DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E INFORMATICA
Corso di laurea in Informatica
Anno accademico 2020/2021 - 2° anno - Curriculum Information Technology

COMPUTER NETWORKS & LABORATORY

Docente titolare dell'insegnamento

Obiettivi formativi

• COMPUTER NETWORKS
  

  Il corso fornisce un'introduzione al mondo delle reti di computer e all'interconnessione tra sistemi.
  Vengono presentate le problematiche relative all'interconnessione fisica, mettendo in evidenza le limitazioni del mondo reale e le tecniche per superare tali limiti.
  Successivamente viene descritta la suite dei protocolli TCP/IP, nelle tre componenti base: livello IP, livello di trasporto e livello applicativo.
  Per ultimo vengono dati alcuni cenni sulle problematiche relative alla sicurezza.

  Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi.

  1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): l'obiettivo del corso è quello di far acquisire conoscenze che consentano allo studente di comprendere i meccanismi teorici e fisici che stanno alla base di un sistema di comunicazione; in particolare lo studente acquisirà le conoscenze dei principali protocolli che sono alla base di una rete di calcolatori
  2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente acquisirà le competenze necessarie per configurare interamente una rete aziendale di medie dimensioni, scegliendo gli apparati più opportuni, realizzando i cablaggi e ottimizzando le risorse disponibili. A tale riguardo una parte del corso consisterà di lezioni in laboratorio, con esempi pratici di configurazione e collegamento di host.
  3. Autonomia di giudizio (making judgements): Attraverso esempi concreti di errori derivanti da configurazioni non corrette, lo studente sarà in grado di elaborare autonomamente soluzioni in grado di risolvere i principali problemi che un amministratore di rete potrà trovare nel suo lavoro.
  4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio tecnico nell'ambito generale dei sistemi informativi e delle reti di computer in particolare.
  5. Capacità di apprendimento (learning skills): il corso si propone, come obiettivo, di fornire allo studente le necessarie metodologie teoriche e pratiche per poter affrontare e risolvere autonomamente nuove problematiche che dovessero sorgere durante una attività lavorativa. A tale scopo diversi argomenti saranno trattati a lezione coinvolgendo lo studente nella ricerca di possibili soluzioni a problemi reali.
• LABORATORY
  

  Il corso fornisce un'introduzione al mondo delle reti di computer e all'interconnessione tra sistemi.
  Vengono presentate le problematiche relative all'interconnessione fisica, mettendo in evidenza le limitazioni del mondo reale e le tecniche per superare tali limiti.
  Successivamente viene descritta la suite dei protocolli TCP/IP, nelle tre componenti base: livello IP, livello di trasporto e livello applicativo.
  Per ultimo vengono dati alcuni cenni sulle problematiche relative alla sicurezza.

  Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi.

  1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): l'obiettivo del corso è quello di far acquisire conoscenze che consentano allo studente di comprendere i meccanismi teorici e fisici che stanno alla base di un sistema di comunicazione; in particolare lo studente acquisirà le conoscenze dei principali protocolli che sono alla base di una rete di calcolatori
  2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): lo studente acquisirà le competenze necessarie per configurare interamente una rete aziendale di medie dimensioni, scegliendo gli apparati più opportuni, realizzando i cablaggi e ottimizzando le risorse disponibili. A tale riguardo una parte del corso consisterà di lezioni in laboratorio, con esempi pratici di configurazione e collegamento di host.
  3. Autonomia di giudizio (making judgements): Attraverso esempi concreti di errori derivanti da configurazioni non corrette, lo studente sarà in grado di elaborare autonomamente soluzioni in grado di risolvere i principali problemi che un amministratore di rete potrà trovare nel suo lavoro.
  4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio tecnico nell'ambito generale dei sistemi informativi e delle reti di computer in particolare.
  5. Capacità di apprendimento (learning skills): il corso si propone, come obiettivo, di fornire allo studente le necessarie metodologie teoriche e pratiche per poter affrontare e risolvere autonomamente nuove problematiche che dovessero sorgere durante una attività lavorativa. A tale scopo diversi argomenti saranno trattati a lezione coinvolgendo lo studente nella ricerca di possibili soluzioni a problemi reali.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• COMPUTER NETWORKS
  

  Le lezioni sono tenute in aula con l'ausilio di slide, messe a disposizione degli studenti sul portale Studium. Le slide non sostituiscono i testi di riferimento, ma, oltre che agevolare la comprensione della lezione, forniscono un dettaglio puntuale sul programma svolto.

