
- Conoscenza degli standard RS232 e USB
- Conoscenza delle procedure ARQ utilizzabili sui collegamenti punto-punto
- Conoscenza degli standard e degli apparati per la realizzazione di LAN cablate
- Conoscenza dei principi di funzionamento di Internet e dei suoi protocolli fondamentali
- Capacità di stimare l’efficienza conseguibile dalle principali procedure ARQ
- Capacità di determinare le prestazioni conseguibili da diverse strategie di accesso ad un canale condiviso in termini di throughput e di ritardo
- Capacità di eseguire catture di frame e analisi del loro contenuto attraverso l'analizzatore di protocolli Wireshark
- Capacità di progettare piani di indirizzamento di reti IPv4
- Capacità di configurare host e router in semplici contesti di rete