Ingegneria Informatica e Automatica

FRANCESCA CUOMO
FRANCESCA CUOMO
TIZIANA CATTAI
TIZIANA CATTAI

GENERALI
Il corso intende fornire una panoramica sull'organizzazione e sulle principali funzioni di un sistema di telecomunicazione, trattando sia aspetti di rappresentazione digitale dell’informazione, segnali (tempo continuo e discreto) e operazioni sui segnali, sia aspetti di reti e relativi protocolli. Al termine del corso lo studente possiederà nozioni fondamentali sul funzionamento di un sistema di telecomunicazioni, delle reti e di Internet.



SPECIFICI
• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i concetti alla base dell’elaborazione dei segnali digitali, della loro trasmissione nelle attuali reti di telecomunicazioni, dei protocolli di accesso e del controllo d’errore e dei protocolli di rete e di trasporto basati sulla suite TPC/IP.

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: saper capire come funzionano le operazioni sui segnali tempo continuo e discreto, come funziona un protocollo, quali sono le sue funzionalità caratterizzanti e come si possono valutare le prestazioni. Saper svolgere dei semplici dimensionamenti di protocolli ai vari livelli di un’architettura di telecomunicazioni.
• Autonomia di giudizio: saper analizzare benefici e limiti di operazioni sui segnali e dimensionamenti di protocolli o di configurazioni di reti TPC/IP.

• Abilità comunicative: saper presentare la funzionalità di elaborazione sui segnali (correlazione, campionamento, analisi nel dominio del tempo o della frequenza) e di funzionamento un protocollo di rete e discuterne le prestazioni.

• Capacità di apprendimento: Oltre alle classiche capacità di apprendimento fornite dallo studio teorico del materiale didattico, le modalità di svolgimento del corso, in particolare le esercitazioni (svolte anche su simulatori e con software di elaborazione), stimolano lo studente all’analisi procedurale e quantitativa del funzionamento di una rete e dei relativi protocolli facilitando l'applicazione concreta delle nozioni e delle tecniche apprese durante il corso.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Lo studente acquisirà le conoscenze fondamentali relative all’organizzazione e al funzionamento dei sistemi di telecomunicazioni. In particolare, conoscerà i principi della rappresentazione digitale dell’informazione, le caratteristiche dei segnali a tempo continuo e discreto e le principali operazioni sui segnali. Acquisirà inoltre le nozioni di base sulle architetture di rete, sui protocolli di comunicazione e sui meccanismi di controllo dell’errore e di accesso al mezzo, con particolare riferimento ai protocolli di rete e di trasporto della suite TCP/IP.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per analizzare e comprendere il funzionamento delle principali operazioni sui segnali, sia nel dominio del tempo sia nel dominio della frequenza. Saprà interpretare il funzionamento dei protocolli di comunicazione, individuarne le funzionalità principali e valutarne le prestazioni. Sarà inoltre in grado di affrontare semplici problemi di dimensionamento e configurazione di protocolli e componenti nei diversi livelli di un’architettura di telecomunicazioni.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Lo studente svilupperà la capacità di analizzare criticamente le soluzioni adottate nei sistemi di telecomunicazioni, valutando benefici e limiti delle diverse operazioni sui segnali e delle scelte progettuali relative ai protocolli e alle configurazioni di rete basate su architetture TCP/IP.

ABILITÀ COMUNICATIVE
Lo studente sarà in grado di descrivere e presentare in modo chiaro i principi di elaborazione dei segnali, quali correlazione, campionamento e analisi nel dominio del tempo e della frequenza, nonché il funzionamento dei protocolli di rete. Sarà inoltre in grado di discutere le prestazioni di protocolli e sistemi di comunicazione utilizzando una terminologia tecnica appropriata.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Lo studente svilupperà la capacità di approfondire autonomamente le tematiche relative ai sistemi di telecomunicazione e alle reti di comunicazione. Le esercitazioni e le attività pratiche, anche mediante l’uso di simulatori e strumenti software di elaborazione dei segnali e di analisi delle reti, stimoleranno un approccio procedurale e quantitativo allo studio del funzionamento dei protocolli e delle reti, facilitando l’applicazione concreta delle conoscenze acquisite.

