1. Assignment introduction

This assignment includes three parts. Part 1 is to code an Instant Messenger in Python 3.10. Part 2 is to analyse a wireless transmission scenario and design your protocol. Part 3 is to demonstrate your understanding of switch operations. For detailed descriptions and tasks, please refer to the individual parts.

You should hand in your completed assignments via Blackboard Ultra. The deadline for your submissions is 2pm Thursday February 9th, 2023. Each of you should include the following five files in your submission: the client source code (client.py), the server source code (server.py), the log file (server.log), a readme.txt containing any notes about the usage of the program and a PDF file answering the tasks in Part 2 and Part 3.

Please note that all submissions will be subject to plagiarism and collusion checks.

2. Assignment descriptions and tasks

Part 1: Implement an instant messenger (45 marks)

Note that all code should be written in Python 3.10 and must be stored in files named server.py and client.py. All code must run in Windows. Code must be stored in files named server.py and client.py. You must use the “socket” library directly (i.e., not via any other Python module) for network communications.

You  are  required  to  implement  a  client-server  system,  which  implements  an  instant messenger using TCP allowing users to chat with each other. This instant messenger will consist of a client and a server program. You should be able to invoke server and client as follows:

python server.py [port]

python client.py [username] [hostname] [port]

For example, python client.py John 127.0.0.1 12000 would enable a client using the username “John” to connect to 127.0.0.1 (i.e., the local system) via port number 12000.

Please complete the following functions required for the server or clients in your programs.

1) The server and clients should implement the following functionality (28 marks):

•   When a client connects, display a simple welcome message from the server. Note that this message must be sent over a network  socket and should not be hardcoded on the client side. On the server, print where the connection is coming from (IP address and port number).

•   Allow multiple clients to connect.

•   On the client, provide an input prompt allowing the client to send messages.

•   Client should be able to send multiple messages. These messages should be displayed to all currently connected clients.

•   Use the username passed to client.py to print “ [username] has joined” or “[username] has left” on all connected clients whenever a client connects or disconnects from the server (even when leaving due to connection loss).

•   Also display the username in front of each message, so users can tell who is saying what.

•   One of the connected clients disconnecting should not cause the server to crash.

2) Logging (5 marks)

Produce  a  log  file  called  server.log  when  the  server  is  run.  This  log  should  contain information  about  all  clients  connecting,  disconnecting,  as well  as  any messages  sent. Sample output showing at least two clients connecting, chatting and disconnecting should be included in the submission.

3) Clients upload a file to server (12 marks)

This task is to enable a client to upload a file to the server. The ability to upload a simple text file will be acceptable. In detail,

•   The server should be able to create an uploads folder for each client. This folder will contain the files being uploaded to the server from a client. Please use the username of the respective client to name each uploads folder. For example, a client with username “client1” should have an uploads folder named “client1” on the server.

The uploads folder can be created at any time as long as it is present by the time uploaded files are received by the server. Please ensure that your code can create distinct uploads folders for multiple clients. (6 marks)

•   Each client should be able to upload files to its uploads folder on the server. The files and uploads folders can be hosted within the same folder as your source code.

Please ensure that your code can enable multiple clients to upload their files to their uploading folders. (6 marks)

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Hints for Part 1 A:

1.   Be sure to build up the functionality of your application step by step, for example, do not attempt to write the entire server before starting the client.

2.   If you are unsure of how to start, I suggest you to have a look at the lab assignments 2 & 3.

3.   I also suggest using a dictionary to store all current connections. Ensure that when a client drops out, that connection is removed from the dictionary.

4.   You may find it useful to look at non-blocking  sockets and  select(), to ensure that all messages can be received. E.g. (note the format of the if statement):

r,w,e=select.select([client.connection],[],[client.connection])

if client.connection in r: [...]

5.   It is ok to send all messages directly as fixed length byte arrays over the sockets.

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Part 2: Analyse a simple wireless network (20 marks)

Refer to the following wireless network scenario.

