Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Reti e Internet
Docente
Prof. Giuliano Romeo
Settore Scientifico Disciplinare
ING-INF/03
CFU
12
Descrizione dell'insegnamento
Il corso presenta le reti di computer e più in generale le reti di telecomunicazioni. Descrive tutti i principali concetti e modalità con cui due utenti o dispositivi si scambiano i dati in una rete o inter-rete. Sono descritte le funzionalità del collegamento dati e di instradamento dei messaggi sia su mezzi radio che guidati. Si descrive come gestire le congestioni nella rete e come fornire la qualità di servizio richiesta dalle applicazioni.

È articolato in cinque moduli. Il primo dei quali introduce i sistemi e i servizi di comunicazione più diffusi. Nel secondo modulo sono descritti da un punto di vista teorico il funzionamento dei singoli sistemi suddivisi in strati che raggruppano le singole funzionalità al fine di fornire servizi agli strati superiori. Nel terzo modulo sono presentati i sistemi realmente dispiegati quali il sistema telefonico fisso e il sistema cellulare radiomobile, le reti locali Ethernet e Wi-Fi e le scelte progettuali effettuate per il loro funzionamento. Nel quarto modulo si descrive il funzionamento di Internet, dei suoi protocolli principali quali IP e TCP e delle applicazioni che ne hanno favorito la diffusione. Infine, nel quinto modulo si danno dei cenni su argomenti di estrema attualità come la Internet delle cose e la security nelle reti.
Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)
Al termine di questo corso, lo studente sarà in grado di:
  • comprendere i concetti delle reti di telecomunicazioni e di computer e classificare i servizi, le applicazioni;   
  • conoscere i principi di funzionamento degli strati protocollari nei sistemi di telecomunicazioni e le loro principali funzionalità (es. trasmissione su mezzi radio e guidati, collegamenti, instradamento, indirizzamento e trasporto);
  • conoscere i principali sistemi di telecomunicazioni quali la rete telefonica fissa e radiomobile, e le reti in area locale quali Ethernet e Wi-Fi;
  • conoscere il funzionamento di Internet;
  • eseguire progetti basilari di sistemi di telecomunicazioni a seconda delle condizioni operative e dei requisiti applicativi;
  • sviluppare a livello basilare funzionalità, protocolli o interfacce al fine di garantire il funzionamento di sistemi di comunicazioni o parti di essi;
  • valutare in autonomia i vantaggi e gli svantaggi di semplici configurazioni di reti (o strategie e protocolli implementati in sistemi di telecomunicazioni);
  • apprendere e integrare le conoscenze da varie fonti sulle architetture di rete al fine di valutare attraverso una visione più ampia le potenzialità di sistemi di comunicazione trattati in studi successivi;
  • esprimere con opportuno linguaggio gli argomenti del corso.
Prerequisiti

Non si richiedono conoscenze particolari per sostenere questo esame. Si rimanda tuttavia alle indicazioni contenute nella guida dello studente.

Contenuti dell'insegnamento
Modulo 1: introduzione alle reti di calcolatori [2 LEZ.]
  • Applicazioni, Infrastrutture di rete (1 lezione)
  • Concetto di pila protocollare, Modello OSI e le sue caratteristiche, Modello TCP/IP e il confronto con il modello OSI (1 lezione)
Modulo 2: Strati del modello di riferimento [9 LEZ.]
  • Strato fisico: Basi per le comunicazioni, Mezzi trasmissivi (cavi, fibre ottiche, wireless, satellite), Multiplazione e commutazione (2 lezioni)
  • Strato di collegamento: Servizi offerti, obiettivi, framing, controllo d’errore, controllo di flusso, esempi semplici, Protocolli sliding window (2 lezioni)
  • Strato di rete: Servizi strato di rete, obiettivi, Algoritmi di routing, Congestione di Rete, Qualità di Servizio, Internetworking, frammentazione (3 lezioni)
  • Strato di trasporto: Servizi offerti, obiettivi, Protocollo di trasporto, Controllo della congestione (2 lezioni)
Module 3: Reti e sistemi [7 LEZ.]
  • Wide Area Network: Public Switched Telephone Network, Public Land Mobile Network (2 lezioni)
  • Medium Access Control layer, protocolli di accesso multiplo ad accesso casuale (ALOHA, CSMA, CSMA/CD) e ad accesso controllato (2 lezioni)
  • Local Area Network (architettura, topologie, caratteristiche) e LAN ad accesso controllato (Token bus e Token ring) (1 lezione)
  • Ethernet e interconnessioni delle LAN (1 lezione)
  • Wi-Fi – IEEE802.11 (1 lezione)
Modulo 4: Internet [9 LEZ.]
  • Introduzione e storia, formato del datagramma IPv4 (1/2 lezione)
  • Funzionamento del protocollo IP (1/2 lezione)
  • Schemi di indirizzamento: classfull, classless, maschera di sottorete, NAT (1 lezione)
  • IPv6 (1 lezione)
  • Mobile IP (1 lezione)
  • Protocolli di controllo in Internet: ARP, ICMP, DHCP (1/2 lezione)
  • Routing intra-autonomous System e inter-autonomous systems: BGP, EGP (1/2 lezione)
  • Protocolli di traporto: UDP, TCP (controllo degli errori, controllo di flusso e controllo della congestione) (3 lezioni)
  • Applicazioni in Internet: DNS, posta elettronica (SMTP, IMAP), web WWW (URL, HTTP, HTML) (1 lezione)
Modulo 5: security nelle reti e Internet delle cose [3 LEZ.]
  • Le reti per la Internet delle cose: Low Power Wide Area (1 lezione)
  • Security nelle reti (2 lezioni)
Attività didattiche
Didattica erogativa
L'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.
L’insegnamento prevede videolezioni (in ognuna sono specificati gli argomenti e gli obiettivi) organizzate in moduli. Alcune videolezioni sono più teoriche con lo scopo di far conoscere le funzionalità principali nei sistemi di TLC e nelle reti. Altre videolezioni hanno un carattere più pratico al fine di favorire la capacità di applicare le conoscenze teoriche da parte dello studente, presentando anche esempi di scelte effettuate per la realizzazione di reti dispiegate. A tal riguardo, si presenteranno confronti di tecnologie o strategie e protocolli per la trasmissione dei dati d’utente al fine favorire l’apprendimento e di rendere in parte autonomo lo studente nella selezione della tecnologia più adatta. In entrambi i casi si farà uso di una terminologia adeguata agli argomenti trattati.
 