  Le lezioni frontali teoriche sono intervallate da esercitazioni pratiche in ambiente virtuale, svolte nella stessa aula di lezione. Gli studenti sono invitati a formare piccoli gruppi di lavoro (massimo 4-5 persone) per lo svolgimento delle esercitazioni proposte.

  In caso di necessità, a seguito di apposite indicazioni da parte degli organi di Ateneo, l'insegnamento potrà essere impartito in modalità mista o a distanza, con le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto qui riportato.

• LABORATORY
  

  Le lezioni sono tenute in aula con l'ausilio di slide, messe a disposizione degli studenti sul portale Studium. Le slide non sostituiscono i testi di riferimento, ma, oltre che agevolare la comprensione della lezione, forniscono un dettaglio puntuale sul programma svolto.

  Le lezioni frontali teoriche sono intervallate da esercitazioni pratiche in ambiente virtuale, svolte nella stessa aula di lezione. Gli studenti sono invitati a formare piccoli gruppi di lavoro (massimo 4-5 persone) per lo svolgimento delle esercitazioni proposte.

  In caso di necessità, a seguito di apposite indicazioni da parte degli organi di Ateneo, l'insegnamento potrà essere impartito in modalità mista o a distanza, con le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto qui riportato.

Prerequisiti richiesti

• COMPUTER NETWORKS
  

  Per la piena comprensione dei contenuti del corso sono necessari i seguenti prerequisiti:

  • Basi di Programmazione in C e C++
  • Elementi di Architettura degli elaboratori
  • Nozioni basilari di Sistemi Operativi
• LABORATORY
  

  Per la piena comprensione dei contenuti del corso sono necessari i seguenti prerequisiti:

  • Basi di Programmazione in C e C++
  • Elementi di Architettura degli elaboratori
  • Nozioni basilari di Sistemi Operativi

Frequenza lezioni

• COMPUTER NETWORKS
  

  La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata. In particolare si consiglia la frequenza alle ore di esercitazione di gruppo.

• LABORATORY
  

  La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata. In particolare si consiglia la frequenza alle ore di esercitazione di gruppo.

Contenuti del corso

• COMPUTER NETWORKS
  

  Introduzione alle Reti di Calcolatori
  Architettura di una rete.
  Il sistema a livelli nell'architettura di una rete.
  Servizi e funzionalità dei vari livelli
  L'architettura del protocollo OSI. I livelli del TCP/IP.
  Confronto architetturale tra OSI e TCP/IP.
  Comunicazioni affidabili e non affidabili.
  Servizi con connessione e senza connessione
  Primitive di servizio
  Reti broadcast, multicast, punto-punto
  PAN, LAN, MAN e WAN.
  Commutazione di circuito e commutazione di pacchetto.
  Reti a circuito virtuale.

  Application Layer
  Comunicazione tra processi
  Lo schema Client - Server
  Affidabilità delle comunicazioni e coerenza dei dati end-to end
  Requisiti temporali e di affidabilità delle applicazioni
  Indirizzamento dei processi.
  Well Known Ports, Registered Ports e User Ports
  Il protocollo HTTP
  Formato dei pacchetti HTTP
  Il protocollo FTP
  Confronto tra HTTP e FTP
  Il protocollo SMTP
  POP e IMAP
  Il protocollo DNS - I record DNS
  Cenni sul protocollo SNMP

