meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkotehtävä 1.

Nyky yhteiskunnassa tiedon tarve sekä ihmisten välinen kommunikointi on korostunut ja sitä tarvitsevat, niin yksityiset ihmiset, kuin yhteisötkin. Tiedon välityksen hoitavat yleiset operaattorit tai yrityksen (vast.) itsensä ylläpitämät järjestelmät. Tieto on sähköisessä muodossa ja sen siirto perustuu verkoon, joko langalliseen tai langattomaan. Lähettäjän ja vastaanottajan järjestelmien pitää ymmärtää toisiaan. Tunnetuimpia tietoliikenteen järjestelmiä ovat internetti, digi-tv ja matkapuhelin, jotka kuuluvat useimpien henkilöiden päivittäiseen käyttövalikoimaan. Luonollisesti tv kuuluu jokaiseen kotiin, kaapelilla tai verkolla varustettuna. Tietoliikenteeseen kuuluu tietoturva olennaisena osana. Tiedon välitystä on ollut kauan, mutta tietoliikenne tekniikan alana on varsin nuori ja tulee kehittymään vielä voimakkaasti.

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.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Mitä opin, mikä oli päivän tärkein sanoma, …

Kommunikointijärjestelmällä kuvataan informaation siitymistä osapuolten välillä. Kommunikointijärjestelmän komponentit ovat: lähde, joka generoi datan, minkä lähetin muuttaa singnaaliksi, siirtojärjestelmä lähettää signaalin vastaanottimeen ja kohde toistaa vastaanotetun datan.

Kerrosarkkitehtuurissa järjestelmä on jaettu pienempiin osiin, jolloin järjestelmästä saadaan hallittavampi. OSI-arkkitehtuurissa kerroksia on seitsemän ja ne jakaantuvat alhaalta ylös: fyysinen kerros, linkkikerros, verkkokerros, kuljetuskerros, istuntokerros ja eritystapa- ja sovelluskerros. TCP/IP-arkkitehtuurissa kerroksia on viisi ja jakaantuvat alhaalta ylös: fyysinen kerros, linkkikerros, verkkokerros, kuljetuskerros ja sovelluskerros. Kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina alimman kerroksen kautta.

Järjestelmien käyttämää yhteistä kieltä kutsutaan protokollaksi (toimintatapa), jossa eri järjestelmissä sijaitsevat oliot kommunikoivat keskekään. Olijoiden välinen kommunikointi voi tapahtua yhteydettömästi tai yhteydellisesti. Protokolla koostuu: syntaksista (mitä), semantiikasta (kuinka) ja ajoituksesta (koska).

Luentopäivä 2:

Analogisessa lähetyksessä aalto on jatkuvaa ja singnaali on mikä tahansa minimin – maksimin väliltä. Digitaalisessa lähetyksessä tasot on määritelty. Tasoja lisättäessä nopeus kasvaa. Jos kaistan taajuutta lisätään esim. 1 MHz:tä 2 MHz:een, niin tiedonsiirron nopeus nousee 2 Mbps:sta 4 Mbps:iin. Jos nopeutta kasvatetaan, niin taajuutta tarvitaan lisää ja leveämpi kaista. Kun taajuus kasvaa saadaan parempi ja tarkempi siirto signaalille.

Siirtotiet voidaan jakaa johtimellisiin siirtoteihin, jossa signaali kulkee fyysistä reittiä ja johtimettomiin siirtoteihin, jossa signaali kulkee langattomasti. Johtimellisia siirtoteitä ovat parikaapeli, koaksiaalikaapeli, valokuitu ja sähköjohto. Johtimettomia siirtoteitä ovat mikroaaltolinkit, satelliittilinkit, radiotiet ja infrapunalinkit. Infrapunalinkillä ja valokuidulla on suurimmat taajuudet ja sitä kautta suuremmat nopeudet. Johtimellisia siirtoteitä käytetään lyhyissä tilaajaliitännöissä ja lähiverkoissa ja niissä voidaan välittää sekä digitaalista että analogista signaalia. Johtimettomissa siirtoteissä signaali etenee ilmassa tai antennin välityksellä, joko suunnattuna tai suuntaamattomana.

