E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
EE 586 Communication and Switching Networks
Lecture 1
August 28, 2012
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-1
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Welcome
Instructor: Dr. Samson Cheung
Office: Davis Marksbury Building, Rm 217
Office Hour:
T+Th 1-4pm or by appt.
Best way to reach me: cheung@engr.uky.edu
TA: Zhaohong Wang
Email: zhaohong.wang@uky.edu
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-2
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Flipped Classroom
At home:
Watch ~30min video lecture online before class
Study relevant chapters
Prepare questions about lecture and homework
Do homework
Class time:
Bring paper+pen/pencil and laptop (windows)
Q&A (5 minutes)
Short closed-book quiz (1 single-sided noteallowed)
Go over Quiz (5 minutes)
Group-based Homework Discussions (35 minutes)
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-3
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Workload
Weekly Homework and Labs
Pen-and-paper calculations (typed)
Computer lab exercises
Programming assignments
Extra homework for graduate students
Final project on sensor network
Lecture quiz (close book)
Two midterms (closed book) and no final
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-4
No late homework and make-up tests without 1-day notice!
Cheating or Plagiarism = Expel from class/department/school
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Course Content
Public course website:
Syllabus
Video Lecture, Homework
Blackboard (Bb)
Solutions to homework
Administrative: Email, Grades, Office hours
No Bb account?
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-5
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Grading
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-6
Tasks
Weights
HW
30%
Quizzes
10%
Midterm 1
15%
Midterm 2
15%
Final Project
30%
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Requirements
Text book:
K&R: Computer Networking: A Top Down Approach , 6thedition by Kurose & Ross, Addison-Wesley, 2012.
Shelby and Bormann:6LoWPAN: The wireless EmbeddedInternet, Wiley, 2009.
Prerequisite
CS115 – programming skills
MA320 – discrete probability
EE 280 – Boolean algebra
Any PC (windows or emulator) with administrativeright and a decent network connection
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-7
Computer Networking: A Top-Down Approach (6th Edition)
6LoWPAN: The Wireless Embedded Internet (0470747994) cover image
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Learning Outcomes
1.To understand the layer architecture
2.To design simple networking applications
3.To compare and contrast TCP and UDP
4.To understand routing algorithms
5.To compare different link layer protocols
6.To understand the challenges of mobility
7.To have an in-depth understanding of theInternet of Things
Detailed syllabus in handout & course website
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-8
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Goal 1: Layer Architecture (Ch. 1)
Application Layer
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Link Layer
Physical Layer
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-9
OSI Layers
Application
Transport Protocol
Internet Protocol
Link Access
Physical
Internet Layers
W:\Editorial\Mona\Kumar PPT figures\Chapter 2\02-22.WMF
ITU’s data, control & management planes
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Goal 2: Applications (Ch. 2)
Common Applications
Web Access – HTTP
Mail – SMTP
Name <-> IP address – DNS
Distributed file distribution – P2P
Cloud Computing
Specialized Applications
Multimedia Streaming
Network Security
Build your own applications
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-10
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Goal 3: TCP and UDP (Ch. 3)
IP layer provides a simple, unreliable and error-prone packet pipe
Most commonly used end-to-end protocols
end-to-end: between sender and receiver
Protocol: request/action and message format
How TCP and UDP provide
Error detection to detect transmission error
Re-transmission to handle packet loss
Sequencing to handle out-of-order
Flow control to prevent host from being swamped
Congestion control to prevent flooding the internet
Fairness so that everybody gets a fair use of the internet
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-11
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Goal 4: Routing Algorithm (Ch. 4)
Over 4 billion IPlocations (IPv4)
IPv6 offers almostone duodecillion(1039) addresses
How to get from hostA to host B?
Addressing
Find the shortest path
Capability to handlefailure
Fast switching in router
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-12
File:Internet map 1024.jpg
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Goal 5: Link Layer Protocols (ch. 5)
Protocols that govern local access networks(LAN) – our department, your apartment, etc.
How IP addresses get mapped to localaddress?
Ethernet
Self-learning
Multiple Access: CSMA/CD
Switch
Virtual LAN
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-13
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
View Image
Goal 6: Wireless+Mobility (ch. 6)
Wireless
Extremely error-prone – better errorcorrection and robust modulation
Power versus Capacity versus Interference
802.11: WiFi and 802.15.4: Bluetooth
6LoWPAN: “Internet of Things”
Mobility
People move around – how to find whichnetwork to forward packets
Handoffs from network to network
Cellular Mobile Network & Mobile IP
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-14
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Goal 7: Internet of Things (6LoWPAN)
Network every THING
THING = sensors andactuators
How is it different fromthe traditional network?
Small size, huge number
Low data rate
Always On
Low Power
Specialized
Why should we care?
Smart home
Military
Transportation
Healthcare
Education
Manufacturing
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-15
http://www.comsoc.org/sites/default/files/imagecache/blog_image/blog_images/theinternet.jpg
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
1-16
Packet Sniffer
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
1-17
Wireshark, a packet sniffer
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Network simulator: OPNET
OPNET is a software package allowing you to testnew network design, protocols, etc. withoutactually having the real devices
Great flexibility in setting up parameters from thephysical layer to application layer simulatingcomplex real scenarios
Leading simulator used in industry
It is Network Design as SPICE to Circuit Design
1-18
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
OPNET Network Model
Test and simulate entire networks
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-19
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
OPNET Device Model
OPNET node model for devices:
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-20
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
OPNET Process Model
To simulate inner workings of protocols:
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-21
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Final Project
1-22
http://inst.eecs.berkeley.edu/%7Ecs194-5/sp08/lab1/telosb.JPG
Sensor Mote (TelosB)
2.4GHz 802.15.4 radio, 250kps
8MHz processor, 10k RAM,48k Flash
Fast wakeup (6s)
1MB external flash (16segments, each 64kB)
Ultra low current consumption
http://www.easysen.com/images/SBTwT2.jpg
SBT80 – Eight Sensor channels
visual light, infrared, acoustic,temperature, dual-axis magnetometer anddual-axis accelerometer
http://www.eecs.berkeley.edu/%7Eyang/software/CITRIC/cameraboard_tmote_battery.jpg
CITRIC Camera
Intel XScale PXA270 (up to624 MHz, 32 bit CPU)
RAM: 64 MB
ROM: 16 MB
Camera: OV9655 (1280 x1024 pixel @ 15 fps, 640 x480 pixel @ 30 fps)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Engineering
Department of
Before next lecture
Read K&R Chapter 1.1 – 1.3, 1.7
Watch video lecture
Install OPNET and Wireshark (see instructionsin homework)
1-23
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)