Algebra elementare

Operatori e funzioni logiche

Capacita base di programmazione e conoscenza di almeno un linguaggio di programmazione comune (e.g. Python)

1. Introduzione alle reti di comunicazioni ed Internet
● Evoluzione delle architetture di rete e dei servizi di telecomunicazione
● Tecnologia, Mercato, Standard, Regolamentazione
● Modello e funzioni di una rete di telecomunicazione
● Servizi di rete
● Parametri prestazionali
● Tecniche di multiplazione e di allocazione delle risorse
● Commutazione di circuito
● Commutazione di pacchetto
● Modelli di analisi prestazionale

2. Livello dei protocolli e loro modelli di servizio (Modello di riferimento OSI,
Architettura TCP/IP)

3. Fondamenti sulle rappresentazioni digitali e le comunicazioni (3 CFU)
● Introduzione. Rappresentazione digitale dell’informazione, concetto di segnale certo.
● Classificazione dei segnali. Proprietà di segnali.
● Definizione di energia, potenza.
● Operazioni sui segnali.
● Rappresentazione dei segnali in frequenza: trasformata di Fourier (segnali a tempo continuo
e discreto) e proprietà
● Convoluzione e correlazione tra segnali. Spettro di densità di energia e potenza
● Transito dei segnali nei sistemi. Proprietà. Risposta impulsiva
● Campionamento: teorema del campionamento, condizione di Nyquist. Conversione analogico
digitale. Quantizzazione e Codifica.
● Trasmissione in banda base, trasmissione multilivello. Caratterizzazione del rumore.
Capacità limite di Shannon.
● Modulazione numerica: di ampiezza, di frequenza, di fase. Demodulazione. Quadrature
Amplitude Modulation.

• 4.1 Laboratorio di Python per l’elaborazione dei segnali
● Definizione segnali, operazioni su segnali, correlazioni
● Transito di segnali in filtri
● Elaborazione di segnali nel dominio della frequenza
● Modulazioni numeriche

5. Livello di collegamento e reti locali
● Tecniche di rivelazione e correzione d’errore
o Controllo di parità
o Checksum
o Controllo a ridondanza ciclica (CRC)
● Protocolli di accesso multiplo (Medium Access Control – MAC)
o Mezzi multiaccesso Wired e Wireless
o Tecniche di accesso multiplo
o Modello di accesso perfetto
o Protocolli ad accesso casuale e controllato
o Protocolli di accesso in ambiente radio (Wireless)
● Reti Locali (Local Area Networks - LAN)
o Standard 802.3 (Ethernet)Programma (4)

6. Livello di rete: il piano dei dati
● Il protocollo IP
● Indirizzamento in Internet
o Indirizzamento classful e classless
o CIDR
o Risoluzione di indirizzi in Internet
● DHCP
● NAT

6. Livello di rete: il piano di controllo
● Le funzioni di instradamento
● L’instradamento in Internet
o Algoritmi di instradamento
o Protocolli di instradamento IGP e EGP
o Le tabelle di instradamento

•6.1 Laboratori di configurazione di rete con software di emulazione Katharà
● Introduzione a linux e virtual machine, installazione di Katharà e sua configurazione
• Installazione ed uso di VirtualBox
• Uso di comandi base da terminale Linux
• Installazione di Katharà e test con configurazione di base
● Laboratorio con due host
• Configurazione e comunicazione tra due host
• Uso di tcpdump e wireshark
● Laboratorio protocollo ARP e ARP poisoning
● Laboratorio su indirizzamento e subnetting
• Protocollo IP
• Indirizzamento statico
● Laboratorio sul routing
• Schemi di indirizzamento avanzati

Lucidi del corso, video lezioni e testi ed articoli disponibili su Moodle https://elearning.uniroma1.it/
Il link viene aggiornato da:
https://corsidilaurea.uniroma1.it/it/users/francescacuomouniroma1it



J. Kurose, K. Ross: “Reti di Calcolatori e Internet” (6° Edizione o 8° Edizione). Pearson Addison Wesley, Maggio 2008 Capitoli: 1, 3, 4, 5 e 6

A. Leon-Garcia & I. Widjaja “Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architecture”, McGraw-Hill Capitolo: 3

Francesca Cuomo: Esercizi di reti di telecomunicazione; Ed. Ingegneria 2000, 2005

Lucidi del corso, video lezioni e testi ed articoli disponibili su Moodle https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=12001
Il link viene aggiornato da:
https://corsidilaurea.uniroma1.it/it/users/francescacuomouniroma1it

J. Kurose, K. Ross: “Reti di Calcolatori e Internet” (4° Edizione o 6° Edizione). Pearson Addison Wesley, Maggio 2008 Capitoli: 1, 3, 4, 5 e 6

A. Leon-Garcia & I. Widjaja “Communication Networks: Fundamental Concepts and Key Architecture”, McGraw-Hill Capitolo: 3

Lezioni in presenza con slides del docente e altro materiale condiviso durante la lezione.

Si incoraggia la frequanza in aula.