Singnaali on aaltoliikettä, jossa virta ja jännite vaihtelee. Analoginen singnaali on jatkuvaa sähkömagneettinen aalto ja digitaalinen signaali on kanttiaaltoja. Data siirretään energiana , jossa ensin data koodataan energiaksi, siirretään energia ja koodataan takaisin dataksi. Koodauksessa bitit voivat olla 0-tilassa tai 1-tilassa tai siirtymä voi tapahtua bitin keskellä (Manchester).

Luentopäivä 3:

Kanavointi mahdollistaa siirtää samalla yhteydellä useita signaaleja. Kanavoinnissa syötteet yhdistetään yhdelle linjalle ja vastaanottopäässä ne jälleen puretaan. Kanavointi voidaan jakaa taajuusjakokanavointiin (FDMA), aikajakokanavointiin (TDMA), koodijakokanavointiin (CDMA) ja aallonpituuskanavointiin (WDMA). Taajuusjakokanavoinnissa signaalit moduloidaan eri taajuisille kantoaalloille, jossa kanava on sama kuin kantoaallon kohdalle keskitetty kaistanleveys. Kanavien väliin jätetään riittävän suuri varmuusväli estämään kanavien väliset häiriöt. Aikajakokanavointi perustuu signaalin viipalointiin ajan mukaan. Viipalointi voi tapahtua bittitasolla, tavutasolla ja suuremmissa yksiköissä. Koodijakokanavoinnissa samaa taajuuskaistaa käyttävät signaalit kootaan omalla koodilla. Käytössä on koko taajuusalue sekä aikaviipaleet. Koodijakokanavointia käytetään johtimettomilla siirtoteillä esim. 3. sukupolven matkapuhelinverkko. Aallonpituuskanavoinnissa valokuidussa käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa.

Piirikytkennässä reitit ja resurssit varataan ennen datan siirtoa, jolloin kanavan kapasiteetti on varattuna vaikka liikennettä ei olisikaan . Piirikytkennällä päästään varatuilla resursseilla tavoitteeseen eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon tietyn viiveen sisällä. Piirikytkentää käytetään puheen ja äänen reaaliaikaisena kommunikointivälineenä. Pakettikytkennässä data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten. Paketit kootaan lyhyeksi aikaa verkon solmukohtiin, mistä ne lähetetään seuraavalle solmulle, mutta ei välttämättä samaa reittiä. Pakettikytkentäiset verkot soveltuvat vain digitaaliselle datalle ja jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa sekä kontrolli-informaatiota. Pakettikytkentäisessä verkossa resurssit tulevat hyödynnettyä paremmin ja verkon tehokkuus on parempi kuin piirikytkentäisessä verkossa, koska kanavia ei pidetä koko aikaa varattuna ja solmusta solmuun -linkit voidaan jakaa tehokkaasti asemilta tulevien pakettien kesken. Pakettikytkentäisessä verkossa reititys voidaan toteuttaa useammalla tavalla. Kiinteässä reitityksessä reitti on tiedossa kaikilla solmuväleillä. Tulvivassa reitityksessä paketit lähetään kaikkiin ulosmenoihin. Satunnaisessa reitityksessä paketit lähetään satunnaisesti johonkin ulosmenoon. Mukautuvassa reitityksessä paketit mukautuvat verkon tilanteisiin. Jos verkon kapasiteetti ylittyy 80 %, niin se alkaa olla riski verkon toimivuudelle ja läpäisy minimoituus. Jo 60 %:n kapasiteetti verkossa kasvattaa viivettä. Vastaanottopään on pystyttävä informoimaan lähetyspäätä, ”älä lähetetä”. Kun ruuhkaa on verkossa paketit voidaan lähettää toista reittiä, tai ne voidaan lähettää paketti kerrallaan (liukuvan ikkunan menetelmä).

