meta data for this page
  •  

© Lauri Anttila

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkotehtävä 1. Tietoliikenne on käsitteenä suuri. Tietoliikenteen käsitteistä ensimmäisenä mieleen tulee tiedonsiirto, protokollat, TCP/IP yms. Kokonaisuutena tietoliikennetekniikka liittyy, jokapäiväiseen toimintaa. Miten puhelimet, tietokoneet toimivat ja kommunikoivat keskenään. Miten tieto siirtyy puhelimesta tai tietokoneesta toiseen. Miten internet toimii ja millaisia vaikutuksia sillä on maailmassa? Erilaiset verkot ja yhteydet 3G, GSM, wlan, lan, bluetooth, infrapuna yms.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Kommunikointimalli:

* Kuvaa tietoliikenneprosessia

  • Tiedonsiirto laitteiden välillä
  • Lähde, lähetin, siirtojärjestelmä, vastaanotin, kohde

* Sisältää:

  • Informaation (datan merkitys jossakin tietyssä tilanteessa)
  • Datan (tiedon esitysmuoto)
  • Signaalin (tiedon fyysinen esitystapa)

* Tiedonsiirto

  • Point-to-Point (ei kannattavaa, jos useita tietokneita / etäisyydet pitkät)
  • wan/man/lan/pan

Kerrosarkkitehtuuri

* Malli tiedonsiirron kerroksellisuudesta

  • Johtaja→Sihteeri→Kuriiri
  • Osatehtäviin/vastuisiin jako

* 3 kerroksen malli

  • Sovellukset, laitteet, verkot
  • Verkkokerros(huomioitava verkko-osoitteet)
  • Kuljetuskerros (luotettavuus kommunikointiin)
  • Sovelluskerros (sovellusolioiden osoite, SAP)

OSI

*Open Systems Interconnection

  • 7 Kerrosta(jokainen kerros toteuttaa funktioita ja tarjoaa palveluitaan ylemmälle)
  • kullekin kerrokselle useita protokollia
  1. Fyysinen kerros (laitteiden liitännät, bittisiirtosäännöt)
  2. Linkkikerros (tarjoaa keinot luotettavaan siirtoon)
  3. Verkkokerros (tiedonsiirto verkon avulla)
  4. Kuljetuskerros (mekanismit tiedon välittämiseksi)
  5. Istuntokerros (lisäpalvelut)
  6. Esitystapakerros
  7. Sovelluskerros

TCP/IP

*Transmission Control Protocol, Internet Protocol

  • 5 Kerrosta
  • Sovellus-,kuljetus-,verkko-,linkki-,fyysinen kerros
  • Läpilyönti internetin kasvun takia

Protokola

*Kerrokset keskustelevat toistensa kanssa käyttämällä protokollaa

  • Toinen olio lähettää toiselle viestin, toinen reagoi siihen ja vastaa protokollan mukaisella tavalla takaisin.
  • Koostuu: Syntaksista, Semantiikasta, Ajoituksesta
  • PDU (ohjausinformaatiota ja dataa)
  • Erilaisia protokollien perustoimintoja:
  1. Virheen havainnointi
  2. Osoitteet
  3. Kanavointi
  4. Kuljetuspalvelut

* Paketointi

  • Data+ohjausinformaatio (osoite,virheen korjauskoodi, protokollan ohjausinformaatio)

*Olioiden keskustelu

  • Yhteydellisesti / Yhteydettömästi

*Osoitteet

  • Osoitustaso (olion tasojärjestelmässä)
  • Osoitteen laajuus
  • Yhteystunnisteet
  • Osoitustila
Luentopäivä 2:

Standardointi

  • fyysinen, sähköinen, toiminnallinen yhteensopivuus eri järjestelmien välillä.
  • Etuja: Vahvistaa markkinat tuotteille, yhteensopivuus
  • Heikkouksia: Jäädyttää teknologiaa, eri standardeja samoille tuotteille
  • RFC:t ovat joukko asiakirjoja, jotka kuvaavat Internetin erilaisia käytäntöjä ja teknisiä määrittelyjä eli protokollia.
  • ISO kansainvälinen standardi
  • ITU (International Telecommunication Union)
    • YK:n alainen järjestö, joten jäseniä ovat eri maiden hallitukset.

Digitaalisia Signaaleja:

  • Mitä vähemmän bittejä on käytössä, sitä nopeampi on tiedonsiirtonopeus.
  • Vaikuttavat asiat, bitin leveys (signaalin leveys), kuinka paljon tasoja.

