meta data for this page
  •  

Janne Hilpin kurssisivu

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Yksinkertaisesti sanottuna oma käsitys tietoliikennetekniikasta on datan siirto lähteestä A paikkaan B. Esimerkkejä voi listata lähes kaikista tämän hetken elektronisista laitteista. Lähde A voi hyvinkin olla puhelin, tv-asema tai vaikkapa kotikone. Data voi esimerkiksi näiden laitteiden/paikkojen välillä siirtyä pitkiäkin matkoja suht. nopealla vauhdilla mm. valokuitukaapeleita tai satelliittiyhteyksiä pitkin. Omia laitteita on yhteydessä erilaisiin verkkoihin, kuten 3G ja uudempana VDSL (nopeampi ADSL?). Pienemmällä tasolla laitteet kommunikoivat kämpässä WLANin välityksellä. Joskus muinoin tulivat myös bluetoothit, infrapunat sekä huippunopeat modeemiyhteydet tutuiksi.

Syvempi protokollien toiminta on itseltä melko hämärän peitossa vielä toistaiseksi, vaikka niiden kanssa on tullut väkisin oltua tekemisissä elämän aikana. Tällä hetkellä on käsitystä lähinnä päällimmäiseltä tasolta, miten laitteet saadaan kyseisissä verkostoissa toimimaan.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Verkkomallien historiaa ja niiden jaottelu (MAN, WAN, BAN, LAN jne)

Kommunikointimallit (STALLINGS!), miten tieto siirtyy, vastaanottaa häiriöta / korjataan, miten se esitetään kohteessa

Kerrosarkkitehtuuri, miten viesti kulkee eri kerroksien läpi

Protokollat, TCP/IP:n oikea merkitys aukesi. Vertaus ihmisillä, pyyntö vastaus jne. yksinkertaisin derivoitu muistisääntö. OSI ja sen 7 kerrosta jotain täysin uutta, idean sai silti (toivon mukaan) selville.

Reititys, datan kulku oikeaan osoitteeseen.

Luentopäivä 2:

Protokolla olioiden välillä toimiva kieli, joka koostuu syntaksista (sanasto, tiedon muotoilu, signaalitasot), semantiikasta (toimet paketin saapuessa, virheenkorjaus) ja ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien järjestys)

Protokollan toimintoja:

Segmentointi

hyötyjä
-eri verkkojen käyttäessä eri kokoisia datalohkoja joudutaan pilkkomaan dataa osiin
-pilkottujen lohkojen kohdalla virheenkorjaus tehokkaampaa
-verkon käyttö tasaisempaa (koko kaista ei jumitu yhteen sovellukseen)
-lähetyksen sisäiset tarkastuspisteet mahdollisia

haittoja
-paketin saapumisesta aiheutuvat keskeytykset
-monen yksittäisen pakettien käsittelyyn kuluva aika
-paketointi = ohjausinformaation lisääminen dataan (kommunikoinnin osapuolet, virheenkorjauskoodit, protokollan ohjausinformaatiot)

Yhteyden hallinta

-olioiden välinen kommunikointi voi olla:
yhteydetöntä, jos protokollan täytyy toimia dynaamisesti
yhteydellistä, reaaliaikaista ja jatkuvaa datan siirtoa

-koostuu yhteyden muodostamisesta, tiedon siirrosta ja yhteyden purkamisesta. Yhteyttä muodostaessa molempien täytyy käyttää samaa protokollaa

Toimitus oikeassa järjestyksessä

-paketit eivät välttämättä kulje aina oikeassa järjestyksessä eri reittien ja virheiden takia. Oleellista yhteydellisessä kommunikaatiossa

Vuon valvonta

-lähetysnopeuden säätely, toimii useiden kerrosten protokollissa

Virheenkorjaus

-virheiden vaikutusten vähentäminen
-havainnointi ja uudelleenlähetys, pakettia vastaanottaessa tarkistetaan virheenhavainnointikoodi
-tapahtuu monilla kerroksilla
-havaitaan esim. saapuneiden pakettien vahvistuksella, uudelleenlähetyksellä tietyn ajan jälkeen, virheellisten pakettien vahvistuksella

Osoitteet

-osoitustaso, viittaus olion tasoon järjestelmässä (IP, portti, SAP..)
-osoituksen laajuus, oltava globaali koko verkon alueella, yksikäsitteinen ja kaikkialla käytettävissä
-yhteystunnisteet, yhteydelliseen kommunikointiin
-osoitustila, lähetys yhdelle (unicast), useammalle (multicast), kaikille(broadcast) vastaanottajille

Kanavointi

-useat yhteydet yksittäiseen järjestelmään, esim portit
-upward (monta ylempää yhteyttä alemmalle tasolle
-downward (monta alempaa yhteyttä ylemmälle tasolle)

