meta data for this page
  •  

Juha J:n oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Käsitykseni mukaan tietoliikennetekniikka pitää sisällään kaiken sen tekniikan, mitä tarvitaan liikuttamaan informaatiota (mitä tahansa) eri toimijoiden ja tekniikoiden välillä. Luulen, että aiheessa sukelletaan syvälle eri tekniikoihin ja pelkään olevani usein ns. “på gården”. Mutta toisaalta toivon, että pystyn omaksumaan aihealueesta riittävästi ymmärtääkseni tietoverkkojen toimintaa ja tekniikkaa…

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikenteen termit, jotka tulee ensimmäisenä mieleen: Bluetooth, 3G, WLAN, LAN, Internet, TCP/IP, RJ45, valokuitu, tietoliikennesatelliitit.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

-Editoimaan wikiä!

-Tietotekniikan trendit (mobiliteetti ja palvelujen yleistyminen) ja aikakaudet (mainframe, PC..)

-verkkonäkökulmat

-käyttäjänäkökulma (käyttäjän ja verkkojen yhdistäminen)

-Kokonaiskäsitys siitä miten erilaiset verkot rakentuvat

-Kommunikointimalli (source-transmitter-transmission system-receiver-destination)

-Kommunikointimallin osatehtävät

-Stallingsin malli (johtaja-sihteeri-kuriiri)

-Kerrosarkkitehtuurit (kolmen kerroksen malli, OSI, TCP/IP)

-Kolmen kerroksen mallissa liikenne kulkee aina alimman kerroksen kautta ylemmille kerroksille ja päinvastoin. Alin kerros suorittaa varsinaisen liikennöinnin eri liityntäpisteiden välillä

-OSI ja TCP/IP erovaisuudet (7 kerrosta ja 5 kerrosta)

-Oliot ja protokollat: Protokolla on eri järjestelmiien eri olioden “yhteinen ymmärretty kieli”

-Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta

-Eri kerrosten välillä tietoa kuljetettaessa sitä joudutaan segmentoimaan ja kokoamaan. Lisäksi tarvitaan ohjaustietoja, joka paketoidaan datasegmentteihin.

-TCP/IP verkon toiminta ja osoitteiden “kuljetus”

Mikä oli päivän tärkein sanoma: Se oli “Johtaja-sihteeri-kuriiri”

00_luento_1_1.pdf

Luentopäivä 2:

-Tietoliikenteen standardit (ISO) ja standardinomaiset (IEEE, RFC)

-Kommunikointijärjestelmä (transmitter-receiver)

-Analoginen (sinimuotoinen) ja digitaalinen (kanttiaalto) signaali

-Kaista ja kaistanleveys (bandwidth)

-Tasot (enemmän dataa, enemmän tasoja)

-Siniaaltojen komponentit (interferenssi, fouriermuunnokset)

-Signaalien häiriöt (vaimeneminen, viiveen aiheuttama särö, kohina)

-Kanavakapasiteetit

-Siirtotiet (johtimelliset, johtimettomat)

-Johtimelliset: parikaapeli, koaksaali, kuitu vs. sähkömagneettinen spektri

-Johtimettomat: mikroaaltolinkit, satellittilinkit, radiotiet, infrapuna

-Tiedon koodaus

00_luento_2_1.pdf 00_luento_2_2.pdf

Luentopäivä 3:

-Kanavointi (siirtokapasiteetin jako, multipleksointi mux-demux

-Kanavointityypit (FDMA=taajuusjako, TDMA=aikajako, CDMA=koodijako, WDMA=aallonpit.jako

-Yksinkertainen kytkentäinen verkko (solmut, asemat)

-Piirikytkentäiset ja pakettikytkentäiset verkot

-Reititys pakettiverkoissa (solmut - tiedonvaihto (osoitteet), flooding - lyhin reitti - halvin kustannus)

-Verkkotopologiat (väylä, rengas, tähti)

-Lähiverkot (Ethernet, Fast Ethernet, X Gigabit Ethernet, WLAN)

-IP-verkkoprotokolla

-Tietoliikenteen tulevaisuus ja tutkimus

-Paikalliskirjastosta lainattua oheismateriaalia:

  • Granlund (2007). Tietoliikenne
  • Hämeen-Anttila (2003). Tietoliikenteen perusteet

00_luento_3_1.pdf 00_luento_3_2.pdf

Kotitehtävä 1

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

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.