  Transport Layer
  Il modello Client-Server
  Indirizzamento a livello di trasporto (Mux -demux)
  I Server multipli
  Il livello di Trasporto in IP: UDP e TCP.
  Formato delle frame UDP
  Protocolli di trasferimento affidabile su canali inaffidabili
  Velocità di trasferimento dati di un canale
  Tempo di latenza
  Velocità di trasferimento end-to-end - Banda disponibile ai livelli superiori
  Protocolli Stop and wait, Go back N, Ripetizione selettiva
  Il protocollo TCP. Formato dei pacchetti TCP
  Tempi di Round Trip. Gestione dei Timer. Fast Retransmit
  Finestra di ricezione e gestione ACK in TCP
  Servizi orientati alla connessione.
  Apertura e chiusura delle connessioni: problemi teorici e soluzioni implementative
  La congestione nelle reti di comunicazione: aspetti teorici e possibili soluzioni
  Controllo del Flusso e controllo della Congestione
  Il controllo della congestione in TCP: varianti Tahoe e Reno.
  Fairness tra connessioni TCP concorrenti: dimostrazione grafica.

  Network Layer
  Introduzione al livello di Rete.
  Servizi Datagram e servizi con circuito virtuale. Confronto delle caratteristiche
  Algoritmi di routing.
  Algoritmi centralizzati e distribuiti.
  Algoritmo di Dijkstra
  Flooding: metodi di controllo del flooding
  Distance Vectors.
  Link State Routing
  Confronto tra DV e LS.
  Routing gerarchico.
  Implementazioni RIP e OSPF.
  Cenni su BGP.
  Il protocollo IPv4.
  Formato dei pacchetti IPv4.
  Indirizzi IPv4. Le Sottoreti.
  Tabelle di routing per host e router Indirizzamento IP su LAN ethernet
  Indirizzamento intraLAN e interLAN
  Frammentazione dei pacchetti IPv4
  Protocolli su IP: ICMP, ARP, RARP, BOOTP, DHCP, NAT.
  Il protocollo IPv6
  Indirizzi IPv6: indirizzamento Anycast, Unicast, Broadcast e Multicast.
  Indirizzi di canale
  Header opzionali
  Cenni sui Firewall.

  Data Link Layer
  Tecniche di Framing dei dati.
  Codifica a due livelli, a tre livelli, a cinque livelli
  Codifica 4B/5B, 8B/10B
  Aspetti teorici per la rilevazione degli errori.
  Uso della ridondanza nelle comunicazioni.
  Il CRC. Calcolo del CRC.
  Correzione degli errori: aspetti teorici
  Distanza di Hamming.
  I codici di Hamming.
  Il sottolivello MAC
  Protocolli del Data Link per il MAC
  FDMA, TDMA, CDMA
  Aloha puro e slotted.
  CSMA
  CSMA/CD
  Protocolli senza collisioni
  Cenni sui protocolli a turno (token)
  Le LAN IEEE 802 (.1 .2).
  IEEE 802.3.
  Ethernet, Fast Ethernet, GigabitEthernet.
  Schemi di Trellis e decodifica di Viterbi.
  Schemi di interconnessione in Ethernet
  Repeater, Hub, Bridge, Switch
  Bridge trasparenti.
  Schemi di indirizzamento flat.
  Confronto tra indirizzamento piatto ed indirizzamento gerarchico: vantaggi e svantaggi
  Indirizzi MAC
  Le VLAN: Untagged e Tagged - IEEE 802.1Q

  Il livello fisico
  Analisi di Fourier di un segnale periodico
  Analisi nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze
  Distorsioni nei segnali
  Larghezza di banda, rumore e quantizzazione
  Teoremi di Nyquist e di Shannon.
  Applicazione dell'analisi di Fourier alle trasmissioni sui canali reali
  La modulazione: ampiezza, frequenza e fase
  I mezzi trasmissivi: Il doppino in rame, il cavo coassiale, la fibra ottica.
  Confronto tra le prestazioni dei mezzi cablati: i cavi Cat3, 5, 6, 7
  Cenni sulle reti wireless.
  I sistemi a commutazione di circuito.
  I modem analogici - la modulazione.
  Linee ADSL, xDSL, VDSL
  Tecniche di Multiplexaggio: FDM, WDM, TDM.