Modalità d’esame (appelli di gennaio–febbraio)
Durante il corso saranno svolte due prove intermedie su Moodle (e-learning), sotto forma di quiz. Ciascun quiz potrà attribuire fino a 2 punti, per un totale massimo di 4 punti bonus, utilizzabili esclusivamente negli appelli di gennaio o febbraio.
1. Homework in itinere
Saranno assegnati due homework finalizzati a verificare l’apprendimento relativo:
o alla rappresentazione digitale dell’informazione e alle comunicazioni,
o alla configurazione di reti e protocolli mediante il software di emulazione Katharà.
Gli homework contribuiscono alla valutazione finale per 5 punti ciascuno.
2. Prova scritta (gennaio o febbraio)
La prova scritta è composta da:
o 15 domande a risposta multipla sulla parte teorica dell’intero programma (15 punti);
o un esercizio numerico volto a verificare la capacità di applicare le conoscenze a problemi pratici relativi agli argomenti del corso (5 punti).

Modalità d’esame (da marzo in poi)
3. Prova d’esame composta da:
o 15 domande a risposta multipla sulla parte teorica dell’intero programma (15 punti);
o un esercizio numerico su aspetti applicativi degli argomenti trattati nel corso (5 punti);
o una prova orale, successiva alla correzione della prova scritta, finalizzata a valutare le abilità comunicative e il livello di comprensione degli aspetti teorici del corso.


Per superare l’esame è necessario conseguire una votazione non inferiore a 18/30.
Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti dell’intero programma, valutata tramite le domande a risposta multipla, e di essere in grado di risolvere un esercizio numerico, nonché di elaborare segnali digitali reali e configurare reti e protocolli utilizzando software di emulazione.
Per conseguire la valutazione massima di 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati nel corso, evidenziando la capacità di collegarli e integrarli in modo logico, coerente e approfondito.

Un esercizio su configurazioni di rete, instradamento, frammentazione di dati, ritrardo di trasferimento (vale 5 punti)

15 domande a risposta multltipla. Valgono 1 punto ognuna:
Esempio domande a risposta multipla:

1, Indicare quale affermazione e’ falsa. In una commutazione a pacchetto se un flusso di dati viene suddiviso in piu’ pacchetti:
a) I pacchetti appartenenti allo stesso flusso possono seguire percorsi diversi in rete
b) I pacchetti appartenenti allo stesso flusso possono essere trattati in modo differente
c) I pacchetti appartenenti allo stesso flusso sono trattati tutti allo stesso modo

2. Sia consideri che dopo il campionamento di un brano musicale analogico di durata di 3 minuti con banda di 30 kHz si ottiene un file di dimensione di 16200 kbyte. Quanti bit a campione sono stati utilizzati nella conversione analogico digitale?
a) 12
b) 24
c) 3

3. In un protocollo di correzione d’errore di tipo ARQ GO-BACK N un entita’ trasmittente A con finestra in trasmissione Ws= 7 ha gia’ emesso le trame con numero di sequenza 4, 5, 6, 7 e riceve un riscontro con Rnext=7. Quali trame verranno emesse successivamente, supposto che A le abbia disponibili e che non sia scaduto alcun temporizzatore di trame precedenti?
a) le trame con numero di sequenze 8-9-10
b) le trame con numero di sequenze 4-5-6-7-8-9-10
c) le trame con numero di sequenze 7-8-9-10

4. Si consideri il seguente indirizzo di classe C 192.168.0.0/24. Si consideri la creazione di 32 sottoreti a partire da questa rete. A quale sottorete appartiene l’indirizzo 192.168.0.140?
a) alla sottorete 192.168.0.136
b) alla sottorete 192.168.0.139
c) alla sottorete 192.168.0.128


5. Si consideri un frammento IP avente intestazione di 20 byte, total lenght di 600 byte, bit MF (More fragments=0) e Fragment Offset=18. Qual era la lunghezza totale (Total Lenght) del pacchetto originario da cui e’ nato questo frammento (si ricordi che il Fragment Offset e’ espresso in unità di 8 byte)?
a) 5952 byte
b) 764 byte
c) 744 byte

6. In una LAN, che opera con il protocollo MAC CSMA/CD, si determini la massima capacità di trasferimento tale per cui una trama MAC di lunghezza minima 10 byte permetta il corretto funzionamento del protocollo, al fine dalla “collision detection”. Si consideri un segmento di 0,4 km con velocità di propagazione del mezzo è di 200000 km/s.
a) 40 Mbit/s
b) 20 Mbit/s
c) 2,5 Mbit/s


