Δίκτυα Υπολογιστών

Γενικά

• Κωδικός Μαθήματος: 1701
• Εξάμηνο: 7ο
• Τύπος Μαθήματος: Επιστημονικής Περιοχής - Ανάπτυξης Δεξιοτήτων (ΕΠ-ΑΔ)
• Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό (ΥΠ)
• Γνωστική Περιοχή: Επικοινωνίες και Δίκτυα (ΕΔ)
• Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
• Διδασκαλία Εργαστηρίου: 2 ώρες/εβδομάδα
• Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
• Ηλεκτρονική σελίδα μαθήματος: http://aetos.it.teithe.gr/~vitsas/page6.htm
• Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
• Συντονιστής: Βίτσας Βασίλης
• Διδάσκοντες: Αμανατιάδης Δημήτριος, Τσιρογιάννης Ανδρέας

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει τον φοιτητή στις βασικές αρχές των πρωτοκόλλων του μοντέλλου TCP/IP και των ζητημάτων σχετικά με τις προδιαγραφές και την παροχή υπηρεσιών στο Διαδίκτυο (Internet). Επιμέρους στόχους του μαθήματος συνιστούν (α) η γνώση της διευθυνσιοδότησης στο Διαδίκτυο (β) ο υπολογισμός των διευθύνσεων των σταθμών εφαρμόζωντας τις διαδικασίες της υποδικτύωσης και της υπερδικτύωσης (γ) η γνώση των διαδικασιών αναφοράς και διόρθωσης σφαλμάτων στο Διαδίκτυο χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο ICMP (δ) η κατανόηση των προβλημάτων που προκύπτουν κατά την διαδικασία μεταφοράς πακέτων πληροφορίας από άκρου-σε-άκρο (ε) η γνωση των διαδικασιών του πρωτοκόλλου δικτύου ΙΡ που επιτυγχάνουν την μεταφορά πακέτων πληροφορίας από άκρου-σε-άκρο (στ) η κατανόηση των προβλημάτων που αντιμετωπίζονται στο επίπεδο μεταφοράς του μοντέλλου TCP/IP (ζ) η γνωση των διαδικασιών των πρωτοκόλλων μεταφοράς TCP και UDP και (η) κατανόηση των σημαντικότερων εφαρμογών του Διαδικτύου (electronic mail, FTP, World-Wide-Web, κλπ). Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει:

• Να γνωρίζει τις διαδικασίες διευθυνσιοδότησης στο Διαδίκτυο για την επιτυχή και αποτελεσματική επικοινωνία των συνδεδεμένων σταθμών του Διαδικτύου
• Να αξιολογεί τη σημασία της ύπαρξης του μοντέλλου TCP/IP
• Να διακρίνει την λειτουργικότητα των διευθύνσεων επιπέδου Σύνδεσης και επιπέδου Δικτύου
• Να εκθέτει τα προβλήματα που προκύπτουν κατά την υλοποίηση του πρωτοκόλλου Δικτύου IP και των πρωτοκόλλων μεταφοράς TCP και UDP
• Να γνωρίζει τις διαδικασίες που υλοποιούνται από το πρωτόκολλο ΙΡ για την επιτυχή μεταφορά πακέτων στο Διαδίκτυο
• Να εκτιμά την απόδοση των διαδικασιών του πρωτοκόλλου Δικτύου ΙΡ σε σύγκριση με εναλλακτικές διαδικασίες
• Να διακρίνει τις σημαντικές αποφάσεις που λαμβάνονται στο σχεδιαδμό των πρωτοκόλλων επιπέδων δικτύου και μεταφοράς για την αποδοτική επικοινωνία υπολογιστών στο Διαδίκτυο

Γενικές Ικανότητες

• Πρακτική εξάσκηση στο εργαστήριο
• Αυτόνομη εργασία για την εκπόνηση των ασκήσεων του εργαστηρίου
• Αναζήτηση πληροφοριών στο διαδίκτυο

