Curs 2009-2010

Arquitectura de Xarxes (12486)

Titulació / Estudis: Enginyeria en Informàtica / Enginyeria Tècnica en Informàtica
Curs: tercer
Període: primer trimestre
Nombre de crèdits ECTS: 4,8 crèdits
Nombre total d'hores de dedicació a l'assignatura: 120 hores
Llengua de docència: Català

1. Presentació de l'assignatura

En aquesta assignatura es pretén que l'estudiant conegui les particularitats dels diferents medis de transmissió que actualment s'utilitzen per al transport digital de dades i de continguts multimèdia. L'assignatura es centrarà en les tècniques que s'apliquen als nivells físics i d'enllaç.

L'alumne aprendrà quins són els fenòmens físics que impacten la transmissió de dades sobre medis elèctrics, òptics i sense fils, i com es poden detectar i corregir errors de dades. També aprendran a distingir entre els diferents tipus de xarxes locals veient els seus avantatges i els seus inconvenients.

Per tant l'assignatura proporciona els fonaments essencials per la comprensió de les tecnologies de transmissió de dades, indispensables en el món d'informàtica d'avui.

L'assignatura és obligatòria per als estudiants. Per als estudiants d'Enginyeria Tècnica d'Informàtica, aquesta assignatura complementa l'assignatura Xarxes del segon curs, per donar una visió completa dels primers tres nivells (nivell físic-enllaç-xarxa) de la torre de protocols TCP/IP o OSI.

Per als estudiants d'Enginyeria d'Informàtica, aquesta assignatura complementa l'assignatura Introducció Xarxes d'Ordinadors del segon curs, i en combinació amb l'assignatura troncal Xarxes I del tercer curs donarà una visió global de quatre nivells de la de la torre de protocols TCP/IP o OSI: nivell físic, enllaç, xarxa i aplicació.

2. Prerequisits per al seguiment de l'itinerari formatiu

Per poder fer l'assignatura, cal tenir coneixements de matemàtiques, sobre tot dels principis d'anàlisi matemàtica (equacions polinomis, derivació i integració, etc). Amés l'assignatura construeix sobre conceptes bàsics de computadors tal com els càlculs binaris i hexadecimals, la lògica, la noció de protocols i de crides al sistema operatiu.

Aquesta assignatura fa servir conceptes adquirits anteriorment en les assignatures:
- Computadors I, II i III
- Anàlisi Matemàtica
- Anàlisi Numèrica
- Fonaments Físics de la Informàtica

Per tant recomanem que l'estudiant hagi aprovat aquestes assignatures abans de fer l'assignatura Arquitectura de Xarxes.

3. Competències a assolir en l'assignatura

Competències generals

Competències específiques

Instrumentals
1. Anàlisi i síntesi. Capacitat d'analitzar casos reals, i, sintetitzant els coneixements adquirits, aplicar-los per resoldre problemes.

2. Coneixement general bàsic sobre xarxes.

3. Coneixements bàsics de la professió.

4. Resolució de problemes.

Interpersonals
5. Cooperació i treball en grup

Sistèmiques
6. Capacitat per aplicar el coneixement a la pràctica.

7. Comprensió i anàlisi de les situacions.

8. Resoldre els problemes i les pràctiques de forma individualitzada.

1. Comprensió de les bases de la comunicació digital: digitalizació, multiplexació i commutació

2. Coneixement de medis físics i les seves característiques (fil de coure, coaxial, fibra òptica, radio)

3. Comprensió dels fenòmens atenuació, distorsió i soroll, i de les solucions per minimitzar el seu efecte

4. Càlcul de les velocitats de modulació i de transmissió (formules de Nyquist i Shannon)

5. Aplicació de codis per detectar i corregir errors de bit (Hamming, CRC)

6. Aplicació de protocols de control de flux (ARQ, Go Back N, Selective Repeat)

7. Anàlisi de topologies de xarxes locals i els seus protocols MAC, en particular Ethernet (CSMA/CD) i protocols d'anells

8. Comprensió de les particularitats de xarxes sense fills (WiFi, GSM, UMTS) comparats amb xarxes fixes

4. Objectius d'aprenentatge

En aquesta assignatura es vol aconseguir que l'alumne conegui les característiques dels medis físics i de les topologies de xarxa més comuns, i que sàpiga aplicar les tècniques bàsiques de enllaç de dades de punt a punt.

Més concretament, es pretén que l'alumne sàpiga:
- analitzar els avantatges i inconvenients de les diferents topologies de xarxa local en situacions concrets
- calcular propietats com l'atenuació i la màxima velocitat de transmissió per a un medi de transmissió concret
- aplicar tècniques de detecció i correcció d'errors
- programar i configurar un protocol de control de flux

5. Avaluació

L'avaluació de l'assignatura es fa a partir dels tres components següents:

- Examen escrit de teoria sobre tota la matèria de l'assignatura que es fa al final del trimestre i consta d'un test i un conjunt de problemes.
- Examen escrit de pràctiques que es fa al final del trimestre i consta d'un conjunt de problemes relacionats amb les pràctiques realitzades. L'objectiu principal d'aquest examen de pràctiques és comprovar si l'alumne va realment participar en la realització de les pràctiques.
- Lliuraments de pràctiques que es demanaran durant el trimestre. Aquests lliuraments no són obligatoris, però poden millorar la nota i reduir la dependència de la nota final de l'examen de pràctiques segons la formula explicada a continuació.
- Exercicis individuals i en grup que es faran durant el trimestre. El lliurament d'exercicis comptarà com 20% de la nota final.