7. In una rete privata è presente un NAT avente indirizzo IP pubblico 151.100.122.3, un Host avente indirizzo privato 192.168.0.10 accede ad un server web su Porta di destinazione TCP 80 con Porta di origine TCP 1025. Quali saranno i campi “IP destinazione” e “numero di porta” dei segmenti TPC che il server web manda indietro all’Host della rete privata?
a) IP destinazione: 151.100.122.3, Porta di destinazione necessariamente TCP 1025
b) IP destinazione: 151.100.122.3, Porta di destinazione TCP : quella che assegna il NAT, anche diversa da TCP 1025
c) IP destinazione: 192.168.0.10, Porta di destinazione necessariamente TCP 1025

•  Introduzione alle reti di
  comunicazioni ed Internet (3 ore)
  
  ●       
  Evoluzione delle architetture di
  rete e dei servizi di telecomunicazione
  
  ●       
  Tecnologia, Mercato, Standard,
  Regolamentazione
  • Testi di riferimento: RETI DI CALCOLATORI E INTERNET - 8/ED
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    James Kurose, Keith W. Ross, Cap.1 


• Modello e funzioni di una rete di
  telecomunicazione (9 ore)
  
  ●       
  Servizi di rete
  
  ●       
  Parametri prestazionali
  
  ●       
  Tecniche di multiplazione e di
  allocazione delle risorse
  
  ●       
  Commutazione di circuito
  
  ●       
  Commutazione di pacchetto
  
  ●       
  Modelli di analisi prestazionale
  • Testi di riferimento: RETI DI CALCOLATORI E INTERNET - 8/ED
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    James Kurose, Keith W. Ross, Cap.1 


• Livello dei protocolli e loro modelli di
  servizio (Modello di riferimento OSI, Architettura TCP/IP) (3 ore)
  • Testi di riferimento: RETI DI CALCOLATORI E INTERNET - 8/ED
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    James Kurose, Keith W. Ross, Cap.1 


• Fondamenti comunicazioni
  
  ●       
  Rappresentazione digitale dell’informazione 1h
  
  ●       
  Segnali (tempo continuo, discreto)
  2h
  
  ●       
  Energia, potenza 1.5h
  
  ●       
  Operazioni sui segnali 1.5h
  
  ●       
  Convoluzione 1.5h
  
  ●       
  Trasformata di Fourier 1.5h
  
  ●       
  Campionamento 2h
  
  ●       
  Filtraggio 2h
  
  ●       
  Modulazione 2h
  
  ●       
  Mezzi fisici di trasmissione 1.5h
  • Testi di riferimento: TEORIA DEI SEGNALI 3/ED
    
    
    
    
    
     Marco Luise, Giorgio Matteo Vitettahttps://www.mheducation.it/teoria-dei-segnali-3-ed-9788838665837-italy


• Esercitazioni su segnali e comunicazioni (14h)


• Livello di collegamento e reti
  locali (15 ore)
  
  ●       
  Tecniche di rivelazione e
  correzione d’errore (5 ore)
  
  o   Controllo
  di parità
  
  o   Checksum
  
  o   Controllo
  a ridondanza ciclica (CRC)
  
  ●       
  Protocolli di accesso multiplo
  (Medium Access Control – MAC) (5 ore)
  
  o   Mezzi
  multiaccesso Wired e Wireless
  
  o   Tecniche
  di accesso multiplo
  
  o   Modello
  di accesso perfetto
  
  o   Protocolli
  ad accesso casuale e controllato
  
  o   Protocolli
  di accesso in ambiente radio (Wireless)
  
  ●       
  Reti Locali (Local Area
  Networks - LAN) (5 ore)
  
  o   Standard
  802.3 (Ethernet)
  • Testi di riferimento: RETI DI CALCOLATORI E INTERNET - 8/ED
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    James Kurose, Keith W. Ross, Cap.6


• Livello di rete: il piano dei dati
  (12 ore)
  
  ●       
   Il protocollo IP
  
  ●       
  Indirizzamento in Internet
  
  o  
  Indirizzamento
  classful e classless
  
  o  
  CIDR
  
  o  
  Risoluzione
  di indirizzi in Internet
  
  ●       
  NAT e DHCP
  
  ●       
  ICMP
  
  2.    
  Livello di rete: il piano di
  controllo (12 ore)
  
  ●       
  Le funzioni di instradamento
  
  ●       
  L’instradamento in Internet
  
  o  
  Algoritmi
  di instradamento
  
  o  
  Protocolli
  di instradamento IGP e EGP
  
  o  
  Le
  tabelle di instradamento
  • Testi di riferimento: RETI DI CALCOLATORI E INTERNET - 8/ED
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    James Kurose, Keith W. Ross, Cap.5


• Esercitazioni su configurazioni di
  rete con Kathara’ (12)