Δίκτυα Υπολογιστών

Επίσημο περίγραμμα μαθήματος του ΤΜΗΥΠ (Πανεπιστήμιο Πατρών), όπως δημοσιεύεται στη σελίδα του μαθήματος και στο συνημμένο αρχείο «Περίγραμμα Μαθήματος». Το κείμενο παρατίθεται αυτούσιο, χωρίς τα πρότυπα οδηγιών του εντύπου.

Στόχοι

• Ο φοιτητής που ολοκληρώνει επιτυχώς το μάθημα μπορεί να :

(1) Tην λειτουργία και την οργάνωση ενός δικτύου υπολογιστών καθώς και την αρχιτεκτονική του

Διαδικτύου (2) Κατανοήσει βασικές εφαρμογές (FTP, HTTP, DNS κλπ) και την οργάνωση της λειτουργία των δικτύων και των Η/Υ σύμφωνα με τον πρότυπο OSI (3) Κατανοήσει την λειτουργία του επιπέδου ελέγχου (transport), αναλύσει την λειτουργία των πρωτοκόλλων TCP, UDP, τον μηχανισμό ελέγχου ροής και αντιμετώπισης σφαλμάτων (4) Κατανοήσει την λειτουργία του επιπέδου Δικτύου, τους διαφορετικούς τρόπους μεταγωγής, αναλύσει τα πεδία του πρωτοκόλλου IP, την διεύθυνσιοδότηση σε IP δίκτυα και την λειτουργία των IP δρομολογητών. Θα μελετήσει επίσης αλγόριθμος δρομολόγησης και πρωτόκολλα δρομολόγησης για το διαδίκτυιο. (5) Κατανοήσει τις λειτουργίες του επιπέδου δεδομένων (data link layer), τους μηχανισμούς διόρθωσης και ανίχνευσης σφαλμάτων καθώς επίσης και μελετήσει μηχανισμούς διεύθυνσιοδότηση στο επίπεδο 2, υλοποίηση εικονικών τοπικών δικτύων. Επίσης θα κατανοήσει την λειτουργία βασικών πρωτοκόλλων (Ethernet, 802.11) . (6) Τέλος θα κατανοήσει βασικές αρχές των δικτύων μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος καθώς επίσης και τα φυσικά μέσα που χρησιμοποιούνται για την διασύνδεση δικτύων.

Περιεχόμενο (ύλη)

Α. Διαλέξεις

• Εισαγωγή στο διαδίκτυο
• Δρομολογητής άκρου και δρομολογητής κορμού
• Μεταγωγή πακέτων - μεταγωγή κυκλώματος
• Καθυστέρηση, απώλεια και ρυθμό απόδοση σε δίκτυα μεταγωγής πακέτων
• Επισκόπηση της καθυστέρησης στα δίκτυα μεταγωγής πακέτων
• Καθυστέρηση και απώλεια πακέτων
• Απόδοση δικτύων
• Επίπεδα πρωτοκόλλου και μοντέλα υπηρεσιών δικτύων υπολογιστών
• Αρχές εφαρμογών δικτύου
• Το Διαδίκτυο και το HTTP πρωτόκολλο
• Το πρωτόκολλο μεταφοράς αρχείων και τα πρωτόκολλα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου
• DNS - Υπηρεσία καταλόγου Internet
• Προγραμματισμός sockets: Δημιουργία εφαρμογών δικτύου
• Υπηρεσίες και πρωτόκολλα επιπέδου μεταφοράς και ελέγχου (TCP)
• Πολυπλεξία και αποπολυπλεξία λογικών συνδέσεων
• Connectionless Μεταοράς δεδομένων: το πρωτόκολλο UDP
• Αρχές της αξιόπιστης μεταφοράς πακέτων
• Μηχανισμοί Go-Back-N (GBN) και επιλεκτικής επανάληψης (SR)
• Connection-Oriented μεταφοράς πακέτων: : το πρωτόκολλο TCP
• Αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων
• Έλεγχος ροής
• Αρχές ελέγχου της συμφόρησης
• Έλεγχος συμφόρησης TCP
• Το επίπεδο δικτύου IP
• Λειτουργίες και αρχιτεκτονική IP δρομολογητών
• Επεξεργασία εισόδου, μεταγωγή πακέτων και επεξεργασία εξόδου σε IP δρομολογητές.
• Το επίπεδο ελέγχουs του πρωτοκόλλου IP
• Το πρωτόκολλο IP: Λειτουργίες προώθησης και διευθυνσιοδότησης στο διαδίκτυιο
• Μορφή και πεδία IP πακέτων
• Διευθυνσιοδότηση στο IPv4
• Το πρωτοκόλλο ελέγχου ICMP
• Εισαγωγή και βασικά πεδία πακέτου IPv6
• Αλγόριθμοι δρομολόγησης
• Link-State και Distance vector αλγόριθμοι
• Ιεραρχική δρομολόγηση και πρωτόκολλα(RIP, OSPF, BGP) δρομολόγησης στο διαδίκτυο
• Broadcast και Multicast σε IP δίκτυα – σχεδίαση επικαλυπτόμενων δέντρων (spanning tree).
• Το επίπεδο δεδομένων
• Λογικές υπηρεσίες επιπέδου δεδομένων και αρχιτεκτονική υπο-επιπέδων
• Μηχανισμοί ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών (Parity Checks, Checksumming, Cyclic Redundancy Check)
• Πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης και τεχνικές πολυπλεξίας.
• Τοπικά Δίκτυα μεταγωγής δεδομένων
• Διευθυνσιοδότηση στο επίπεδο δεδομένων και το πρωτόκολλο ARP
• Μεταγωγείς δεδομένων και διασύνδεση τοπικών δικτύων
• Το πρωτόκολλο Ethernet
• Εικονικά τοπικά δίκτυα
• Περιγραφή πρωτοκόλλου MPLS
• Αρχιτεκτονική κέντρου δεδομένων (Data centers).
• Ασύρματα τοπικά δίκτυα και αρχιτεκτονική αυτών
• Το πρωτόκολλο και η αρχιτεκτονική του 802.11
• Διαχείριση μετάδοσης και ανακάλυψη κόμβων