  Laboratorio di Reti

   

  I sistemi virtualizzati: aspetti teorici e implementazioni
  Creazione di una VM linux based
  Configurazione di una VM e collegamento in una LAN privata
  Configurazione di una interfaccia di rete con IPv4 e IPv6.
  Configurazione delle tabelle di routing.
  Configurazione di una rete con LAN differenti connesse da router.
  Uso dei socket in C.
  Esempio di un sistema Client server con UDP
  Esempio di un sistema multiserver con TCP

• LABORATORY
  

  Introduzione alle Reti di Calcolatori
  Architettura di una rete.
  Il sistema a livelli nell'architettura di una rete.
  Servizi e funzionalità dei vari livelli
  L'architettura del protocollo OSI. I livelli del TCP/IP.
  Confronto architetturale tra OSI e TCP/IP.
  Comunicazioni affidabili e non affidabili.
  Servizi con connessione e senza connessione
  Primitive di servizio
  Reti broadcast, multicast, punto-punto
  PAN, LAN, MAN e WAN.
  Commutazione di circuito e commutazione di pacchetto.
  Reti a circuito virtuale.

  Application Layer
  Comunicazione tra processi
  Lo schema Client - Server
  Affidabilità delle comunicazioni e coerenza dei dati end-to end
  Requisiti temporali e di affidabilità delle applicazioni
  Indirizzamento dei processi.
  Well Known Ports, Registered Ports e User Ports
  Il protocollo HTTP
  Formato dei pacchetti HTTP
  Il protocollo FTP
  Confronto tra HTTP e FTP
  Il protocollo SMTP
  POP e IMAP
  Il protocollo DNS - I record DNS
  Cenni sul protocollo SNMP

  Transport Layer
  Il modello Client-Server
  Indirizzamento a livello di trasporto (Mux -demux)
  I Server multipli
  Il livello di Trasporto in IP: UDP e TCP.
  Formato delle frame UDP
  Protocolli di trasferimento affidabile su canali inaffidabili
  Velocità di trasferimento dati di un canale
  Tempo di latenza
  Velocità di trasferimento end-to-end - Banda disponibile ai livelli superiori
  Protocolli Stop and wait, Go back N, Ripetizione selettiva
  Il protocollo TCP. Formato dei pacchetti TCP
  Tempi di Round Trip. Gestione dei Timer. Fast Retransmit
  Finestra di ricezione e gestione ACK in TCP
  Servizi orientati alla connessione.
  Apertura e chiusura delle connessioni: problemi teorici e soluzioni implementative
  La congestione nelle reti di comunicazione: aspetti teorici e possibili soluzioni
  Controllo del Flusso e controllo della Congestione
  Il controllo della congestione in TCP: varianti Tahoe e Reno.
  Fairness tra connessioni TCP concorrenti: dimostrazione grafica.

  Network Layer
  Introduzione al livello di Rete.
  Servizi Datagram e servizi con circuito virtuale. Confronto delle caratteristiche
  Algoritmi di routing.
  Algoritmi centralizzati e distribuiti.
  Algoritmo di Dijkstra
  Flooding: metodi di controllo del flooding
  Distance Vectors.
  Link State Routing
  Confronto tra DV e LS.
  Routing gerarchico.
  Implementazioni RIP e OSPF.
  Cenni su BGP.
  Il protocollo IPv4.
  Formato dei pacchetti IPv4.
  Indirizzi IPv4. Le Sottoreti.
  Tabelle di routing per host e router Indirizzamento IP su LAN ethernet
  Indirizzamento intraLAN e interLAN
  Frammentazione dei pacchetti IPv4
  Protocolli su IP: ICMP, ARP, RARP, BOOTP, DHCP, NAT.
  Il protocollo IPv6
  Indirizzi IPv6: indirizzamento Anycast, Unicast, Broadcast e Multicast.
  Indirizzi di canale
  Header opzionali
  Cenni sui Firewall.