Lähiverkko, jota käytetään useamman laitteen viestintään paikoissa, joissa on rajoitettu fyysinen etäisyys. Lähiverkko yhdistetään aina johonkin toiseen verkkoon, joko toinen Lan tai WAN. Yhdistämistapoina on kaksi yleistä tapaa, joista siltaus on yksinkertaisin tapa yhdistää saman tyyppiset LAN:t. Toinen tapa on reititys, joka on jo monimutkaisempi ja sillä voidaan yhdistää LAN:t ja WAN:t. LAN arkkitehtuurin kerrosmallissa on OSI:n fyysinen- ja linkkikerros. Fyysisessä kerroksessa tapahtuu signaalin koodaus ja purku, synkronisointi, bittinen siirto sekä siirtotie ja topologia. Linkkikerros kokoaa datan kehyksiksi yhdessä osoitteiden ja virheenkorjauksen kanssa, purkaa kehykset vastaanottaessa, vastaa siirtotien ”käyttövuoroista”, vuon valvonnasta, virheiden korjauksesta ja toimii rajapintana erilaisille verkoille. Lähiverkkojen siirtoteinä käytetään koaksiaali ja parikaapelia, valokuitua ja radiotietä. LAN topologioina käytetään väylä-, puu-, rengas- ja tähtitopologioita. Väylä- ja puutopologiassa signaali etenee lähettäjältä molempiin suuntiin ja lähetys kuulu kaikille. Rengastopologiassa linkit toimivat yksisuuntaisesti ja toistimet on yhdistetty point-to-point linkeillä renkaan muotoon. Tähtitopologiassa , jota käytetään nykyisin, asemat on liitetty point-to-point linkeillä keskussolmuun. Keskussolmu lähettää, joko kaikille asemilla, tai saapuva kehys tallennetaan keskussolmuun ja välitetään ainoastaan oikeille vastaanottajille. Langattomia LAN:a käytetään liikkuviin ja tilapäisverkkoihin sekä kohteissa joissa on vaikea johdotus. MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin jakamiseen ja hallintaan, koska LAN verkoissa on useita käyttäjiä jakamassa siirtotein kapasiteettiä.

Internet koostuu useista yhteen liitetyistä verkoista eli se on verkkojen verkko. Internetverkko muodostuu pakettikytkimistä ja linkeistä, joita verkkoasemat käyttävät. Nämä komponentit pelaavat yhteen protokollien avulla. Internetissä ovat fyysinen- , linkki-, verkko-, kuljetus ja sovelluskerros ja keskeisinä protokollina ovat IP, TCP ja UDP.

Luentopäivä 4:

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa. {{:courses:ct30a2001:opiskelijat:2008:kotitehtaevae1_0353226.jpg|}}

Kotitehtävä 2

Matkapuhelimen pääosat ovat lähetin, vastaanotin, ohjauselektroniikka, näyttöruutu, älykortinlukija, ladattava akku ja antenni. Matkapuhelimen toiminta perustuu radioaaltoihin. Soitettaessa matkapuhelimella se lähettää radioaaltoja, jotka lähin tukiasema ”sieppaa. Tukiasema muodostuu radiolähettimistä, vastaanottimesta ja radioantennista. Radioaaltojen saavuttua tukiasemalle ne välitetään matkapuhelinkeskukseen, josta puhelu välitetään edelleen vastaanottajan lähellä olevaan tukiasemaan tai kiinteään verkkoon.

Rajoittavina tekijöinä tukiasemilla ovat kapasiteetti ja peittoalue. Kapasiteetti määrää minkä verran tukiasema pystyy vastaanottamaan ja lähettämään puheluita. Peittoalue on maantieteellinen alue, jonka tukiasema kattaa.

Rajoittavat tekijät huomioidaan jo matkapuhelinverkkoja suunniteltaessa. Radiotaajuusalueiden mahdollisimman tehokas käyttö edellyttää tukiaseman huolellista sijoittamista ympäristöön ja alhaisten tehotasojen käyttöä. Mikäli tukiasemat ovat riittävän kaukana toisistaan niin, samaa taajuusaluetta voidaan käyttää useammissa tukiasemissa.

