meta data for this page
  •  

Meikän sivu!

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Kurssin aluksi opiskelijat kirjaavat näkemyksensä tietoliikenteestä tähän kohtaan omaa oppimispäiväkirjaansa. Näkemys sinällään ei tarvitse olla pitkä selostus max 10 riviä tekstiä ja max 10 avainsanaa.

Tietoliikenne on sitä, että tietoa siirretään paikasta toiseen tai käyttäjältä käyttäjälle ilman fyysistä yhteyttä toisiinsa nähden. Siirtotapoja on monia erilaisia, tietoa voidaan siirtää internetin avulla, erilaisten langattomien yhteyksien (3G, GPRS, EDGE, WLAN yms.) avulla tai myös langallisten yhteyksien (ADSL, kaapeli, satelliitti, puhelinlinja) avulla. Tähän tarkoitukseen tarvitaan lähetin, vastaanotin (kännykkä, tietokone tms.) sekä jokin välilaite, joka sekä yhdistää että välittää signaalin yhteensopivaksi lähettimelle ja vastaanottimelle. Tälle tarkoitukselle on luotu yhteinen standardi, jotta laitteet ymmärtävät toisiaan ja ne toimivat ympäri maailmaa samalla tavalla.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Kommunikointimalli

  1. Teoreettinen malli, joka kuvaa tiedonsiirtoprosessia ja siihen tarvittavia laitteita, laitteiden toimintoja sekä siirrettävän tiedon muotoa ja etenemistä
  2. Pääasiallinen tehtävä on kuvata informaation välitystä kahden osapuolen välillä
  3. Komponentit: Lähde, lähetin, siirtojärjestelmä, vastaanotin ja kohde

WAN (wide area network)

  1. Kattaa maantieteellisesti laajan alueen
  2. Koostuu yhteen kytketyistä verkon solmuista
  3. Tekniikoita:
  • Piirikytkentä, perustuu varatun kommunikointipolun muodostamiseen asemien välille verkon solmujen kautta, jossa kunkin solmuparin välille varataan kanava
  • Pakettikytkentä, ei tarvitse varata kommunikointipolkua vaan data lähetetään pieninä osina ja se liikkuu solusta soluun kunnes saapuu määränpäähänsä
  • Kehysvälitys
  • ATM

Kerrosarkkitehtuuri

  1. Yksi kerros hoitaa yhden tehtävän riippumattomana toisesta kerroksesta, alin kerros hoitaa kommunikoinnin toisen järjestelmän kanssa

Protokolla

  1. Kerrokset toteuttavat tehtäväänsä keskustelemalla vastinolioidensa kanssa käyttämällä protokollaa (ftp, TCP, Ethernet yms)
  2. Koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta
  3. Protokollan tehtävinä on esimerkiksi segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheiden havainnointi, osoitteet, kanavointi sekä kuljetuspalvelut

OSI

  1. Seitsemän kerrosta, joista kukin toteuttaa omaa funktiotansa ja tarjoaa palveluitaan ylemmille kerroksille
  2. Muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta muiden kerrosten toimintaan
  3. Kerrokset: Fyysinen kerros, linkkikerros, verkkokerros, kuljetuskerros, istuntokerros, esitystapakerros ja sovelluskerros

TCP/IP

  1. Viisi kerrosta - sovelluskerros, kuljetuskerros, verkkokerros, linkkikerros ja fyysinen kerros
  2. Yleistyi internetin myötä

Luentopäivä 2:

Standardit

  1. Tarvitaan huolehtimaan niin fyysisestä, sähköisestä kuin toiminnallisesta yhteensopivuudesta järjestelmien välillä
  2. Perinteisesti tietokonevalmistajat ovat pyrkineet sitomaan asiakkaat omaan ympäristöönsä, mutta verkkolaitevalmistajille yhteistyö on toiminnan perusta
  • Etuja:
  1. Vahvistaa markkinat tuotteille
  2. Yhteensopivuus eri valmistajien kesken
  • Haittoja:
  1. Standardointi hidastaa teknologian kehitystä
  2. Uusia standardeja samalle asialle (enemmän organisaation vika)
  3. Kompromissit
  • Internetissä standardointi ei tarkoita yleensä virallisesti standardia, koska ala kehittyy niin nopeasti, ettei niitä ehditä laatia näin nopeasti muuttavalle alalle
  • Standardin tulee olla vakaa ja ymmärrettävä, teknisesti kilpailukykyinen, yleisesti tuettu ja hyväksytty, tunnistettavasti hyödyllinen sekä toimivaksi koettu eri paikoissa