  Data Link Layer
  Tecniche di Framing dei dati.
  Codifica a due livelli, a tre livelli, a cinque livelli
  Codifica 4B/5B, 8B/10B
  Aspetti teorici per la rilevazione degli errori.
  Uso della ridondanza nelle comunicazioni.
  Il CRC. Calcolo del CRC.
  Correzione degli errori: aspetti teorici
  Distanza di Hamming.
  I codici di Hamming.
  Il sottolivello MAC
  Protocolli del Data Link per il MAC
  FDMA, TDMA, CDMA
  Aloha puro e slotted.
  CSMA
  CSMA/CD
  Protocolli senza collisioni
  Cenni sui protocolli a turno (token)
  Le LAN IEEE 802 (.1 .2).
  IEEE 802.3.
  Ethernet, Fast Ethernet, GigabitEthernet.
  Schemi di Trellis e decodifica di Viterbi.
  Schemi di interconnessione in Ethernet
  Repeater, Hub, Bridge, Switch
  Bridge trasparenti.
  Schemi di indirizzamento flat.
  Confronto tra indirizzamento piatto ed indirizzamento gerarchico: vantaggi e svantaggi
  Indirizzi MAC
  Le VLAN: Untagged e Tagged - IEEE 802.1Q

  Il livello fisico
  Analisi di Fourier di un segnale periodico
  Analisi nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze
  Distorsioni nei segnali
  Larghezza di banda, rumore e quantizzazione
  Teoremi di Nyquist e di Shannon.
  Applicazione dell'analisi di Fourier alle trasmissioni sui canali reali
  La modulazione: ampiezza, frequenza e fase
  I mezzi trasmissivi: Il doppino in rame, il cavo coassiale, la fibra ottica.
  Confronto tra le prestazioni dei mezzi cablati: i cavi Cat3, 5, 6, 7
  Cenni sulle reti wireless.
  I sistemi a commutazione di circuito.
  I modem analogici - la modulazione.
  Linee ADSL, xDSL, VDSL
  Tecniche di Multiplexaggio: FDM, WDM, TDM.

  Laboratorio di Reti

   

  I sistemi virtualizzati: aspetti teorici e implementazioni
  Creazione di una VM linux based
  Configurazione di una VM e collegamento in una LAN privata
  Configurazione di una interfaccia di rete con IPv4 e IPv6.
  Configurazione delle tabelle di routing.
  Configurazione di una rete con LAN differenti connesse da router.
  Uso dei socket in C.
  Esempio di un sistema Client server con UDP
  Esempio di un sistema multiserver con TCP

Testi di riferimento

• COMPUTER NETWORKS
  
  1. J.F. Kurose - K. W. Ross: Internet e Reti di calcolatori
  2. D.E. Comer: Internetworking con TCP/IP - vol.1
  3. A. Tanenbaum: Reti di Computer
• LABORATORY
  
  1. J.F. Kurose - K. W. Ross: Internet e Reti di calcolatori
  2. D.E. Comer: Internetworking con TCP/IP - vol.1
  3. A. Tanenbaum: Reti di Computer

Altro materiale didattico

• COMPUTER NETWORKS
  

  Il materiale didattico proposto per il corso è disponibile nella piattaforma Studium.

• LABORATORY
  

  Il materiale didattico proposto per il corso è disponibile nella piattaforma Studium.

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

• COMPUTER NETWORKS
  

  L'esame finale consiste in una prova scritta (obbligatoria), di un colloquio orale (facoltativo) ed una prova in Laboratorio (facoltativa).

