CT30A2001 Tietoliikennetekniikan perusteet kurssin opiskelijoiden WIKI

Jouni Hämäläinen

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikennetekniikasta tulee mieleen paljon erilaisia lyhenteitä tekniikoista mm. wlan, langallinen ja langaton verkko, 3G, GPRS, UMTS, EDGE. Nämä tekniikat joista en siis välttämättä ymmärrä mutta joka mahdollistaa tiedon liikkumisen sähköisessä muodossa. Tiedonsiirtoa varten on sitten kai määritelty protokollia jotta eri laitteeet voivat keskustella ja mahdollistaa tiedonsiirron. Protokollat ovat erilaisia riippuen missä kanavassa ja millaista tietoa siirretään.

Aikaisemmassa historiassa olen käynyt 4 päiväisen modernin tietoliikennetekniikan perusteet kurssin joten jotain haisua ehkä on mutta iso kuva ei niinkään selvä. Tiedontasoa tietoliikenneteknikassa voisi tällä hetkellä kuvata “tilkkutäkiksi”. Tunnistaa ja tietää osan sieltä ja osan täältä, mutta kokonaisuudesta ei haisua ja syvempi osaaminen puuttuu.

Omat avainsanani tähän osioon ovat: - langaton verkko - langallinen verkko - 3G - GPRS - UTMS - EDGE - protokolla - tietoliikenne tekniikan kokonaisuus - TCP/IP - internet

Mitä epäselvien asioiden listaukseen tulee, niin niitä on paljon jotenka on vaikea yksilöidä mitään tiettyä. Epäselvää on se kuin esim. wlan teknisesti toimii, mitä on pilvitekniikka, mitä tarkoittaa tcp/ip arkkitehtuuri.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Kommunikointimalli, Kerrosarkkitehtuuri: Protokolla, OSI ja TCP/IP

Wiki sivustojen käyttäminen tuntui mukavalta ja mielekkäältä ratkaisulta. Vaihtelua perinteisen wordin tekemisen, siis mukavaa vaihtelua.

Tärkeänä tekijänä/asiana tietoliikennetekniikassa on ymmärtää ja nähdä palveluiden tuottaminen olemassa oleville laitteilla ja tekniikoilla. On liiketoiminnallisesti tärkeää saada laitteista ja tekniikoista liiketoiminnallisia hyötyjä.

Mielenkiintoista kurssille esityistä asioista oli tiedonsiirtoon liittyvä tiedonsiirtomalli ja kerrosarkkitehtuuri ja siihen liittyvät protokollat ja se miten protokollat toimivat eri tasoilla. Tosin asiat eivät ihan loksahtaneet, mutta kokonaisuuden kannalta oli mielenkiintoinen osio joka tapauksessa.

Luennolla käytiin läpi tietoliikennetekniikkaan liittyviä termejä jotka opiskelijat saivat esittää. Nämä ns. yhteiset avainsanat/termit olivat; - Bitti - Protokolla - wlan - palvelut - kapasiteetti - tietoverkko - terveysvaikutus - siirtotie - liiketoiminta - kommunikaatio

Luentopäivä 2: Standardointi, analoginen ja digitaalinen tiedonsiirto, siirtotiet…

Mitä opin, mikä oli päivän tärkein sanoma, …

Luentojen oppimisen näkökulmasta tietoliikenteen standardointiin liittyvät organisaatioiden tunnistaminen oli hyvä asia. Mielenkiintoista on ehkä huomata että noinkin moni organisaatio vaikuttaa tietoliikenteeseen liittyviin standardeihin. Heti standardien käsittelyn jälkeen oli mielenkiintoista verrata analogisen ja digitaalisen tiedonsiirron eroja. Kurssimateriaalin kuvat havainnollistivat eroja hyvin. mm. se että analogisessa tiedonsiirrossa bitti voi saada arvon väliltä min ja max. kun taas digitaalisessa on käytössä tietyt tarkemmat tasot joka taas tämän vuoksi mahdollistaa nopeamman tiedonsiirron. Eli olikos syynä nyt se että tiedonsiirtoa nopeuttaakseen bittien kokoa pitää pienentää ja tasoja nostaa.?