Tiedonsiirto

  1. Tapahtuu lähettimen ja vastaanottimen välillä
  2. Eri tapoja: suora linkki, point-to-point (kahden laitteen välillä), multi-point (useamman laitteen välillä), simplex (yhteen suuntaan), half duplex (kahteen suuntaan suunta kerrallaan) ja full duplex (kahteen suuntaan samanaikaisesti)
  3. Siniaaltoina
  4. Lähettimellä on rajoitettu taajuusalue, joka rajoittaa datan määrää
  5. Analoginen tiedonsiirto muodostuu aalloista ja amplitudeista, digitaalinen nollista ja ykkösistä

Siirtotiet

  1. Voidaan jakaa kahteen kategoriaan – johtimellinen siirtotie, jossa data kulkee fyysistä reittiä pitkin sekä johtimeton siirtotie, joka on langaton
  2. Siirtotien pituuden kasvattamiseen tarvitaan lisälaitteita, analogisissa signaaleissa vahvistimia, digitaalisissa toistimia

Signaalin koodaustekniikat

  1. Täytyy tietää bittien ajoitus ja signaalitasot
  2. Signaalinen tulkitsemiseen vaikuttavat tiedot (signaali-kohina-suhde, datan nopeus, kaistan leveys ja koodauskaava)
  3. Paljon erilaisia tapoja eri käyttötarkoituksiin

Luentopäivä 3:

Digitaalisen datan kommunikointitavat

  1. Asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto, ajoitusongelmat vaativat mekanismin, jolla synkronisoidaan lähetin ja vastaanotin
  2. Asynkroninen on helppo ja halpa keino – 2-3 bittiä/merkki eli hyvä suurelle datalle
  3. Synkronisessa datassa datapaketti lähetetään kehyksenä, tarvitaan sekä aloitus- että lopetusmerkki – tehokkaampi kuin asynkroninen
  • Siirrossa tapahtuu virheitä, kun bitti on muuttunut matkalla lähettimestä vastaanottimeen
  • Pyritään korjaamaan lähettämällä virheenhavaitsemiskoodi, jonka vastaanotin laskee ja tarkistaa – ei 100 % varma keino
  • Virheitä voidaan korjata, mutta yleensä data lähetettävä uudestaan

Datalinkin protokollat

  • Tarvitsee logiikkakerroksen fyysisen kerroksen yläpuolelle valvomaan siirtoa linkin yli (kehyksen synkronisointi, datan virtaus, virheiden kontrolli, osoite, linkin hoitaminen)
  • Pysähdy ja odota
  1. Lähetin lähettää kehyksen ja vastaanotin lähettää viestin saannosta, jolloin lähetin lähettää seuraavan kehyksen. Jos vastaanottimelta ei tule signaalia, lähetin lähettää uudelleen kyseisen kehyksen. Yksinkertainen, mutta tehoton keino.
  • Olemassa myös Takaisin N-keino sekä valikoiva hylkäys-keino

Kanavointi

  1. Usein kahden järjestelmän kommunikointi ei vie koko järjestelmän kapasiteettia, joten siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken → kanavointi
  2. Yhdellä linjalla monta kanavaa käytössä – kustannustehokkaampi, kun yksittäiset ohjelmat tarvitsevat ainoastaan osan siirtojärjestelmän kaistasta
  3. Voidaan jakaa seuraaviin luokkiin: Taajuuskanavointi FDMA, aikajakokanavointi TDMA, koodijakokanavointi CDMA sekä aallonpituusjakokanavointi WDMA