  La prova scritta è costituita,di norma, da tre domande a risposta aperta.
  Con la prova scritta si possono acquisire fino a 22 punti.
  Uno scritto valutato meno di 14 punti non è ritenuto sufficiente per proseguire l'esame. La prova scritta può essere visionata prima delle prove orali.

  Le prove orali e/o di laboratario possono comportare un incremento o un decremento della valutazione ottenuta allo scritto. In caso di esito positivo è possibile acquisire fino a 5 punti per prova.

  Salvo diversa comunicazione:

  • l'esame scritto si svolge alle ore 9:00
  • la prova orale si svolge lo stesso giorno della prova scritta.

  Note:

  • È vietato l'uso di qualsiasi strumento hardware (calcolatrici, tablet, smartphone, smartwatch, cellulari, auricolari BT etc.), di libri o documenti personali durante le prove scritte e orali. Eventuale documentazione sarà fornita dalla commissione durante l'esame.
  • Per sostenere gli esami è necessario prenotarsi utilizzando l'apposito modulo del portale studenti.
  • Non sono ammesse prenotazioni tardive tramite email. In mancanza di prenotazione, l'esame non può essere nè sostenuto nè verbalizzato.
  • Durante la prova in Laboratorio è possibile consultare appunti cartacei personali.

  Prove in Itinere: Non previste

  In caso di necessità, a seguito di apposite indicazioni da parte degli organi di Ateneo, la verifica potrà essere effettuata in modalità telematica, con le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza.

• LABORATORY
  

  L'esame finale consiste in una prova scritta (obbligatoria), di un colloquio orale (facoltativo) ed una prova in Laboratorio (facoltativa).

  La prova scritta è costituita,di norma, da tre domande a risposta aperta.
  Con la prova scritta si possono acquisire fino a 22 punti.
  Uno scritto valutato meno di 14 punti non è ritenuto sufficiente per proseguire l'esame. La prova scritta può essere visionata prima delle prove orali.

  Le prove orali e/o di laboratario possono comportare un incremento o un decremento della valutazione ottenuta allo scritto. In caso di esito positivo è possibile acquisire fino a 5 punti per prova.

  Salvo diversa comunicazione:

  • l'esame scritto si svolge alle ore 9:00
  • la prova orale si svolge lo stesso giorno della prova scritta.

  Note:

  • È vietato l'uso di qualsiasi strumento hardware (calcolatrici, tablet, smartphone, smartwatch, cellulari, auricolari BT etc.), di libri o documenti personali durante le prove scritte e orali. Eventuale documentazione sarà fornita dalla commissione durante l'esame.
  • Per sostenere gli esami è necessario prenotarsi utilizzando l'apposito modulo del portale studenti.
  • Non sono ammesse prenotazioni tardive tramite email. In mancanza di prenotazione, l'esame non può essere nè sostenuto nè verbalizzato.
  • Durante la prova in Laboratorio è possibile consultare appunti cartacei personali.

  Prove in Itinere: Non previste

  In caso di necessità, a seguito di apposite indicazioni da parte degli organi di Ateneo, la verifica potrà essere effettuata in modalità telematica, con le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza.

• COMPUTER NETWORKS
  

  Indirizzamento inter lan e intra lan con IPv4
  Header opzionali in IPv6
  Protocolli di routing: DV
  Protocolli di routing: LSR
  Controllo della congestione in TCP
  Controllo del flusso in TCP
  Apertura e chiusura delle connessioni TCP
  Rilevazione e correzione degli errori
  Indirizzamento a livello DL
  IEEE 802.3
  Protocolli di livello applicativo

• LABORATORY
  

  Indirizzamento inter lan e intra lan con IPv4
  Header opzionali in IPv6
  Protocolli di routing: DV
  Protocolli di routing: LSR
  Controllo della congestione in TCP
  Controllo del flusso in TCP
  Apertura e chiusura delle connessioni TCP
  Rilevazione e correzione degli errori
  Indirizzamento a livello DL
  IEEE 802.3
  Protocolli di livello applicativo