Todettakoon kuitenkin että toinen luentokerta meni koko ajan kauemmas oman ymmärryksen rajoista. Asiat olivat vieraita ja osittain vaikea jopa mahdoton ymmärtää. Tiedonsiirtoon nyt olennaisena liittyivät termit/nimikkeet kuten sini-aalto, ambitudi?(tai vastaava), taajuus ja vaihe joilla oli vaikutusta siihen millainen on tiedonsiirron nopeus, aallonpituus ja jne. Eli tässä osiossa tuli taas paljon uutta sekä epäselvää.

Vaikka luennolla mentiin mielestäni hyvin yksityiskohtaisiin asioihin, niin toisaalta oli mukavaa yrittää ymmärtää tiedonsiirtoon liittyen 1(ykkösien) ja 0 (nollien merkityksen) eli miten kaikilla tavoilla se esiintyy. Suunnan vaihdot jne. Tosin tässä osiossa oli vaikein pysyä perässä ja ymmärtää.

Siirtotiet osiossa oli taas hiukan tuttuja asioita. Mielenkiintoinen esimerkki oli kun kuvattiin sitä kuinka radioaallot toimivat. Tämä ei ollut aikaisemmin itselleni kovinkaan tuttu ja toisaalta se että radioaaltoja on rajoitettu määrä ja tarkkaan säännelty. Myös mm. se että tietyt taajuudet on varattu tietynlaiseen toimintaan, tosin sehän on ihan ymmärrettävää.

Erittäin mielenkiintoista oli satelliittilinkkien toiminta johon voisi ehkä perehtyä tarkemminkin. Tästä osiosta jäi mieleen mm. se että tarvitaan isompi voima eli suurempi kaista satelliitista maahan päin. Tämä näin koska maassa saadaan virtaa ja tehoa mutta satelliitissa on rajoitettu kapasiteetti. Summattuna toisen kerran luennoista voi todeta, että haasteellista on mutta toisaalta ihan mielenkiintoista.

Luentopäivä 3:

En päässyt kuumeen vuoksi osallistumaan luennoilla.

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus:Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa. Ryhmittele asiat mielekkäällä tavalla. Voit valita näkökulmasi. Kuvassa voi olla vielä tässä vaiheessa aukkoja, mutta niitä aukkoja on tarkoitus kurssin aikana pyrkiä täyttämään. Erittäin tärkeää olisi tässä vaiheessa hahmottaa jokin suurempi kokonaisuus/käyttöskenaario. Kokonaiskuva on hyvä muodostaa siten, että myös tentissä kyseinen viite olisi itsellä mielessä. Vastaavasti luennoilla on hyvä pohtia kuinka opetetut asiat liittyvät tuohon itse muodostettuun kuvaan.

Yritän kuvata kokonaiskuvaa tietoliikenteestä ja näkemykseni perustuu siihen millä tavalla kotoa käsin eri päätelaitteita käyttämällä tietoliikennetekniikka näkyy ja vaikuttaa.

Käytettävät päätelaitteet Puhelin, Tietokone, TV, Digisovitin

Yhteydet, kanavat gprs, 3g, wlan, lan, satelliitti, maanpäällinen verkko

Muut laitteet, palvelimet jne. laajakaista, tukiasema, tulostin,digiboksi

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. Esim. GPS tapauksessa voitaisiin selvittää kuinka paikka lasketaan ja millaisia osia itse järjestelmässä on (vastaanotin, satelliitit, maanpäälliset asemat, …). Esimerkki on hyvä valita sen mukaan mikä itseä kiinnostaa ja jota haluaa katsoa tarkemmin.

GPS Global Positioning System (GPS). Etäisyyksien ja ajan mittaukseen perustuva mailman laajuinen paikannusjärjestelmä.

