1.Assignment introduction

This assignment includes three parts. Part 1 is to code an Instant Messenger in Python 3.11. Part 2 is to analyse a wired and wireless integrated network. 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 January 11th, 2024. 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.

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

2. Assignment descriptions  and tasks

Part 1: Implement an instant messenger (50 marks)

Note that all code should be written in Python 3.11 and must be stored in files named server.py and client.py. All code must run in Windows. 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) Server and client connection  functions  (15 marks):

a)   When a Client  connects,  on the  Server,  print  where  the  connection   is  coming  from (including  the IP address and the port number  of the  Client).

b)  When a Client  connects,  on the  Client,   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.

c)   Allow  multiple  Clients  to connect  to the  same  Server.

d)   On the Client,  provide  an input  prompt allowing  the  client  to send messages.

e)   Allow  Client  to leave the  system by implementing  a command.

f)   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.  Note  that  the leaving messages should be  displayed for intentional disconnections  (i.e., by issuing  the  command)  as well as unexpected  disconnections (say connection  interruptions  or the client  process being terminated  by the  operating system).

g)   One of the  connected  clients   disconnecting   (intentionally  or unexpectedly)   should not cause the server to crash.

2) Messaging functions  (20 marks):

a)   Client  should  be able to send multiple  messages.

b)   Client  should  be able to broadcast messages  to all other clients.  Broadcast means that a message  is sent to all other clients  excluding  the  one that sends the message.

c)   Client  should  be able to unicast  messages to another  client  individually  when there are more than two clients  in the  system.  Unicast  means  to send messages to a single client.

d)   Client  should  be able to change  between  the above messaging  modes.

e)   Create a download  folder  on Server.

f)   Allow  Client  to request  a list  of files   in  the  download  folder  on Sever.  This   should be displayed  on Client  prompt. Note that this  must  be sent over a network  socket and should  not be hardcoded  on the client  side.

g)   Client  will  be able to choose a file  to download.  Downloaded  files  should be put in a folder  named by the username  of Client.  Note that  this  must  be sent over a network socket and should  not be hardcoded on the client  side. Also,  files  with  different  types of content (texts, images,  videos)  should  be able to be downloaded.

3) Logging functions (8 marks):

a)   Produce a log file  called  server.log  when the server is run.

b)  This  log  should  contain  information   about all  the above  connection  and messaging functions  and activities.  Note that the log file  should  not include  the  content  of the files  downloaded.

4) Documentation  (7 marks):

Please submit  a README.txt  file  to include  clear and easy-to-follow  instructions   on how to implement  the  above functions  with your  code.

*************************************************************************

Hints for Part 1:

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.

*************************************************************************

Part 2: Analyse a wired and wireless integrated network (35 marks)

Refer to the following  network  scenario.

A wired  and wireless  integrated  network has the  following  devices  (note that the  switch  and all the devices are cold-started).

.    A wireless  access point (denoted  as X) with the MAC address XX-XX-XX-XX-XX- XX

.    Two wireless  user  devices  (denoted  as A and B respectively)   with  MAC addresses AA-AA-AA-AA-AA-AA and BB-BB-BB-BB-BB-BB  respectively

.    A layer-2  8-port switch  (denoted  as S)

.    A wired user device  (denoted as C) with the MAC address CC-CC-CC-CC-CC-CC

Assume that, in this network, devices A and B can hear each other’s transmissions.  They can also hear X and X can hear A and B. The communications  between A, B, and X adopt the CSMA/CA scheme without   acknowledging whether   a  frame  is  received  or not.   The wireless  access point  X connects to the switch  S via  a cable through  port  1. The user device C connects to the switch S via  a cable through  port 6. Suppose

.    At time   0 “s, C is sending  a frame  to the  switch  and  the destination   is some  other wireless  node covered by X. C completes  sending  this  frame  at time  50 us.

.    At time  20 us, a frame  becomes available  for transmission  at A to C.  A needs  60 μs to send this  frame.

.    At time  40 us, a frame  become  available   for transmission  at B to C. B needs 80 us to send its frame.

.    Let the value  of the backoff timer  for A be 10 us, the value  of the backoff timer  for  B be 12 us, and the value  of the backoff timer  for X be 8 us. (Suppose these backoff timers  are fixed.)  DIFS and  SIFS are 5 us for A, B, and X.

Answer the following  questions.

1)   Sketch  a topology  to  accurately   reflect  the  connections   of the  network  described above. Your  topology  should  include   all  devices  mentioned   and their  connections. As for wireless  devices, you may use coverage  to show  connections.  You may use tools such as Word, Paint,  Visio,  etc. to complete  this  topology.                           (10 marks)

2)  Which wireless  user devices above can receive  the frame  sent by C? Why?  (4 marks)

3)  At  what  time does A  start sending its frame  (i.e.,  putting   the   frame    on  the transmission  medium)   to  X? At  what  time   does  B  start  sending   its  frame  to  X? Explain.                                   (8 marks)

4)   Give the switching  table of S at 60 us.  Explain.                     (8 marks)

5)  If you connect a computer to port 2 of S, which  frame(s)  can you receive  from all the above processes?  Explain.                         (5 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. 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.zip ”  (make  sure  to  replace  “YourName”   with  your   own  name   and “YourID” with  the ID  given to you  by  the   University.   For   example, JohnDavidson_cgab36.zip). Please upload your compressed file  to Blackboard Ultra for submission.

The submission  deadline  is 2pm Thursday  January  11th 2024.

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

Code quality (8 marks):

The code should  be short,  easy to read and understand.   In particular,  this  means that:

.    Program code is commented  where necessary  for understanding.  Excessive  comments should  be avoided.

.    Programs  are appropriately  structured  (e.g.,  correct and consistent  indentation  style).

.    An  appropriate   naming   convention   is   used  for  variables,    methods/functions   and classes throughout  the project.  Seehttps://www.python.org/dev/peps/pep-0008/.

.    Appropriate  use  is made  of external  libraries   and there  is  no evidence  of redundant code, e.g. importing  unused  Python modules,  functions  that are never called,  etc.

.    Correct/appropriate  use  of conditional  statement  and iterative   statements.

.    The code is not over-engineered,  i.e. it does not introduce  unnecessary  data structures or include  overly-generic  functions.

Presentation and readability (7 marks):

Content should be concise yet clearly  describing  the full  idea and protocol.  In particular,  this means that:

.    Words  should  highly  focus  on answering   the  questions   or describing  the protocol steps. Too much background  content  or other irrelevant  content  will  lose points.  Too less words may enable the marker to match the answers to the right  questions.