Tukiasemien toiminnassa on tärkeää, että toimitaan pienillä tehotasoilla. Tukiasemilla ja matkapuhelimissa on käytössä tehonsäätö, joka vastaa siitä, että lähettimestä lähtee vain niin voimakas signaali kuin on tarpeen. Tällä päästään siihen, että säästetään sähköä ja vähennetään radioverkon häiriötasoa.

Lähde: Teknologia teollisuus, 2010. Tukiasemat ovat matkapuhelinverkon solmukohtia. [verkkodokumentti]. [Viitattu 12.10.2010].Saatavilla http://www.teknologiateollisuus.fi/fi/ryhmat-ja-yhdistykset/faktat-tukiasemista.html

Tehtäväkuvaus:

Kotitehtävä 3

TCP-protokolla (Transmission Control Protocol) on tietoliikenneprotokolla, jolla luodaan yhteydet tietokoneiden välille Internetti-verkossa. TCP-protokolla huolehtii, että paketit saapuvat perille oikeassa järjestyksessä. TCP-protokolla vastaa mm. sähköpostin lähetyksestä. TCP-protokollaan on kehitetty erilaisia vuonvalvonta- ja ruuhkatilannemekanismeja, joilla voidaan hävinnyt paketti lähettää uudestaan. TCP:n paikka kerrosarkkitehtuurissa on kuljetuskerros. TCP-yhteys muodostaa kolme vaihetta, jotka ovat yhteyden muodostus, tiedon siirto ja yhteyden katkaisu. Yhteyden muodostamisessa asiakkaan laite lähettää serveripään laitteelle SYN-paketin , johon serveripään laite vastaa SYN/ACK-paketilla ja lopuksi asiakkaan laite vastaa ACK-paketilla ja datan siirto on valmiina alkamaan. Tiedon siirtovaiheessa varmistetaan tiedon eheys. Sekvenssinumeroinnilla varmistetaan TCP-pakettien järjestys, tarkistussummalla tarkistetaan mahdolliset virheet ja ajastimilla ja tunnistimilla kontrolloidaan hukattuja paketteja ja viiveitä. Vastaanotetuista paketeista lähetään kuittaus lähettäjälle ja jos kuittaus ei tule, paketti lähetään uudestaan. Yhteyden lopettamiseen on kolme mahdollisuutta. Yhteys voidaan päättää niin, että molemmat osapuolet katkaisevat yhteyden erikseen, jossa molemmat lähettävät FIN-paketin ja molemmat kuittaavat sen ACK-paketilla. Yhteys voidaan päättää myös niin, että toinen osapuoli lähettää FIN-paketin ja toinen kuitta sen FIN-ACK paketilla. Lopuksi ensimmäinen osapuoli lähettää ACP-paketin. Kolmas tapa päättää yhteys on lähettää jommankumman osapuolen toimesta RESET-valitsimella varustettu paketti, jolloin yhteys katkeaa heti. Ruuhkanhallintamekanismeja on kehitetty hallitsemaan tilanteita, joissa reitittimelle saapuu enemmän paketteja kuin mitä se ehtii välittämään eteenpäin. Jos reitittimen puskuri täyttyy ylimääräiset paketit joudutaan hylkäämään ja jos vielä lähetystä jatketaan reitittimet ruuhkautuvat lisää. Ruuhkanhallintamekanismit pitävät Internetin käyttökelpoisena, vaikka liikenteen määrä on lisääntynyt. TCP-protokollan päälle voidaan rakentaa muita protokolleja esim. http, joka huolehtii www-sivuista, SMTP huolehtii sähköpostin välityksestä, Telnet pääteyhteydestä Internetin ylitse, SSH salatusta pääteyhteydestä Internetin ylitse ja tiedon siirrosta sekä FTP, joka huolehtii tiedon siirrosta Internetin ylitse.