Toimintaperiaate

GPS -järjestelmän toiminta perustuu kolmen eri segmentin toimintaan. Nämä segmentit ovat avaruus eli satelliitit, kontrolliverkko ja käyttäjätaso. GPS-järjestelmän toiminta perustuu siis satelliittien ja paikannuslaitteen väliseen etäisyyden avulla suoritettavaan mittaukseen. Satelliitit kiertävät maapallon ympäri kaksi kertaa vuorokaudessa. GPS-vastaanotin mittaa aikaa, jonka signaali tulee maahan vastaanottimelle. Satelliittien sijainti tunnettaessa niin satelliiteista tulevien signaalien aikaeron avulla kyetään laskemaan vastaanottimen sijainti. Kontrolliverkossa tarkkaillaan satelliittien tilaa, ratoja ja toimintoja Paikannus perustuu siihen että satelliitit lähettävät atomikellon ajan ja navigaatiosignaalin, jonka GPS-laite vastaanottaa. GPS-laite vastaanottaa signaalia samanaikaisesti useasta satelliitista. Satelliitteja tulee olla vähintään neljä. On myös esitetty että kolme olisi riittävä paikan sijainnin määrittämiseen mutta paras lopputulos saadaan mitä useampi satelliitti on käytössä. Päätelaite laskee vastaanottamistaan radiosignaaleista joko pseudoetäisyyttä – käyttämällä satelliittisignaalin päälle moduloituja pseudosatunnaiskoodeja (PRN) – tai kantoaallon vaihetta. Pseudoetäisyyden ratkaisu perustuu olennaisesti signaalin kulkuajan mittaukseen. Paikkaratkaisu pystytään tekemään C/A-koodista (coarse acquisition) eli salaamattomasta koodista. Toisella radiotaajuudella lähetettävä P-koodi eli salattu koodi tuottaa tarkemman paikkaratkaisun. Molempia - koodi ja kantoaalto - voidaan käyttää paikannukseen GPS-satelliitti lähettää kahta eri kantoaaltoa taajuuksilla L1=1575.42 MHz ja L2 1227.6 Mhz. Signaalin kannalta olennaisin taajuus on 10.23 Mhz jonka satelliiteissa olevat celcium-atomikellot tuottavat. GPS-järjestelmän fyysinen rakenne koostuu GPS-satelliiteista, valvonta-asemasta ja vastaanottimesta.

Paikannustarkkuus

GPS:n tarkkuus on siviilikäytössä vaakasuunnassa muutama metri ja korkeussuunnassa n. 2-3 kertaa heikompi. Paikannusvirhettä GSP:n toiminnassa voivat aiheuttaa mm. satelliittien rata- ja kellovirhe, ilmakehä, monitieheijastuminen, satelliittigeometria, paikantimen virheet, tahallinen häirintä ja käyttäjän virheet.

GPS-paikannukseen liittyviä termejä:

Trilateraatio = GPS-järjestelmän toiminta perustuu satelliittien ja paikannuslaitteen välisen etäisyyden avulla suoritettavaan kolmiomittaukseen eli trilateraatioon.

GPS-aika = Aika joka radiosignaalilta kuluu edetä taivaalta paikannuslaitteen antenniin.

PRN-koodi = Pseudo Random Noise Code. Signaalin koodausmenetelmä, joka muodostetaan tunnetusta bittikuviosta.

Atomikello = Kello joka käyttää atomien resonanssitaajuuksia ajan mittaamiseen. Jokaisesta satelliitista löytyy oma atomikello.

Lähteet:

http://fi.wikipedia.org/wiki/GPS

https://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/10229/M%C3%83%3fkel%C3%83%3f.Marjo-Riikka.pdf?sequence=2

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.

Valitsin protokollista tarkempaan tarkasteluun TCP/IP protokollista HTTP protokollan. Protokollia etsiessä löysin tällaisen hyvän kuvan, joka kuvaa eri TCP/IP protokollia ja sitä mille eri hierarkiatasolle TCP/IP arkkitehtuurissa sijoittuvat.

Tietoa HTTP protokollasta (HTTP= Hypertext Transfer Protocol)

Selaimet ja www palvelimet käyttävät http protokollaa tiedonsiirtoon. Protokolla perustuu siihen, että asiakasohjelma (esim. selain) avaa TCP-yhteyden palvelimelle ja lähettää pyynnön. Palvelin vastaa lähettämällä sopivan vastauksen, tavallisimmin HTML-sivun tai binääridataa kuten kuvia, ohjelmia tai ääntä. (Wikipedia, 2010) HTTP on protokolla, jonka avulla selain ja WWW-palvelin keskustelevat (Jyväskylän yliopiston IT-tiedekunta, 2010).