Ääni - Bluetooth - G3-puhelin

Ääni siirtyy ilmanpainevaihteluiden välityksellä Bluetooth-handsfree laitteen mikrofonille, joka muuntaa äänen sähkövirran vaihteluksi. Handsfree-laite muuntaa analogisen äänen digitaaliseksi, paketoi ja edelleen siirtää sen eteenpäin. Äänen siirtoon Bluetoothin protokollapinossa on erillinen Audio-protokolla, joka ohittaa normaalin kerrosarkkitehtuurin siirtäen datan suoraan Bluetooth-radiorajapintaan. Radiorajapinnassa data siirretään radioteitse 2,4 GHz taajuusalueella taajuusmodulointia hyväksikäyttäen(ääni → synkroninen yhteys). Puhelimessa oleva Bluetooth-laite vastaanottaa datan.

Lähteet:

  • Granlund (2007). Tietoliikenne. Docendo

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.

IP - Internet protocol

On TCP/IP-mallin internet kerroksen protokolla, joka huolehtii IP-tietoliikennepakettien perille toimittamisesta pakettikytkentäisessä Internet-verkossa. Se on myös internetin ydin ja ainoa asia mikä yhdistää kaikkia internetiin liitettyjä päätelaitteita. Paketit toimitetaan perille IP-osoitteiden avulla, joka on yleisesti muotoa x.x.x.x (x = 0-255, IPv4). IP-pakettien perille toimittamisesta sanotaan reitittämiseksi ja sen tekevät reitittimet perustuen reititysprotokollien välittämään tietoon IP-osoitteiden sijainnista Internetissä ja lyhyimmistä reiteistä näiden välillä. IP protokollia on kahta versiota IPv4 ja IPv6, jossa IPv6:ssa on verkko-osoiteavaruus 128 bittinen, jolloin erilaisia osoitteita voi olla yli 340 sekstiljoonaa erilaista. IP-paketin (IPv4) teoreettinen maksimikoko on 65536 tavua, mutta useinmiten paketin kokoa rajoittaa verkkotekniikka, josta syystä pakettien koko on vain n. 500-1500 tavua. Useissa tapauksissa verkon ahtauksien takia paketit joudutaan vielä pilkkomaan eli fragmentoimaan.

IP-paketin koostumus

  • Version: ilmoittaa versionumeron
  • Header length: Otsikon pituus
  • Type Of Service: Palveluluokka
  • Total lenght: Kokonaispituus
  • Identification: Fragmentin tunnus
  • Flags: Liput - ohjausbitit
  • Fragment Offset: Fragmentin paikka
  • Time to live TTL: Paketin elinaika
  • Protocol: Ilmoittaa seuraavan kerroksen protokollan esim UDP, TCP
  • Checksum: Tarkastussumma paketin osoitteen oikeellisuuden tarkastukseen
  • Source IP: Lähdeosoite
  • Destination IP: Kohdeosoite
  • Options: Ilmoittaa paketin optiot, jos niitä on
  • Data: Varsinainen data, joka yleensä alkaa seuraavan tason protokollan otsikolla

IPv6 version paketit ovat periaatteeltaan samanlaisia (lukuunottamatta osoiteavaruutta), mutta pakolliset pääotsikkotiedot voivat sisältää tietoja (hyppyosoitteen) lisäotsikkoon ja tämä taas seuraavaan. Lisäotsikot sisältävät parannuksia mm. reititykseen ja salaukseen. Vaikka IPv6 on ollut jo protokollana käytössä, niin suurin osa verkkoliikenteestä toimii kuitenkin IPv4:lla. IPv6:n kehityksen syynä on ollut juuri IPv4:n liian pieni osoiteavaruus (32 bit) ja on esitetty että vanhat IP-osoitteet loppuvat v.2011.

Lähteet

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: 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.