Assume a wireless network consists of an access point (denoted as X) and two wireless nodes (denoted as A and B respectively). Assume that wireless nodes A and B cannot hear each other’s transmissions, but they can hear X (i.e. X can hear A and B). Suppose

•   At time 0 μs, X is sending a packet to some other node and it completes sending this packet at time 100 μs.

•   At time 20 μs, a packet becomes available for transmission at A.  A needs 150 μs to send this packet.

•   At time 60 μs, a packet becomes available for transmission at B.  B needs 100 μs to send its packet.

•   Let the value of the backoff timer for A be 40 μs and the value of the backoff timer for B be 60 μs.

1)  Sketch the  above described topology to include wireless nodes X, A, B,  and their coverage. You may use tools such as Word, Paint, Visio, etc. to complete this topology. (5 marks)

2) Analyse the above transmission situation and describe the transmission procedure. In your description, clearly state which node starts to sense and transmit at what time and how long it would take. Start your description from 0 us in the network. Suppose the network only uses CSMA/CA without the RTS/CTS scheme. (15 marks: 3 marks for the access point, 6 marks for each of the wireless nodes)

Part 3: Understand switch operations (20 marks)

We have 5 devices connected to an 8-port switch. Each device is numbered starting with 0, and each port of the switch is also numbered starting with 0.

•   Device 0 has MAC address 40-4A- 18-B2-63-DA and is connected to port 0 of the Switch.

•   Device 1 has MAC address 00-0C-2B-AF- 18-7B and is connected to port 1 of the Switch.

•   Device 2 has MAC address 00- 1D-D1-BC-DF-73 and is connected to port 2 of the Switch.

•   Device 3 has MAC address AC-D9-D6-57-24-A3 and is connected to port 3 of the Switch.

•   Device 4 has MAC address 04-5D-56-3E-A3-B4 and is connected to port 4 of the Switch.

The switch and all the devices are cold-started, and the following Ethernet frames are sent on the network in sequence:

•   Frame 0 (source 40-4A- 18-B2-63-DA destination 04-5D-56-3E-A3-B4)

•    Frame 1 (source AC-D9-D6-57-24-A3 destination 00-0C-2B-AF- 18-7B)

•    Frame 2 (source 40-4A- 18-B2-63-DA destination 00- 1D-D1-BC-DF-73)

•    Frame 3 (source 00-0C-2B-AF- 18-7B destination 00- 1D-D1-BC-DF-73)

•    Frame 4 (source 40-4A- 18-B2-63-DA destination 00-0C-2B-AF- 18-7B)

•   Frame 5 (source 04-5D-56-3E-A3-B4 destination 00-0C-2B-AF- 18-7B)

1)  The following questions ask you to find out which of these frames will be sent out from selected ports. (18 marks)

•   Assume you are monitoring port 0 of the switch, which of the above frames would be sent out from this port?

•   Assume you are monitoring port 1 of the switch, which of the above frames would be sent out from this port?

•   Assume you are monitoring port 2 of the switch, which of the above frame would be sent out from this port?

•   Assume you are monitoring port 3 of the switch, which of the above frame would be sent out from this port?

2)  Give the switching table that the switch forms after forwarding these 5 frames. (2 marks)

3. How to submit?

You will submit five files:

-     server.py

-     client.py

-     server.log

-     readme.txt

-     a .pdf file. In this file, you present your answers for Part 2 and Part 3. A template for the .pdf file is in the “Assignment” folder of the Networks sub-module on Blackboard Ultra.

Please   compress   all   files   into   a   single   .zip   file,   and   name   your   .zip   file   as “YourName_YourID.pdf” (make sure to replace “YourName” with your own name and “YourID”    with    the    ID    given    to    you    by    the    University.    For    example, JohnDavidson_cgab36.pdf). Please upload your compressed file to Blackboard Ultra for submission.

The submission deadline is 2pm Thursday February 9th 2023.

4. Collaboration policy

You may discuss your work with anyone, but you must do your work yourself and comply with        the        University        rules        regarding        plagiarism        and        collusion (https://www.dur.ac.uk/learningandteaching.handbook/6/2/4/1/). Your submissions will be assessed for collusion and plagiarism.

5. Feedback Sheet