HTTP protokollan käyttämät tilakoodit Palvelin palauttaa vastauksessa HTTP-statuskoodin, joka kertoo lyhyesti selaimelle miten pyyntö onnistui ja miten tulee jatkossa toimia. (Jyväskylän yliopiston IT-tiedekunta, 2010)

Listassa yleisimmät: 200 OK, 300 Multiple Choices, 301 Moved Permanently, 302 Found, 401 Unauthorized Access, 403 Forbidden, 404 Not Found, 406 Not Acceptable, 408 Request Time-out, 500 Internal Server Error.

Evästeet (engl. Cookie) Eväste on lyhyt palvelimen lähettämä tekstitieto, jonka selain tallentaa omaan muistiinsa. Selain lähettää saman tiedon takaisin palvelimelle HTTP-otsikoissa sivua pyydettäessä. Tämän avulla voidaan käyttäjän tai palvelimen päähän tallentaa tietoa käyttäjän valinnoista. Evästeellä on määrätty käyttöaika.

Löysin kuvauksen siitä mitä selain lähettää www palvelimelle pyynnön yhteydessä, eli purettu viesti ja niiden tarkoitus/merkitys. Tämän lisäksi tein kaksi omaa testiä siitä mitä http otsakkeessa kerrotaan käyttäen ohjelmia Web-Sniffer ja Tamper Data.

Protokollan toiminta ja viestit (Jyväskylän yliopiston IT-tiedekunta, 2010)

0333093_http_protokollan_toiminta_ja_viestit.doc

Tein pienen testin ja katsoin millaisia viestejä selain antaa kun laittaa osoitteeksi www.lut.fi. Tulokset liitteessä.

Käytetettävät ohjelmistot WebSniffer, Tamper Datalla

websiffer_tamperdata.doc

Lähteet: http://fi.wikipedia.org/wiki/TCP/IP

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: 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

Valitsin tutkittavaksi järjestelmäksi WLAN ja tutkin siihen liittyen kuinka tiedon siirto on hoidettu.

WLAN on langaton lähiverkkotekniikka, joka yhdistää erilaisia verkkolaitteita toisiinsa ilman kaapeleita eli johtimellisia siirtoteitä pitkin. WLAN käyttää siis johtimettomia siirtoteitä joissa jossa tieto siirtyy langattomattomasti. WLAN konfiguraatiossa lähetin/vastaanotinlaite, tukiasema(access point) on liitetty perinteiseen verkkoon käyttäen esim. Ethernet-kaapelia. Tukiaseman tehtävänä on mm. vastaanottaa, puskuroida ja lähettää dataa langattoman ja langallisen lähiverkon välillä. WLAN laitteet muodostavat yhteyden verkkoon adaptereilla jotka ovat ulkoisia tai kiinteästi laitteistoon integroituja. Adapterit luovat radioyhteyden laitteiden välillä.

WLAN käyttää IEEE802.11 standardia joka on tarkoitettu WLAN-lähiverkoille. Suosituimmat WLAN-standardit ovat 802.11b(11 Mbps) ja 802.11g (54 Mbps) joista tavallisimmin on käytössä standardi 802.11g. (Wikipedia, WLAN, 2010) IEEE 802.11 ja muut sen perheet standardit käyttävät erilaisia tiedonsiirtotekniikoita. OFDM-tekniikkaa käytetään 802.11a standardissa (orthogonal frequency division multiplexing )joka perustuu signaalien jakamiseen pienempiin alasignaaleihin. 802.11b standardi käyttää CCK-tekniikkaa (complement code keying) ja vaihtoehtoisena siirtotienä on PBCC-tekniikka (packet binary convolutional coding). CCK:ssa tieto lähetetään 64:n 8 bittisen koodisanan sarjoina ja PBCC-tekniikassa tieto lähetetään ilmeisesti 11-bittisiä sarjoja verkkokojeiden välillä.

WLAN käyttää sähkömagneettisia aaltoja tiedon välittämiseen laitteiden välillä. WLAN:in käyttämä tajuusalue on 2.4GHz~2.483GHz. IEEE 802.11 määrittelee kolme erilaista välitystekniikkaa ilman välityksellä, infrapunan sekä FHSS ja DSSS radiotaajuustekniikat, joista DSSS on nykyisin eniten käytössä. IEEE 802.11 tukee sekä ad-hoc, että infrastruktuuritopologioita.