Β. Εργαστηριακές Ασκήσεις

1) Σετ ασκήσεων με Wireshark για τα πρωτόκολλα HTTP, DNS, 802.11, DHCP, Ethernet-ARP, IP, TCP, UDP (σύνολο: 8 ασκήσεις) 2) Σετ ασκήσεων για διαδικτυακό προγραμματισμό. Υλοποίηση ICMP ping, SMTP client, traceroute, UDP, webserver. (σύνολο: 5 ασκήσεις) 3) Σετ ασκήσεων με το Packet Tracer της CISCO. Υλοποίηση τοπολογιών (σύνολο: 2 υλοποιήσεις) 4) Σετ ασκήσεων με το GNS3. Υλοποίηση τοπολογιών και μελέτη απόδοση δικτύων (σύνολο: 1 υλοποίηση)

Αξιολόγηση

Η αξιολόγηση γίνεται στην Ελληνική γλώσσα και χωρίζεται σε δύο ανεξάρτητα μέρη. Η αξιολόγηση σχετικά με την εμπέδωση της θεωρίας γίνεται μέσω τελικής γραπτής εξέτασης που περιλαμβάνει ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, ερωτήσεις σύντομης απάντησης, ερωτήσεις ανάπτυξης και επίλυσης προβλημάτων. Μια εβδομάδα μετά την εξέταση ανακοινώνονται και αναρτώνται ηλεκτρονικά ενδεικτικές απαντήσεις ώστε οι φοιτητές να έχουν κάποιο σημείο αναφοράς για τη βαθμολογία τους και μετά την ανακοίνωση των αποτελεσμάτων υπάρχει ώρα κατά την οποία οι φοιτητές μπορούν να δουν τα γραπτά τους και να αμφισβητήσουν το βαθμό τους. Η αξιολόγηση της εργαστηριακής ενότητας βασίζεται - στις αναφορές που παραδίδουν σε σχέση με αυτές και - στην γραπτή εξέταση στην οποία οι φοιτητές καλούνται να απαντήσουν σε ερωτήσεις πολλαπλών ερωτήσεων πάνω στις ασκήσεις του εργαστηρίου.

Βιβλιογραφία

• Δίκτυα Υπολογιστών: J.F. KUROSE, K.W. ROSS
• ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ: ANDREW S. TANENBAUM, DAVID J. WETHERALL -Συναφή επιστημονικά περιοδικά:
• IEEE/ACM Transactions on Networking
• IEEE Selected Areas on Communications