Tiedonsiirtoa:

  • Kaista
    • Yhtenäinen taajuusalue*
  • Kaistanleveys (“Kaiken A JA O”)
    • Se osa kaistasta, missä suurin osa energiasta kulkee.

Siirtotiet:

  • Johtimellisessa(ohjatussa) siirtotiessä signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin.
  • Johtimettomalla (ohjaamattomalla), siirtotiellä tieto siirtyy langattomasti. Järjestelmä määrittää mitä tehdään.
  • Tiedonsiirtonopeus ja etäisyys tärkeitä suureita (mitä suurempi, sen parempi):
    • vaikuttaa: Kaistanleveys, siirtotien heikennys, häiriöt muista signaaleista, vastaanotinten lukumäärä.
  • Siirtoteillä voidaan välittää sekä analogisia & digitaalisia signaaleita.
    • Etäisyyksiä kasvatettaessa pitää signaalia (A)vahvistaa / (D)tahdistaa (vahvistimet / toistimet).

Kaapeleita:

  • Parikaapeli ( yleinen niin puhelin- kuin dataverkossa, erilaiset häiriötekijät vaikuttavat parikaapelin käyttöön)
    • Parikaapelilla lyhyet matkat, optisella pitkät
  • Koaksiaalikaapeli lähinnä enää tv-jakeluverkko käytössä
  • Optinen kaapeli
    • Kuitu koostuu ytimestä, heijastuskerroksesta ja kuoresta.
    • Valoaallot (Dig. signaali)*
    • Optisen kuidun käyttö: Runkoverkot, Kaupunkiverkot, Lähiverkot, Tilaajajohdot.*
    • Monimuotokuidut kärsivät signaalipulssin levenemisestä eli dispersiosta, johtuen eri etenemisreiteistä.
  • Valokuitu:
    • ohut lasista tai muovista vedetty kuitu, jonka tarkoitus on johtaa valoa, voidaan lähettää tietoa suurella nopeudella.

Sähköjohto

  • Data siirretään sähkön kanssa samassa verkossa.
  • Enemmän haittoja kuin hyötyjä.

Johtimettomat siirtotiet:

  • Signaali etenee ilmassa (tai jossain muussa väliaineessa) antennien välityksellä
  • Suunnattu(vastaanotin ja lähetin oltava sunnattu toisiinsa)
  • Suuntaamaton (aallot etenevät joka suuntaan).
  • Jako:
    • Mikrolinkit (tarkasti suunnatut lautasantennit, oltava tarpeeksi korkealla ⇒ “näköyhteysvaatimus”).
    • Satelliittilinkit (maassa sijaitsevat lähettimet ja vastaanottimet linkitetty satelliitin kautta, kaksi taajuusaluetta uplink (vastaanottaa), downlink(vahvistaa ja lähettää eteenpäin).
      • Radiotie (eroaa muista alltojen suuntaamattomuudessa, ei tarvitse lautasantenneja, eniten käytetty johtimeton siirtotie nykypäivän tietoliikenteessä, matkapuhelinjärjestelmät, bluetooth, radio-tv-lähetykset, langattomat lähiverkot).
      • Infrapuna (käytetään infrapuna-alueella olevaa valoa tiedonsiirtoon, lähettimen ja vastaanottimen oltava näköetäisyydellä, kaukosäätimet, pc↔kännykkä).

Digitaalinen data, Analoginen signaali

  • suurin käyttö yleisessä puhelin systeemissä

Vaihe

  • Vaihemuunnos, kertoo bitin mitä pitkin mennään.
  • Jos käytetään useampaa kuin yhtä signaalielementtiä, saadaan lisää nopeutta / nopeampaa tiedonsiirtoa.
  • QAM käytössä ADSL:ssä

Analoginen data, Digitaalinen signaali

  • muutetaan analogista dataa digtaaliseen muotoon kodekkia käyttämällä
  • käytettäviä keinoja:
    • pulssi koodi modulaatio
    • delta modulaatio

Analoginen data, Analoginen signaali

  • tästä pyritään eroon
  • Radiossa käytetty AM/FM tekniikka

Asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto

  • Asynkroninen:
    • Vanha, hidas, yksinkertainen tapa. Hyvä datalle jossa paljon aukkoja(näppäimistö)*
    • Bittijono ryhmitetään kehykseksi, alkaa aina aloitusbitillä⇒dataa,pariteetti-,lopetusbitti.*
  • Synkroninen:
    • Nykyaikainen tiedonsiirto, synkronoidaan kellot, rakennetaan datasta isompia kokonaisuuksia = kehykset*
    • Synkronoidaan alku, kontrolli, dataa,kontrolli, loppu*
    • Isompi tehokkuus*

Virheiden tarkastaminen

Luentopäivä 3:

Kanavointi :

  • Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettiä. ⇒Siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken ⇒ Multipleksointi eli Kanavointin
  • Yhdellä linjalla monta kanavaa käytössä.