Langattomille lähiverkoille on olemassa kaksi erilaista verkkoarkkitehtuuria jotka infrastruktuuriverkko eli lankaverkon laajennus ja itsenäinen ad-hoc-verkko.

Infrastruktuuriverkossa on yksi tai useampia tukiasemia (Access Point), johon tietokoneet ovat yhteydessä. Verkko ei kuitenkaan yleensä ole täysin langaton, vaan tukiasemat ovat kiinni perinteisessä lankaverkossa ja niiden välinen liikenne kulkee kaapelia pitkin. Tukiaseman tehtäviä ovat datan reititys määränpäähän, ruuhkan kontrollointi, datayksiköiden koon vaihtelun kompensointi sekä työasemien tunnistus. Itsenäisessä ad-hoc-verkossa verkon/yhteyden muodostavat langattomat tietokoneet/laitteet. Kommunikointi tapahtuu suoraan toisten laitteiden kanssa. Langattoman lähiverkon näkökulmasta etäisyydet eivät saa olla liian suuria koska yhteys katkeaa.

Ad-hoc ja infrastruktuuri- verkkojen väliset erot

Standardien vertailu

Tässä kuvassa on esitetty erilaisten lähiverkkotekniikoiden sekä GS/GPRS kantamat ja siirtonopeudet. Tästä on mielenkiintoinen nähdä mihin WLAN:in yleisin standardi IEEE802.11b asemoituu muihin nähden.

Lähteet:

http://www.google.fi/url?sa=t&source=web&cd=7&ved=0CDAQFjAG&url=http%3A%2F%2Fwww.wlan.puv.fi%2FWLAN8.ppt&rct=j&q=wlan%20siirtotie&ei=QdnFTMGyJorsOdSQ3JcM&usg=AFQjCNERelkFx9k5qU9r0PtuKJtF7u-h_A&cad=rja

http://fi.wikipedia.org/wiki/WLAN

http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

[https://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/14264/Kolima_Kai.pdf?sequence=1]]

Kotitehtävä 5

Käyttöskenaariot Tehtäväkuvaus: 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 ?

Tässä on taas yritys rakentaa vastausta tähän osioon.

Koulun verkko koostuu normaalista LAN verkosta ja langattomista tukiasemista aivan kuten moni muukin ratkaisu tänä päivänä. Koululla on käytössä useampia reitittimiä, pääsy internetiin. (Vai onko yleensä yksi reititin?)

Turvallisuutta lisäämään langattomalle verkolle asetetaan suojaus, ja verkon käyttäminen edellyttää salasanaa. Langattoman verkon käyttö on mahdollista kannettavilla työasemilla ja kännyköillä. Koulun työasemissa on virustorjunta ja automaattiset tietoturvapäivitykset ja palomuuri. Internetin ja koulun palvelinten ja työasemien välillä on palomuuri. Luokat ja muut koulun eri toiminnot käyttävät siis eri reititintä ulkoverkkoon. Reitittimiä ja kytkimiä sekä palvelimia on useita fyysisen sijainnin ja suuren käyttäjämäärän vuoksi.

Langattoman verkon käytössä haasteeksi saattavat tulla heikot signaalit jolloin ei pääse verkkoon. Verkon haasteena taas voi olla sen riittävyys. Ja palveluiden näkökulmasta palvelimien riittävä kapasiteetti ja kovalevyn tila tallennuksen näkökulmasta. Kun käyttäjät käyttävät verkkoa omilla koneille ei niiden virustorjunta ole välttämättä ajan tasalla. Tämän vuoksi langattomien tukiasemian ja kytkin välissä on myös palomuurit (En tiedä onko tämäkään normaalia, mutta näin ajattelin).

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus o h (luentoja ei pidetty)
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 1 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 0 h (sairaana, en päässyt luennoille)
    • Valmistautumista lähiopetukseen 3 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Muulle ajankohdalle kohdistuva tekeminen ja valmistautuminen
    • Kotitehtävien tekoa 5 h

—-

Palaute

Varsin hyvin kuvattu omaa oppimista. tuo mitä ymmärryksestä kerroit, pitäisi vaan tuoda jo tunnilla esille. Asiaan voisi vaikuttaa siten. Tosin kaikki asiat eivät ole helppoja.

Pääsivulle