FDMA:

  • Siirtotien kapasiteetin tulee ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset
  • Kukin signaali keskittyy omalle taajuusalueelle eli kanavalle
  • Perustuu eri signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille
  • Eri kanavien väliin jätetään riittävän suuri ns. varmuusväli estämään kanavien väliset häiriöt

ADSL (asymmetric digital subscribe line):

  • Tarjoaa nimensä mukaisesti ratkaisun tilaajan ja etäverkon välille
  • Alun perin suunniteltu video-on-demand-käyttöön, mutta sittemmin internet tullut pääasialliseksi käyttökohteeksi

TDMA:

  • Voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista kuvaa käyttäville analogisille signaaleille
  • Perustuu eri signaalien viipalointiin (aikajako)
  • Siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset

Kaapelimodeemi:

  • Kaapelimodeemikäytössä palveluntarjoaja varaa kaksi kanavaa (1/suunta) datakäyttöä varten
  • Jokainen kanava on jaettu tilaajien kesken (yleensä asynkroninen TDMA)
  • Vahvistinasema jakaa datat pieninä paketteina – jos useampi käyttäjä aktiivisena, nopeus laskee

CDMA:

  • Käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie)
  • Käytetään koko taajuusalue sekä kaikki aikaviipaleet
  • Analogista tai digitaalista dataa analogisella signaalilla

CDMA:n Etuja:

  • Teoreettisesti tehokkaampi ja taajuuksien käytöltä joustavampi
  • Useat CDMA-järjestelmät voivat toimia samalla alueella
  • Häiriöiden vaikutus pienenee
  • Laitteet kuluttavat vähemmän tehoa

WDMA:

  • Optinen kuitu saadaan tehokkaaksi vasta, kun saadaan siirrettyä useita signaaleja samassa kuidussa
  • Käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa
  • Käytetään yksimuotokuidussa

Tietoliikenne

  • Tietoliikenne jaettu teleliikenteeseen sekä dataliikenteeseen – jaon takana erilaiset vaatimukset, teleliikenne tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointi väylän (piirikytkentä) ja dataliikenne tarvitsee mahdollisimman tehokkaan kommunikointiväylän (pakettikytkentä)

Piirikytkentä:

  • Varatuilla resursseilla päästään tavoitteeseen eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon
  • Sovelias menetelmä teleliikenteen ongelmiin
  • Käytetään myös joissain yksityisissä kiinteissä yhteyksissä myös dataliikenteen siirtoon
  • Sisältää kolme vaihetta: Yhteyden muodostus (piirin muodostus), datan siirto sekä yhteyden lopetus (piirin lopetus)

Pakettikytkentä:

  • Data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten
  • Paketin koko riippuu pitkälti siirtoverkosta
  • Jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa ja kontrolli-informaatiota
  • Reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavaan solmuun
  • Solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta eli mitä reittiä pitkin paketit kannattaa siirtää

Luentopäivä 4:

Verkkojen ruuhkautuminen

  1. Tapahtuu, kun lähetettävien pakettien lukumäärä lähestyy verkon kapasiteettikykyä, pyritään kontrolloimaan liikkeellä olevan datan määrä maksimissaan noin 80 % verkon kapasiteetista
  2. Takapaine - jos solmu ruuhkautuu niin se voi hidastaa tai pysäyttää muilta solmuilta tulevia paketteja
  3. Paketin tukehduttaminen – solmu muodostaa kontrollipaketin, jonka se lähettää lähettävälle solmulle
  4. Ruuhkan hallitsemisessa avainasioita reiluus, palvelun taso sekä ehdot käyttäjän ja verkon välillä

Langattomat matkapuhelinverkot

  1. Kehitetty lisäämään matkapuhelinten käytön laajuutta
  2. Perustuu lukuisiin matalateholähettimiin
  3. Alueet jaettu soluihin tarkoituksena kattaa koko maa – jokaisessa oma antenni, omat taajuusalueet, yhteydet tukiasemiin
  4. Systeemi automatisoitu, puhelimen ja tukiaseman välillä on kaksi eri kanavaa käytössä eri tarkoitukseen – kontrollikanava, joka pitää puhelimen yhteydessä verkkoon sekä liikennekanava, jota pitkin ääni ja data tulevat