Didattica interattiva
L'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l’interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione.
Tra le interazioni sincrone, sono utilizzate le aule virtuali in genere così strutturate:
  • il docente rende disponibile un testo di esercitazione agli studenti di solito basato su domande aperte;
  • lo studente svolge in autonomia gli esercizi;
  • durante l’aula virtuale, il docente dà un “feedback formativo” ovvero valuta il livello di apprendimento degli argomenti del corso, raccoglie i dubbi e fornisce chiarimenti ed eventuali approfondimenti in base alle scelte effettuate sulle strategie di dispiegamento delle reti e alle difficoltà riscontrate. Il docente favorirà la discussione e il confronto al fine di sviluppare competenze critiche.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Per superare l’esame, lo studente deve dimostrare di aver acquisito conoscenze sufficiente sui concetti di base delle reti, una conoscenza di base sulle funzionalità e sui principali protocolli di comunicazioni tra gli strati protocollari di due host e, infine, di essere in grado di comprendere gli scenari in cui operano i sistemi di comunicazioni. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso e di essere in grado di applicare i concetti teorici a sistemi e reti realmente operative.

L’esame si svolge in forma scritta e/o orale. Il punteggio della prova è espresso in trentesimi.
La prova scritta ha una durata massima di 120 minuti e consiste nel sottoporre allo studente una serie di domande teoriche (in genere 4 o 5) alle quali lo studente dovrà rispondere in maniera soddisfacente attenendosi all’argomento richiesto senza dilungarsi su argomenti collegati ma non centrali nella domanda.
La prova orale consiste nel richiedere chiarimenti e approfondimenti allo studente riguardo imprecisioni o carenze concettuali nelle risposte fornite alle domande durante lo scritto oppure di altri argomenti del corso al fine di completare la valutazione della preparazione dello studente.

Le domande richiedono di norma la spiegazione o la descrizione di argomenti ben precisi trattati durante il corso, che mirano a dimostrare la conoscenza e comprensione dei sistemi di telecomunicazioni e la capacità dello studente di applicare tali conoscenze tramite la descrizione di funzionalità e protocolli implementati in reti reali e attualmente dispiegate. Di solito le difficoltà presenti (e di conseguenza il punteggio massimo conseguibile, se non diversamente esplicitato) sono equidistribuite tra le varie domande.

Tuttavia, al fine di valutare il conseguimento degli obiettivi formativi del corso, il docente terrà conto nella valutazione finale dell’esame:
  • della capacità di apprendere e quindi di esporre l’argomento richiesto;
  • della padronanza di linguaggio dello studente;
  • della capacità di applicare architetture, funzionalità o protocolli nella progettazione di sistemi di base e di valutare in modo appropriato le scelte tecnologiche in base a situazioni reali.
Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente e ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio del seguente testo in base agli argomenti trattati:

  • A. S. Tanenbaum, D. J. Wetherall, “Computer Networks”, 5th edition, Prentice Hall, 2011 (o la sua versione in italiano A. S. Tanenbaum (Autore), David J. Wetherall (Autore), D. Maggiorini (a cura di) “Reti di calcolatori”, Ediz. Mylab., 22 mag 2018).

Inoltre, di seguito è riportata una lista di articoli e libri da utilizzare come materiale di supporto (consigliato).

ARTICOLI

  1. R. Gaudino, R. Giuliano, F. Mazzenga, L. Valcarenghi, F. Vatalaro, “Unbundling in Current Broadband and Next-Generation Ultra-Broadband Access Networks”, Fiber and Integrated Optics, Special Issue: Optical Communications for Future Applications, Vol.33, Is. 3, Jul. 2014, p. 129–148 (Invited Paper);
  2. U. Raza, P. Kulkarni, M. Sooriyabandara, “Low Power Wide Area Networks: An Overview”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol.19, no.2, Q2 2017, p.855-873;
  3. 5G Americas whitepaper, “LTE and 5G Technologies Enabling IoT”, Dec. 2016.

LIBRI

  1. H. Holma, A. Toskala, “LTE for UMTS: Evolution to LTE-Advanced”, 2nd Ed., John Wiley & Sons, Ltd., 2011;
  2. W. Stallings, “Network Security Essentials: Applications and Standards”, Fourth Edition, Prentice Hall, 2011.
Ricevimento studenti

Da concordare con il docente, previo appuntamento (r.giuliano@unimarconi.it)