Per a aprovar l'assignatura cal haver obtingut almenys una nota de 4 a l'examen de teoria i una nota 4 a l'examen de pràctiques.

Si es compleixen aquestes condicions, la nota final serà la suma ponderada de les següents notes: 50% de l'examen de teoria, 30% de les pràctiques i 20% dels exercicis. Es a dir:

Nota_final = Nota_exercicis * 0,2 + Nota_ examen_teoria * 0,5 + Nota_pràctiques * 0,3

La nota de pràctiques es calcularà a base de l'examen de pràctiques (obligatòria) i dels lliuraments (no obligatoris) de tal manera que el pes dels lliuraments augmenta proporcionalment amb la seva nota.

Si la nota de l'examen de pràctiques supera la nota dels lliuraments, la nota de pràctiques és igual a la nota de l'examen de pràctiques. Si la nota de l'examen de pràctiques és inferior a la nota dels lliuraments, la nota de pràctiques es calcula amb la següent formula:

Nota_pràctiques = p * 10 + (1-p) * Nota_examen_pràctiques

p = Nota_lliuraments_pràctiques / 20

Llavors, els lliuraments poden arribar a formar com a mínim 0% i com a màxim 50% de la nota de pràctiques, dependent de la nota. En quant més alta la nota de lliuraments (sempre que sigui inferior a la nota de l'examen de pràctiques), més compta en la nota de pràctiques i per tant en la nota final de l'assignatura.

6. Continguts

6.1. Blocs de contingut
    - Bloc de contingut 1. Introducció: tipus de xarxes i bases de la comunicació digital.
    - Bloc de contingut 2. Transmissió de dades sobre medis físics.
    - Bloc de contingut 3. Enllaç de dades.
    - Bloc de contingut 4. Xarxes locals.
    - Bloc de contingut 5. Xarxes sense fils.

6.2. Concreció dels continguts

Bloc de contingut 1. Introducció
- Història breu de la comunicació
- Tipus de xarxes i la seva evolució
- Els models de referència de la comunicació digital (OSI i TCP/IP)
- Multiplexació
- Commutació

Bloc de contingut 2. Transmissió de dades sobre medis físics
- Medis físics i les seves característiques
- Agressions en el canal físic: atenuació, distorsió i soroll
- Modulació
- La capacitat del canal físic (teoremes de Nyquist i Shannon)
- La qualitat del canal
- Operant al límit de les capacitats del canal: ADSL

Bloc de contingut 3. Enllaç de dades
- El concepte d'enllaç: correcció d'errors i control de flux
- Sincronització
- Detecció i correcció d'errors: codi Hamming i Cyclic Redundancy Check
- Protocols de control de flux: Stop-Wait, ARQ, Go Back N, Selective Repeat
- Connexió telefònica a l'Internet: el protocol PPP

Bloc de contingut 4. Xarxes locals
- Control d'accés als medis compartits (subnivell MAC)
- Els protocols CSMA i CSMA/CD (Ethernet)
- Protocols MAC per a topologies d'anell
- Altres topologies (estrella, anell-estrella, doble bus)

Bloc de contingut 5. Xarxes sense fils
- Propietats del medi de la radiodifusió
- Els protocols MAC de WiFi (CSMA/CA, MACAW)
- Xarxes cel·lulars (GSM, GPRS, UMTS)

7. Metodologia

7.1. Enfocament metodològic de l'assignatura

Tipus	Modalitat	Descripció
Classe magistral	En aula, plenari	- Es fan servir PC, projector i pissarra com a suport de les explicacions teòriques. - Les classes de teoria es faran a base de transparències PowerPoint que serviran com apunts de classe. - Es fa la resolució de problemes i controls.
Seminari	En aula, grups reduïts	- Els alumnes formen grups de 4-5 persones per tal de discutir I solucionar problemes proposats. A cada una d'aquestes sessions s'assignarà a un o més grups la responsabilitat de fer una presentació o resoldre un problema a la pissarra.
Pràctiques	En laboratori, grups reduïts	- Pràctiques de software, centrades en l'ús d'eines informàtiques que permeten estudiar les característiques de les xarxes amb que treballen els alumnes a la Universitat. Aquestes pràctiques es fan de forma individual i s'ha de lliurar un informe explicant els resultats obtinguts. - Pràctiques de hardware, centrades en la creació de xarxes senzilles a base de Ethernet i modems. Aquesta primera part d'aquestes pràctiques es fa en grups de 3 o 4 persones. Els alumnes han de lliurar un informe individual d'aquesta pràctica explicant els resultats obtinguts.
Exercicis	Fora d'aula, individual i en grup	- Els alumnes lliuren, individualment o en grup (segons les característiques de l'exercici), solucions a problemes prèviament proposats. - Aquests exercicis solen estar relacionats amb els problemes solucionats durant els seminaris.

8. Fonts d'informació i recursos didàctics

8.1. Bibliografia bàsica
-   Andrew S. Tanenbaum, Redes de Computadoras, ISBN 970-26-0162-2, Prentice Hall, 2003

9.2. Bibliografia complementària
-   William Stallings, Comunicaciones y Redes de Computadoras, ISBN 84-205-4110-9, Prentice Hall, 2004

9.3. Recursos didàctics. Material docent de l'assignatura
-   Transparències de classe, disponibles en la web de l'assignatura

9.4. Recursos didàctics. Materials i eines de suport
- Portal Moodle per a l'interacció entre els alumnes i els professors, que allotjarà la web de l'assignatura