Kanavoinnin jaottelu:

  • Taajuusjakokanavointi(FDMA)
  • Aikajakokanavointi(TDMA)
    • Synkroninen
    • Asynkroninen
  • Koodijakokanavointi(CDMA)
  • Aallonpituusjakokanavointi(WDMA)

FDMA:

  • Kukin signaalikeskittyy omalle taajuusalueelle eli kanavalle
  • Kanavien väliin jätetään riittävän suuri varmuusväli, joka estää kanavien väliset häiriöt.
  • Syötettävä data voi olla digitaalista/analogista (TV-kanavien välittäminen)

TDMA:

  • Voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille
  • Perustuu aikajakoon eli signaalien viipalointiin
  • tietty taajuusalue määrätty, tällä gsm tukiasemalla tämä taajuus käytössä, yhdellä taajuudella 8 puhelua samaan aikaan, jolloin kyseinen kanava on sillä

taajuudella varattu.

  • N syötettä yhdistetään siirtoteille
  • Data oltava digitaalista
  • Signaali analogista/digitaalista

Käytännössä data jaettu viipaileiksi, ja se data toistuu tietyin aikavälein.

Synkronisessa kanavoinnissa varataan kehys vaikka tietoa ei kuljekkaan.

CDMA:

  • Perustuu hajaspektritekniikkaan
  • Käytetään koko taajuusalue sekä kaikki aikaviipaleet
  • Taajuus- ja aikajakokanavoinnissa kanavoinnista huolehtii multiplekserilaite
  • Koodijakokanavoinnista huolehtii signaalin lähettävä päätelaite
    • Vastaanottajan pitää olla tarkasti selvillä käytetystä koodaustekniikasta voidakseen vastaanottaa saapuvan signaalin
    • Koodausavaimena yksittäinen tieto. (Esim .Bluetooth käytetään yksilöllinen tieto esim. laiteosoite. )
  • Voidaan jakaa kahteen erilaiseen:
    • Taajuushyppely(bluetooth)
    • Suorasekvensointi(WiFi, Wlan)
  • Oma koodaustekniikka, erityisesti oma koodausavain, jolla data koodataan.

WDMA:

  • Optinen kuitu saadaan vasta tehokkaasti käyttöön, kun saadaan siirrettyä useita signaaleja samassa kuidussa.
  • Eritaajusia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavan.

Ongelmia kanavointitekniikoissa:

  • FDMA: Ylikuuluminen mikäli kantoaaltojen taajuudet ovat liian lähellä toisiaan.
  • Pitkillä matkoilla signaalia vahvistettaessa toisen kanavan vahvistus voi luoda taajuuskomponentteja myös toisiin kanaviin.
  • TDMA: Soveltuu huonosti tietokonekäyttöön.

Yksittäisestä linkistä eteenpäin:

Miten teleliikenne ja dataliikenne on kehittynyt ja miten tulee yhdistymään?

Kytkentäinen verkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä

Teleliikenteessä puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän

  • Piirikytkentä:
    • Varatuilla resursseilla päästään tavoitteeseen eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon, soveltuva menetelmä teleliikenteen ongelmiin.
    • Yleinen puhelinverkko, GSM verkko, yrityksen yksityinen verkko.

Datalle tärkeämpää, että kommunikointiväyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti

  • Digitaalinen piirikytkentäsolmu:
    • Verkkoliitännän
    • Digitaalisen kytkimen
    • Hallintayksikön
  • Pakettikytkentä:
    • Data pilkotaan pieniin paketteihin
    • Koko riippuu pitkälti siirtoverkosta
    • Sisältää käyttääjän dataa
    • Verkon tehokkuus parempi kuin piirikytkennässä
    • Pakettikytkentä ei paras tapa äänen siirtoon, koska ei pystytä takaamaan toimintaa.
    • Kaksi erilaista kytkentätapaa: Tietosähke ja Virtuaalipiiri

Reititys pakettiverkoissa Oikeellisuus, yksinkertaisuus, kestävyys, stabiliteetti, tasapuolisuus, optimaalisuus, tehokkuus.