Lähde: http://fi.wikipedia.org/wiki/TCP

Tehtäväkuvaus:

Kotitehtävä 4

GSM lähettää soitettaessa radioaaltoja, jotka lähin tukiasema vastaanottaa. Vastaanotetut radioaallot tukiasema lähettää matkapuhelinkeskukseen, josta ne välitetään edelleen vastaanottajan lähellä olevaan tukiasemaan tai kiinteään verkkoon. GSM-verkoissa tukiasemalta puhelimeen käytetään taajuusaluetta 925-960 MHz ja puhelimesta tukiasemalle 880-915 MHz. Taajuusalue jakaantuu 200 kHz:n viipaleisiin ja jokainen taajuusviipale kahdeksaan aikaikkunaan. GSM-puhelu ottaa yhdestä 200 kHz:n viipaleesta yhden aikaikkunan eli kanavan. Yhteydet muodostetaan käyttäen jotain siirtomediaa, ja joista yleisimmät ovat valokuitu, johdin tai radioaalto. Kommunikoinnin osapuolet lähettävät viestejä käyttäen signaaleja, joilla on tehotaso. Siirtomedioiden häviöt aiheuttavat tehotason tippumista ja vastaanottaja pystyy tulkitsemaan saapuneet viestit tiettyyn tasoon asti, joka on riippuvainen vastaanottimeen tulevasta kohinasta GSM-verkossa yhteys on toteutettu piirikytkentäisenä, jossa tiedonsiirtokaista pysyy varattuna koko sen ajan, kun yhteys on muodostettu. Uudemmissa pakettikytkentäisissä tiedonsiirtomenetelmässä vapaata kaistaleveyttä varataan vain datapakettia siirrettäessä. GSM-datan suurin tiedonsiirtonopeus on 9,6 kbit/s.

Lähteet:

http://wiki.syotec.fi/index.php?title=Tietoliikenteen-perusteet-verkkokurssi-0 http://fi.wikipedia.org/wiki/GSM-data http://www.teknologiateollisuus.fi/fi/ryhmat-ja-yhdistykset/faktat-tukiasemista.html

Tehtäväkuvaus:

Kotitehtävä 5

Käsittelen tässä kotitehtävässä kotiin liittyvää tietoliikennetekniikkaa. Siirtomediana käytetään parikaapelia, jolla signaali tuodaan sisään rakennukseen. Parikaapelilla on hintaansa nähden hyvä suorituskyky ja signaalia voidaan siirtää useita kilometrejä ilman vahvistinta. Erilaiset häiriöt vaikeuttavat parikaapelin käyttöä (esim. sähkömagneettiset häiriöt). Häiriöitä voidaan torjua tai lieventää päällystämällä kaapeli suojaavalla folioilla tai metallipunoksella, myös johtimen kiertäminen vähentää matalan taajuuden häiriöitä. Modeemin avulla tietokoneelta tuleva digitaalinen data muutetaan analogiseen muotoon. Sisälle muodostetaan langaton lähiverkko tukiaseman avulla ja WLAN-tiedonsiirtotekniikalla. Langattomalla tekniikalla ei tarvitse vetää johtoja seinien läpi tai käyttää johtolistoja. Langaton verkko mahdollistaa liikkumisvapauden verkon kantoalueella. Tietoturva on parempi verkkokaapeilla varustetuissa verkoissa. Kukaan ei pääse liittymään verkkoon luvatta ellei saa johtoa kiinni verkon laitteisiin. Langattoman verkon suojaus on välttämätön toimenpide. Langattomassa verkossa tieto liikkuu ilmateitse ja kuka tahansa verkon kantoalueella voi liittyä verkkoon, käyttää toisen Internet-liittymää, sekä tarkastella mitä tieoja lähiverkossa on jaossa.

Lähde:

https://publications.theseus.fi/bitstream/handle/10024/10327/TMP.objres.775.pdf?sequence=2

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1 Lähiopetus 7 h Valmistautumista lähiopetukseen 2 h Kotitehtävien tekoa 7 h

Luentoviikko 2 Lähiopetus 7 Valmistautumista lähiopetukseen 3 Kotitehtävien tekoa 9

Luentoviikko 3 Lähiopetus 7 h Valmistautumista lähiopetukseen 3 h Kotitehtävien tekoa 13 h

Luentoviikko 4

Palaute

Hyvät kotitehtävät sekä oma analyysi. Perusongelmat, mutta kokonaisuus hyvä.