Lähiverkot

  1. LAN:n arkkitehtuuri käsittää kaksi kerrosta – fyysinen kerros (signaalien purku, synkronointi, bittien siirto sekä siirtotie ja topologia) sekä linkkikerros (kokoaa datan kehyksiksi, purkaa kehykset, vastaa siirtotien käyttövuoroista, virheiden korjaus ja yhtenäinen rajapinta eri verkoille)
  2. LAN-topologioita – väylä, puu, rengas ja tähti
  3. Nykyisiä lähiverkkoja: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gbps Ethernet, WLAN

Internet

  1. ”Lähiverkkojen yhdistäminen yhdeksi suureksi verkoksi”
  2. Verkon eri osat: pakettikytkimet ja linkit muodostavat pakettikytkentäisen verkon, jota verkkoasemat käyttävät
  3. Komponentit keskustelevat protokollien avulla
  • Verkkokerros mahdollistaa useiden yhteen kytkettyjen verkkojen käytön datan siirrossa – internet protokolla (IP) mahdollistaa verkkojen välisten pakettien reitityksen lisäämiensä IP-osoitteiden avulla
  • Kuljetuskerros tarjoaa päästä päähän tiedonsiirron sovelluskerroksen käyttöön (vain verkkoasemissa, ei reitittimissä)
  • DNS-protokolla mahdollistaa sovelluskerroksessa muunnoksen verkkoaseman tunnuksen (nimen) ja IP-osoitteen välillä käyttäjälle näkymättömällä tavalla

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.

Itseäni kiinnostaa langaton tietoliikenne huomattavasti enemmän kuin perinteinen, ja osiltaan jo vanhenemaan päin oleva, langallinen tietoliikenne. Varsinkin älypuhelimien yleistyessä 3G ja uusi 4G-tekniikka tarjoavat mahdollisuuksia eri sovelluksille sekä yleishyödyllisinä että kaupallisina palveluina.

3G on yleinen lyhenne nykyiselle nopealle matkapuhelimen tietoliikenneteknologialle. Virallisesti 3G:hen kuuluu monia standardeja, joista Euroopassa yleisin standardi on UMTS. 3G:n määritelmän mukaan sen on tuettava:

1) Suuria bittinopeuksia (vähintään 144 kbps kulkuneuvoilla, 384 kbps jalankulkijoilla ja 2 Mbps sisäpeitolla) 2) Liikkumista eri operaattoreiden verkoissa koti- ja ulkomailla 3) Päätelaitteiden maantieteellisen sijainnin määrittelyä ja multimediapalveluita

3G-verkot ovat rakennettu vanhojen GSM-verkkojen päälle, joten ne toimivat samalla periaatteella kuin GSM-verkot. Seuraavassa kuvassa on havainnollistettu verkon toimintaa.

Kuvassa MS (Mobile Station) on käyttäjälaite eli kännykkä, RNS (Radio Network Service) on tukiasema ja CN (Core Network) on runkoverkko.

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.

3G-verkko on luonnollisesti laaja ja monimutkainen verkko. Tämän takia on hyvä, että siihenkin on saatu standardeja ja protokollia, jotka määrittelevät verkon käytön yhtenäiseksi.

ATM (Asyncronous Transfer Mode) on verkkoprotokolla, joka mahdollistaa äänen, kuvan ja datan lähettämisen samaa tekniikkaa käyttäen. Suomeksi puhutaan asynkronoidusta tiedonsiirrosta. ATM jakaa lähetettävän datan 53-tavun paketteihin. liittää niihin osoitteen ja lähettää paketit tiedonsiirtoväylän ylitse kohteeseen, jossa se kerää kaikki lähetetyt paketit ja purkaa ne alkuperäiseen muotoon. Pakettia kutsutaan myös ATM-soluksi.

