Anno accademico 2021-2022

RETI E TECNICHE PER LA COMUNICAZIONE MULTIMEDIALE

Docenti

Gian Luca Foresti
Daniele Salvati
Carlo Drioli
Anno di corso
2
Totale crediti
12
Periodo didattico
Primo Periodo
Tipologia
Base
Prerequisiti. Sono prerequisiti del corso la conoscenza della matematica di base (in particolare, logaritmi, funzioni esponenziali, derivate, integrali, successioni aritmetiche e geometriche, funzioni in una variabile), delle principali grandezze fisiche e dell’informatica di base (architettura di un elaboratore, sistemi client/server, sistemi operativi, linguaggi di programmazione).
Metodi didattici. L’insegnamento prevede:

– Attività di didattica frontale finalizzata all’apprendimento dei principali concetti teorici di base delle reti di calcolatori e dei sistemi multimediali, delle reti wireless e dei protocolli di streaming audio-video. Le lezioni di didattica frontale sono integrate con specifici assignment che prevedono lo studio e lo svolgimento individuale da parte degli studenti di esercizi e casi di studio forniti dal docente. La correzione di tali assignment avviene in aulaanche con presentazioni da parte degli studenti del lavoro svolto. 

 – Attività di laboratorio finalizzata allo sviluppo delle capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite su casi applicativi reali inerenti i principali apsetti delle reti di calcolatori. Le lezioni di laboratorio sono integrate con attività progettuali di gruppo che prevedono la realizzazione di una semplice rete di calcolatori che possa trasmettere dati ed informazioni.

– Attività di progetto da svolgere in gruppo e finalizzata alla definizione, progettazione e sviluppo di una rete di calcolatori.

Modalità di verifica. Gli studenti sono invitati a svolgere durante il corso specifici assignment (durata una settimana) finalizzati all’acquisizione delle competenze e conoscenze su quanto illustrato a lezione. A metà corso e al termine del corso sono previste due prove intermedie di valutazione della preparazione acquisita dagli studenti. L’esame consiste in una prova scritta e una prova orale oltre che dello svolgimento di un progetto di laboratorio assegnato dal docente. La prova scritta richiede di svolgere esercizi inerenti gli argomenti del Corso. La prova orale consiste nella discussione approfondita di alcuni degli argomenti trattati a lezione.
Altre informazioni. Il materiale didattico e le slide delle lezioni del docente sono rese disponibili sulla piattaforma E-learning dell’Ateneo di Udine. Tali materiali sono riservati agli studenti iscritti al Corso. Attraverso la piattaforma il docente fornisce agli studenti anche esercizi di ricapitolazione, esercitazioni di laboratorio e specifici assignment da svolgere durante il corso. Il corso prevede inoltre la possibilità di sviluppare tesi di laurea su specifici argomenti del Corso.
Obiettivi formativi
L’obiettivo del Corso è quello di introdurre gli elementi basilari delle moderne reti di calcolatori e le principali tecniche di trasmissione dei dati multimediali attraverso la rete.

In particolare, lo studente acquisirà specifiche competenze e conoscenze su:

– i concetti fondamentali delle tecniche e dei protocolli per la trasmissione dei dati multimediali (immagini, video, tracce audio, etc.) attraverso la rete internet e, più in generale, attraverso canali di comunicazione;

-le principali tecniche di analisi dei segnali nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze;

– elementi fondamentali delle tecniche di trasmissione dati, delle reti wireless e delle reti LAN.

Lo studente dovrà saper analizzare i principali protocolli di comunicazione e i dati utilizzati nei vari livelli di una architettura di rete, e saper progettare un’applicazione multimediale che utilizzi le reti di calcolatori.

Contenuti
Il corso presenterà agli studenti le moderne reti di calcolatori, evidenziando le principali tecniche di trasmissione dei dati multimediali attraverso la rete e i relativi aspetti di cyber sicurezza. I principali contenuti del corso sono:

1. Introduzione – Scopi, applicazioni, evoluzione storica, caratteristiche e struttura delle principali reti, tipologie e architetture di rete, primitive di servizio, protocolli di rete, controllo di flusso e controllo di errore, messaggi e pacchetti, commutazione di circuito e di pacchetto, routing ed interconnessione di reti eterogenee. Esercizi ed esempi applicativi.