Περιεχόμενο Μαθήματος

Εισαγωγή: Διαδικτύωση, ανοικτή διασύνδεση συστημάτων, υπηρεσίες και εφαρμογές του Internet, ιστορικά στοιχεία.
Διαστρωμάτωση πρωτοκόλλων: Αρχή διαστρωμάτωσης, μοντέλο αναφοράς ISO, πρωτόκολλο Χ.25, μοντέλο αναφοράς TCP/IP.
Αρχιτεκτονικό μοντέλο διαδικτύωσης: Διασύνδεση σε επίπεδο εφαρμογών και δικτύων, ιδιότητες και αρχιτεκτονική του Internet.
Διευθυνσιοδότηση στο Internet: Μοντέλο διευθυνσιοδότησης με κλάσεις, υποδικτύωση και υπερδικτύωση, ειδικές διευθύνσεις IP (κατευθυνόμενης εκπομπής, περιορισμένης εκπομπής, βρόχου επαναφοράς).
Πρωτόκολλο ARP (Address Resolution Protocol): Αντιστοίχιση διευθύνσεων IP με φυσικές διευθύνσεις, άμεση αντιστοίχιση, δυναμική δέσμευση, κρυφή μνήμη, βελτιώσεις του ARP, υλοποίηση του ARP, μορφή μηνύματος ARP, αντίστροφο πρωτόκολλο ανάλυσης διευθύνσεων (RARP).
Πρωτόκολλο Internet (IP): Ασυνδεσμικό σύστημα παράδοσης πακέτων, σκοπός του πρωτοκόλλου ΙΡ, μορφή αυτοδυνάμου πακέτου ΙΡ, πεδία κεφαλίδας πακέτου ΙΡ, κατάτμηση και ανασυναρμολόγηση πακέτων, χρόνος ζωής, επιλογές πακέτου ΙΡ (καταγραφή δρομολογίου, επιλογή δρομολογίου προέλευσης, επιλογή «χρονοσφραγίδας»), δρομολόγηση αυτοδύναμων πακέτων ΙΡ (άμεση και έμμεση παράδοση, δρομολόγηση επομένου άλματος).
Πρωτόκολλο ICMP: Αναφορά και διόρθωση σφάλματος, παράδοση μηνυμάτων ICMP, μορφή μηνυμάτων ICMP, εντολή ping, συμφόρηση, καταστολή προέλευσης.
Δρομολόγηση στο Internet: Στατική και δυναμική δρομολόγηση, η έννοια του αυτοδύναμου συστήματος, μετρικές και απόδοση δρομολόγησης, πίνακες δρομολόγησης, αλγόριθμοι δρομολόγησης (συντομότερης διαδρομής, με πλημμύρα, διανύσματος απόστασης, με κατάσταση συνδέσμων), πρωτόκολλο πληροφοριών δρομολόγησης (RIP), πρωτόκολλο προτεραιότητας ανοίγματος συντομότερης διαδρομής (OSPF), πρωτόκολλο συνοριακής πύλης (BGP).
Πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (UDP): Προσδιορισμός τελικού προορισμού, μορφή μηνυμάτων UDP, ενθυλάκωση και διαστρωμάτωση UDP, πολύπλεξη / αποπολύπλεξη, θύρες UDP.
Πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (TCP): Αξιόπιστη υπηρεσία μεταφοράς ρεύματος δεδομένων, ιδιότητες, συρόμενα παράθυρα, θύρες TCP, λειτουργίες παθητικού/ενεργητικού ανοίγματος, αριθμοί ακολουθίας, μεταβλητό μέγεθος παραθύρου και έλεγχος ροής, μορφή κεφαλίδας TCP, επιλογή μέγιστου μεγέθους τμήματος, εγκαθίδρυση και αποδέσμευση σύνδεσης TCP, επιβεβαιώσεις, λήξη χρόνου αναμονής και αναμετάδοση, χρόνος διαδρομής, έλεγχος συμφόρησης (παράθυρο συμφόρησης, αποφυγή συμφόρησης με πολλαπλασιαστική μείωση, ανάκαμψη αργής εκκίνησης, απόρριψη ουράς, τυχαία πρώιμη απόρριψη), σύνδρομο ανόητου παραθύρου, καθυστερημένες επιβεβαιώσεις.
Ονοματοδοσία με το σύστημα ονομάτων περιοχών (DNS): Ονόματα περιοχών διαδικτύου, ιεραρχία και αρχιτεκτονικές διακομιστών ονομάτων περιοχών, βελτιστοποίηση απόδοσης, σύντμηση ονομάτων περιοχών.
Υπηρεσίες και εφαρμογές διαδικτύου: Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Μεταφορά και προσπέλαση αρχείων. Παγκόσμιος Ιστός. Τηλεσύνδεση. Διαδικτυακή Τηλεφωνία.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

• Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
• Πρόσωπο με πρόσωπο διδασκαλία στο εργαστήριο (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Χρήση της εκπαιδευτικής έκδοσης του προσωμοιωτή RIVERBED για την ανάλυση της αποδοτικότητας δικτύων και άμεση εξέτασης της αποδοτικότητας ενναλακτικών προτάσεων.
• Χρήση του λογισμικού ανάλυσης πρωτοκόλλων δικτύων υπολογιστών Wireshark για την διαδικασία ενθυλάκωσης και απενθυλάκωσης της πληροφορίας.
• Υποστήριξη της μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας Moodle