Bluetooth

Bluetooth on avoin standardi, jonka kehityksestä ovat vastanneet Ericsson, IBM, Intel, Nokia ja Toshiba. Se on tarkoitettu eri laitteiden langattomaan kommunikointiin (radiotie) lähietäisyydellä (tyypillisesti 0-100 m). Lähetystehot ovat laitteista riippuen 1-100 mW. Varattu taajuusalue on 2,4 GHz (ISM = Industry Science Medical). Tyypillinen siirtonopeus on 3 Mbit/s, mutta viimeisin versio (3.0) yltää WLAN:n hyväksikäytöllä jopa 24 Mbit/s siirtonopeuteen. Bluetooth käyttää taajuusmodulointia. 1-bitti ilmaistaan taajuudella, joka on 140-175 kHz kanavan keskitaajuuden yläpuolella ja 0-bitti ilmaistaan taajuudella, joka on 140-175 kHz keskitaajuuden alapuolella. Yhteys bluetooth-laitteiden välillä muodostetaan Point to Point periaatteella ja toinen on aina ns. isäntä ja toinen renki (master - slave). Bluetoothin käyttämän taajuushyppelyn takia liikenne on periaatteessa pakettikytkentäistä. Taajuutta vaihdetaan 1600 kertaa sekunnissa ja yhden paketin lähetysaika on n. 635 mikrosekuntia. Bluetoothin tietoturva muodostuu autentikoinnista sekä siirrettävän tiedon salauksesta (MAC-osoite ja symmetrinen salaus). Käytettäviä ylemmän tason protokollia ovat mm. WAP, UDP/TCP, IP ja PPP ja Bluetooth spesifisiä ovat RFCOMM, SDP, TCS, L2CAP, AUDIO, LMP ja BaseBAND. Käyttöturvasta voisi mainita sen verran, että käytettävä taajuusalue 2,4 GHz on sama kuin esim. mikroaaltouunin tai langattoman verkon. Käytettävät tehot ovat kuitenkin niin pieniä, ettei niillä ole katsotun olevan terveydellistä riskiä vaikka päätelaitteet ovat usein hyvin lähellä ihmiskehoa (esim. bluetooth korvanapit).

Lähteet:

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: 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 ?

Lentokenttä

Valitsin lentokentän koska “äkkimietinnän” jälkeen siellä esiintyy lähes kaikki mahdolliset tietoliikenteen muodot. Omia muistilokeroita ja internettiä kaivamalla sain seuraavanlaisen listan lentokentillä käytettävistä erilaisista yhteyksistä ja niissä käytettävistä tekniikoista:

  • Lennonjohdon yhteydet lentokoneisiin ja muihin lennonjohtoihin - WAN, VHF-radiotie, satelliittilinkki, mikroaaltolinkki
  • Selvityspisteiden yhteydet toisiinsa ja keskustietokoneisiin - LAN, WAN
  • Asiakkaille tarjotut yhteyspisteet ja yhteyshuoneet - LAN, WLAN
  • Matkapuhelinliikenne - GSM, 3G

Suurimmat haasteet tulevat monien eri tietoliikennetekniikoiden yhteensovittamisesta ja häiriöttömyydestä sekä turvallisuuden takaamisesta. Suuret ihmismäärät ovat alttiina onnettomuuksille mikäli tietoliikenne takkuilee. Toisaalta lentokenttien on palveltava asiakkaita mahdollisimman monipuolisesti ja taattava monipuoliset yhteydet kaikille tarvitsijoille, joita on paljon. Verkkorakenne on monimutkainen ja yhteensovitettavia rajapintoja on paljon. Em. listan perässä on ajatukset mistä osakokonaisuudet voisivat muodostua.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1
  • Lähiopetukseen valmistautuminen 2 h
  • Lähiopetus 7 h
  • Kotitehtävät + kotiopiskelu 5 h
Luentoviikko 2
  • Lähiopetukseen valmistautuminen 4 h
  • Lähiopetus 7 h
  • Kotitehtävät + kotiopiskelu 4 h
Luentoviikko 3
  • Lähiopetukseen valmistautuminen 4 h
  • Lähiopetus 7 h
  • Kotitehtävät + kotiopiskelu 6 h
Tenttiin valmistautuminen, oppimispäiväkirja ja kotitehtävät
  • Tenttiin valmistautuminen 30 h
  • Oppimispäiväkirja 20 h
  • Kotitehtävät + kotiopiskelu 8 h

Palaute

Hyvä kokonaisuus. Hieman suppea analyysi, mutta kotitehtävät hyvät.


Pääsivulle