2. Principali componenti di una rete e tecniche di trasmissione dati – Mezzi trasmissivi elettrici e ottici, banda di un segnale, attenuazione e distorsione di un segnale, capacità di canale, I e II Teorema di Nyquist, Teorema di Shannon. Esercizi ed esempi applicativi.

3. Il modello ISO/OSI, il livello fisico ed il livello data-link – Principi di base e principali caratteristiche. Le architetture a strati. Il modello TCP-IP. Principali caratteristiche del livello Data-Link. Framing. Configurazione di linea. Protocolli per il controllo di flusso (Stop&Wait, Go-Back-N, Sliding Window) e per il controllo di errore. Calcolo dell’efficienza di una rete. Esercizi ed esempi applicativi.

4. Il livello di rete – Tecniche di routing (routing by network, address label swapping, source routing), architettura logica di un router e tabelle di instradamento, algoritmi di routing dinamico (distance vector e link state). Il protocollo IP, formato del pacchetto IP, indirizzamento IP, classi di indirizzi, sottoreti e netmask. Esercizi ed esempi applicativi.

5. I livelli di trasporto e di applicazione – Servizi ed indirizzi del livello di trasporto, creazione, gestione e chiusura di una connessione. Il protocollo hand-shake a tre vie. I protocolli UPD (User datagram protocol) e TCP (Transport control protocol). Principali applicazioni di rete: Domain Name Server (DSN), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP). Esercizi ed esempi applicativi.

6. Reti wireless e protocollo Bluetooth – Introduzione, vantaggi/svantaggi rispetto alle reti cablate, classificazione delle reti wireless, reti powerline, reti ottiche, reti a radiofrequenza, reti a microonde, reti cellulari, reti satellitari, tecniche di trasmissione spread-spectrum: direct sequence e frequency hopping. Reti LAN IEEE802.11, access point, roaming, registrazione dei nodi, protocollo CSMA/CA (Collision Avoidance), probabilità di errore, IEEE 802.15.1 (Personal Area networks). Protocollo Bluetooth, struttura del frame Bluetooth. Esercizi ed esempi applicativi.

7. Streaming video e streaming audio – Definizione di streaming. Correlazione e ridondanza temporale, progettazione di uno schema di codifica. Principali schemi di codifica video (MPEG, H.263) e principali utilizzi nei moderni canali trasmessivi. Esercizi ed esempi applicativi.

8. Streaming Multimediali – Sincronizzazione di singoli stream (audio, video, testo, etc.) e tecniche per consentire la loro acquisizione, spedizione, ricezione ed esecuzione sincronizzata. Esercizi ed esempi applicativi.

Attività di Laboratorio

Durante il corso sono previste specifiche esercitazioni di laboratorio relative all’uso e alla configurazione delle reti:

(1) Connettività fisica ad una rete: scheda di rete, connettori, patch panels, hub, switch, mezzi trasmissivi

(2) Installazione, configurazione e manutenzione di una rete TCP/IP

(3) Programmi di utilità integrati nei sistemi operativi e uso di software di rete per assegnazione di indirizzi di rete IP pubblici / privati

(4) Configurazione di un Access Point Wireless e di una Rete Wi-Fi (WLAN).

(5) Applicazioni Client-Server con programmazione in linguaggio PHP.

Testi di riferimento
[1] J. Kurose and K. Ross, Reti di Calcolatori e Internet: Un approccio top-down, Pearson Education Italia, (Settima Edizione), 2021

[2] D.E. Comer “Computer Networks and Internet”, (Sesta Edizione), Prentice Hall, 2018

[3] A.S. Tanembaum, D.J. Wetherall, Fondamenti di Reti di Calcolatori, Pearson Education Italia, (Quinta Edizione), 2018.