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (60%) στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος που περιλαμβάνει:
- Ασκήσεις που αφορούν την αρχιτεκτονική του μοντέλλου TCP/IP, την λειτουργία και τις βελτιώσεις του πρωτοκόλλου ARP,τα πρωτόκολλα δρομολόγησης στο Internet και την ονοματοδοσία με το σύστημα ονομάτων περιοχών
- Διαδικασία υποδικτύωσης σε πραγματικές συνθήκες με μάσκες μεταβλητού μεγέθους
- Ασκήσεις στις υπηρεσίες και τις εφαρμογές του Διαδικτύου
- Ερωτήσεις στο πρωτόκολλο ΙΡ που περιλαμβάνουν την λειτουργικότητα των πεδίων την κεφαλίδας του πακέτου ΙΡ, τις διαδικασίες κατάτμησης και επανασυναρμο-λόγησης πακέτων και τα πεδία των επιλογών πακέτων ΙΡ.
- Ερωτήσεις που περιλαμβάνουν την λειτουργικότητα του πρωτοκόλλου ελέγχου μετάδοσης (TCP), την διαδικασία συρόμενων παραθύρων, τις θύρες του TCP, τις λειτουργίες ενεργού/παθητιοκού ανοίγματος, τον έλεγχο ροής και το παράθυρο συμφόρησης.

ΙΙ. Εξάσκηση στο εργαστήριο (40%)

- Ασκήσεις για πρακτική εξάσκηση, σε εβδομαδιαία βάση
- Τελική εξέταση στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος με ασκήσεις (α) στην εκπαιδευτική έκδοση του προσωμοιωτή RIVERBED στα πρωτόκολλα Ethernet, IP και στην δρομολόγηση πακέτων και (β) ασκήσεις στο λογισμικό ανάλυσης πρωτοκόλλων δικτύων υπολογιστών Wireshark πάνω στην διαδικασία ενθυλάκωσης και απενθυλάκωσης της πληροφορίας.


Το ως άνω σχήμα αξιολόγησης στο θεωρητικό και στο εργαστηριακό μέρος του μαθήματος γνωστοποιείται στους ενδιαφερόμενους φοιτητές (α) μέσω της ιστοσελίδας του τμήματος, (β) μέσω των σελίδων του μαθήματος στην ηλεκτρονική πλατφόρμα Moodle, και (γ) με ανακοινώσεις στη διάρκεια των πρώτων διαλέξεων και συναντήσεων στο εργαστήριο κατά την έναρξη του κάθε ενός ακαδημαϊκού εξαμήνου.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"

1. Βιβλίο [77106973]: Δικτύωση Υπολογιστών, 7η Έκδοση, James F. Kurose, Keith W. Ross
2. Βιβλίο [13637]: ΔΙΑΔΙΚΤΥΑ ΜΕ TCP/IP: ΑΡΧΕΣ, ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ, ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ, DOUGLAS E. COMER

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

1. Larry L. Peterson, Bruce S. Davie, «Δίκτυα Υπολογιστών : Μια προσέγγιση από την σκοπιά των συστημάτων», μετάφραση του “Computer Networks: A Systems Approach”,4η αμερικάνικη έκδοση, Εκδόσεις Κλειδάριθμος.
2. Emad Aboelela, “Ασκήσεις Προσομοίωσης Δικτύων”, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2010.
3. S. Tanenbaum, “Δίκτυα Υπολογιστών”, 5η αμερικάνικη έκδοση, Κλειδάριθμος, 2010.
4. Α. Αλεξόπουλος και Γ. Λαγογιάννης, “Τηλεπικοινωνίες και Δίκτυα Υπολογιστών”, 10η έκδοση, 2016.

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

1. Douglas E. Comer, Internetworking with TCP/IP, 6th Edition, Addison-Wesley, 2013
2. Douglas E. Comer, Computer Networks and Internets, 6th Edition, Addison-Wesley, 2014
3. James F. Kurose, Keith W. Ross, Computer Networking: A Top-Down Approach, 6th Edition, Pearson, 2012
4. Larry L. Peterson, Bruce S. Davie, Computer Networks, Fifth Edition: A Systems Approach, The Morgan Kaufmann Series in Networking, 2011.
5. Emad Aboelela, Network Simulation Experiments Manual, 5th Edition, The Morgan Kaufmann Series in Networking, 2011.
6. Andrew S. Tanenbaum, David J. Wetherall, Computer Networks, 5th Edition, Prentice Hall, 2010

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. IEEE Communications Magazine
2. IEEE Transaction on Communications
3. IEEE Communications Surveys & Tutorials