Bellman-Ford Algorithm ei tenttiin!

"Luentokerta4"

Solukkoverkko

  • Noin 95% kaikista esim. telejärjestelmistä, kiinteä verkko+antennijärjestelmä, viimeinen linkki on langaton.

Lähiverkot

Lan arkkitehtuuri

  • Siirtotiet: Erilaiset siirtotiet vaativat erilaiset laitteistot (verkkokortit)
    • Koaksiaali-, parikaapeli, optinen kuitu, radiotie

Lan Topologiat

  • Väylä, Puu: (Yhden aseman lähetys kuuluu kaikille (signaali etenee lähettäjältä molempiin suuntiin))
  • Rengas: Renkaassa yhdistetään joukko toistimia point-to-point linkeillä renkaan muotoon
  • Tähti: Asemat on liitetty point-to-point linkeillä keskussolmuun (yleensä kaksi linkkiä)

Mac-protokolla

  • tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan

Internet-arkkitehtuuri

Verkkokerros, IP

  • On se kerros, joka yhdistää verkot toisiinsa
    • Sisältää: osoitteet, reititysprotokollat

IP lisäominaisuuksia

  • Mobile IP tarjoaa verkkokerroksen liikkuvuuden
  • Tulevaisuus IPv6 (128bittiset osotteet)

Miten sähköposti toimii:

  • serveri johon sähköposti tulee, serverillä tilejä, joilla on käyttäjänimi, mihin on linkitetty.

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa.

lauri_anttila_internet.pdf

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Kotitehtävässä 1 luotiin kokonaisnäkemys tietoliikenteen alueesta aiempien termien kautta. Kotitehtävässä 2 keskitytään johonkin oleelliseen osaan kokonaisuudesta (oman mielenkiinnon mukaan valittavissa) ja skenaarion/käyttötapauskuvauksen avulla selvitetään mitä ko. osa-alueella oikeasti tapahtuu.

lauri_anttila_kotitehtaevae2_3g.pdf

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus:Valitse haluamasi aihealue (esim. omasta terminologiastasi/aihepiirilistasta (oppimispäiväkirja)) Etsi aihepiiriin liittyvä protokolla Tutustu protokollaan (rakenne, logiikka, viestit, …) ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

HUOM! Kannattaa etsiä protokollia vaikkapa www.isoc.org , www.w3c.org (Internet) www.etsi.org Huom2! Painopiste ei ole niinkään hienon standardin löytymisessä vaan siinä, että löytää omaan aihepiiriinsä vaikuttavia tekijöitä ja sitä kautta oppii lisää kokonaisuudesta ja yleensäkin protokollien toiminnasta.

lauri_anttila_imap.pdf

Kotitehtävä 4

Tunneilla käytiin läpi erilaisia siirtoteitä ja siirtoteillä käytettyjä tiedonsiirtomenetelmiä. Valitse jokin “tuttu” järjestelmä (esim. Oppimispäiväkirjaan valitsemasi, GSM, GPS, Digi-TV). Etsi verkosta tietoa kuinka juuri kyseisessä järjestelmässä tiedon siirto on hoidettu. Esim. Fyysinen siirtotie, Bittien esitys siirtotiellä, Modulointi etc. tekniikka, Datan esitysmuoto vs. signaalit

HUOM! Painopiste ei ole niinkään uusien, mahdollisesesti kurssilaisille täysin tuntemattomien teknologioiden etsimisessä ja selostuksessa vaan lähinnä käytettyjen menetelmien sijoittamisesta oikeaan kontekstiin kurssin materiaalin mukaisesti.

lauri_anttila_gsm.pdf

Kotitehtävä 5

Käyttöskenaariot Muodosta tietoverkkojen käyttöskenaario yhteen seuraavista ympäristöistä: Koti, Koulu, Kaupungin keskusta tai Lentokenttä. Mieti millaisia haasteita eri ympäristöt asettavat kommunikoinnille. Kuinka kurssilla opitut asiat tukevat eri ympäristöissä tapahtuvaa kommunikointia. Millaiset asiat muodostuvat näissä eri ympäristöissä merkittäviksi. Millainen verkkorakenne sopii ympäristöön ?

lauri_anttila_kt5.pdf

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 3 h
  • Tenttiin luku 20h

Palaute

Vasin kattava käsittely luentoyhteenvedoille. Hieman olisi voinut olla itsekriittisempi. Kotitehtävissä mukavasti eroa valtavirtaan. FOMA ja 3G jutut kiinnostavia ja hyviä valintoja.


Pääsivulle