ATM-solu koostuu siis 53 tavusta, jotka on jaettu siten, että viisi tavua jää otsakkeelle ja muulle tunnistamistiedolle ja loput 48 tavua sisältävät siirrettävän datan. Tiedonsiirto ATM:ää käyttämällä on erittäin tehokasta johtuen otsakkeen pienestä koosta.

ATM:n eduksi voidaan ainakin katsoa solun pieni koko, joten se ei tuki verkon kaistaa lähellekään niin paljon kuin yksi suuri datapaketti tekisi. Lisäksi se vähentää kuluja, koska verkon kuormitus ei nouse niin korkeaksi.

http://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_Transfer_Mode

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.

3G-verkko eli tässä tapauksessa Euroopassa käytettävä UMTS-verkko toimii teknisesti eri tavalla kuin vanhempi GSM-verkko. UMTS-verkossa ei eritellä yhteyksiä matkapuhelinten ja tukiasemien välillä taajuuksilla tai aikaväleillä vaan siinä kaikki liikenne välitetään samalla viiden megahertsin levyisellä laajuuskaistalla ja käyttäjät ja tukiasemat erotellaan toisistaan erilaisten koodien avulla. Tämä leveä laajuuskaista mahdollistaa pienempien lähetystehojen käytön kuin GSM-verkossa.

Kuten jo aiemmin mainittiin, 3G-verkko on jaettu kolmeen eri portaaseen - käyttäjälaitteeseen, tukiasemaan ja runkoverkkoon. Tukiasematasossa on alijärjestelmät, jotka sisältävät sekä 2G- että 3G-verkoille omat tukiasemat ja ohjaimet. Runkoverkko on yhteydessä tukiasemiin sekä puhelinverkkoon ja internetiin.

Käytännössä 3G-verkko toimii siis samalla tavalla kuin GSM-verkko. Matkapuhelin lähettää signaalin tukiasemaan. Siellä tukiasema ottaa signaalin vastaan ja Radio Network Controller (RNC) yhdistää tukiaseman UMTS:n runkoverkkoon. Runkoverkossa on eri komponentteja, jotka hoitavat eri asioita, riippuen mitä signaali kullakin kertaa haluaa tehtävän. Esimerkiksi GGSN (Gateway GPRS Support Node) toimii yhdyskäytävänä UMTS:n ja IP-verkkojen välillä ja SGSN (Serving GPRS Support Node) yhdistää UMTS-verkon muihin verkkoihin GPRS-pohjaisella ratkaisulla.

Kotitehtävä 5

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 ?

Kotiini tulee internet-yhteys Soneran kaapelia pitkin kaapelimodeemiin. Modeemista se siirtyy johtoa pitkin reitittimeen, josta langattomalla yhteydellä kannettavaan tietokoneeseen. Tämä järjestely on erittäin toimiva, koska johtoja koneesta menee muutenkin ihan riittävästi muualle niin saa edes yhden johdon pois jaloista.

Kerrostaloasunnossa on tietysti tärkeää, että WLAN-yhteys on salattu, jotta naapuriasunnoissa asuvat eivät pääse lokkeilemaan minun maksamalla yhteydellä ilmaiseksi. Periaatteellinen kysymys on ehkä suurin, mutta kaapelissa se tietysti vaikuttaisi myös oman yhteyteni toimintaan ja nopeuteen. Tämän vuoksi langaton verkko on suojattu WPA-Personal suojauksella, joka on parannettu versio WEP-suojauksesta.

Kodin WLAN eroaa siis julkisista WLAN-verkoista tehon lisäksi siinä, että se halutaan pitää omassa käytössä, kun taas esimerkiksi lentokentällä ja kaupungin keskustassa voidaan pitää verkot avoinna ja tarjota palvelua käyttäjille ilmaiseksi.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 0 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
    • Kotitehtävien tekoa 0 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 0 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
    • Kotitehtävien tekoa 0 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 0 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
    • Kotitehtävien tekoa 0 h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 0 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
    • Kotitehtävien tekoa 10 h

—-

Palaute

OK kokonaisuus.

Pääsivulle