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 27, 201
 (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:
MWF 12:30-2:30pm or by appt.
Best way to reach me: cheung@engr.uky.edu
TA: Hasan Sajid
Email: hasan.sajid@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
Workload
Weekly to biweekly homework and labs
Pen-and-paper calculations (typed)
Computer lab exercises
Programming assignments
Extra homework for graduate students
Final project on sensor network
Two midterms (closed book) and no final
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-3
No late homework will be accepted!
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)
1-4
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)
1-5
Tasks
Weights
HW
30%
CourseParticipation
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
Text books
Core networking protocols and algorithms
KR - Computer Networking: A Top Down Approach
By James Kurose and Keith Ross
6th edition, Addison-Wesley, 2012.
Required Now
Networking science
BC - Networks Illustrated, 8 Principles WithoutCalculus (WHOLE BOOK, not individual chapters!)
By Christopher Brinton and Mung Chiang
Edwiser Scholastic Press, 2013.
Required but later
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-6
Computer Networking: A Top-Down Approach (6th Edition)
http://static.lulu.com/browse/product_thumbnail.php?productId=21064490&resolution=320
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
Computing
C programming IS REQUIRED
Learn C the Hard way by Zed Shaw
Ex. 0-26 on your own (with help from TA and Homework)
Beej’s Guide to Network programming by Brian Hall
I will cover in class
Any PC (windows or emulator) with administrativeright and a decent network connection
Needed for lab exercise
In class
Need windows laptop to follow in-class demo
Need to access Blackboard for in-class quiz
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-7
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 understanding of Internet ofThings and network science
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
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
Goal 7: Network Science
Why do AT&T and Verizon Wireless chargeme $10 a GB?
Can I really reach anyone in six steps?
Why doesn’t the Internet collapse undercongestion?
How does Google sell ad spaces?
How does Google rank webpages?
How do I viralize a YouTube video and tip aGroupon deal?
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-16
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
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
1-18
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
1-19
 (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)
1-20
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 Device Model
OPNET node model for devices:
 (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
OPNET Process Model
To simulate inner workings of protocols:
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-22
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
1-23
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
Start reviewing your C language
Homework will be posted before next lecture
1-24
 (modified by Cheung for EE586; based on K&R original)