Kuljetuspalvelut

-priorisointi
-palvelun taso´
-tietoturva

Standardointi, järjestelmien välinen yhteensopivuus
-hidastaa teknologian kehitystä, koska uusiin tekniikoihin siirryttäessä tehokkaampia olisi jo saatavilla

Internetin standardit yleinen, sovellukset, internet, toiminnot ja verkonhallinta, reiritys, turvallisuus, kuljetus ja Sub-IP

IEEE 802
-802.3 Ethernet
-802.11 WLAN
-802.15 Bluetooth
-802.16 Broadband wireless

Onnistunut tiedonsiirto koostuu siirrettävän signaalin laadusta ja lähetysalustan ominaisuuksista
-tieto voi siirtyä esim. optisella kuidulla tai ilman ja veden kautta

simplex, signaali yhteen suuntaan
half duplex, signaali molempiin suuntiin, mutta vain toiseen kerrallaan
full duplex, samanaikainen lähetys molempiin suuntiin

Luentopäivä 3:

-Siirtotiet yleisesti, johtimelliset ja johtimettomat
-siirtoteiden hyödyt ja haitat
-antennien toiminta melko uutta asiaa omalla kohdalla
-satelliitit
-signaalin muunto analogisesta digitaaliseen ja takaisin tiedonsiirrossa
-synkroninen ja asynkroninen tiedonsiirto, virheenkorjaus

Luentopäivä 4:

multipleksointi (kanavointi):
- siirtokapasiteetin jakoa useammalle signaalille yhtä aikaa
- jaetaan:
- FDMA (taajuusjakokanavointi)
- signaalien jako omille taajuuksille/kanaville
- siirtokapasiteetin oltava signaalien yhteenlaskettua kaistanleveyttä suurempi
- data digitaalista/analogista
- esim. radioliikenne, TV
- varaa kaistan kanaville, vaikkei niillä liikkuisi dataa

- TDMA (aikajakokanavointi
- signaalien viipalointi ajan suhteen
- digitaalinen/analoginen data
- siirtokapasiteetti > signaalien yhteenlaskettu vaatimus
- esim. matkapuhelinverkosto
- synkroninen TDMA
- yhteyden ajan kiinteät aikaviipaleet
- eri nopeuksiset lähteet yhdistettävissä
- ei linkkiprotokollaa
- FDMA:n kaltaiset hukkavaraukset kaistalle
- tilastollinen (asynkroninen) TDMA
- synkronisen TDMA:n vastakohtana kaistaa varataan dynaamisesti → vältetään kaistan hukkavaraus
- siirtotien kapasiteetin mahdollista olla < kuin lähteiden yhteenlasketut vaatimukset
- ohjausinformaation vaatimus datan mukana

- CDMA (koodijakokanavointi)
- johtimeton siirtotie
- koko taajuusalue kaikkine aikaviipaleineen käytössä
- pieni häiriöiden vaikutus
- käytetään hajaspektrin (DSSS, FHSS) kanssa
- lähetyksen kryptaus mahdollista
- lähetystaajuus voi vaihdella synkronisaatiossa vastaanottajan kanssa → signaalin ulkopuolinen kaappaus vaikeutuu

- WDMA (aallonpituusjakokanavointi)
- eri taajuuksiset valonsäteet
- alustana optinen kuitu
- mahdollistaa suuret siirtonopeudet (10 Gbps/säde)
- korkea hinta

reititys:
- datan reitti solmujen välillä verkostossa
- tulee olla yksinkertaista, vakaata ja tehokasta
- minimum hop
- least cost
- useat strategiat
- kiinteät taulut
- jokaisen lähdevastaanottajanparin välillä vakituinen reitti
- yksinkertaista, mutta ei joustavuutta
- flooding
- solmut lähettävät vastaanotetut paketit jokaiselle naapurisolmulle
- käy läpi kaikki mahdolliset siirtoreitit
- paketit numeroitu uniikisti → ei duplikaatteja
- jo ennestään ohjatut paketit voidaan hylätä matkalla
- kuluttaa kaistaa enemmän
- satunnainen
- solmut valitsevat vain yhden siirtotien, joko satunnaisesti tai kiertovuorottelulla
- mukautuva reititys

Luentopäivä 5

Matkapuhelinverkoston toiminta
- jaetaan soluihin, joista jokaisesta löytyy antenni ja omat taajuusjakaumat
- soluja ohjaa tukiasema
- solut voivat olla esim. neliön tai heksagonin muotoisia
- päällekkäiset solut toimivat eri taajuuksilla → vältetään interferointi
- lisäkapasiteetti hoituu esim. uusia kanavia lisäämällä tai solujaolla (tiheästi asutut alueet)

LAN
- syitä käyttöön: halpuus, tietokoneiden fyysinen läheisyys, luotettavuus, nopeus
- mahdollisia rakenteita puu, väylä (puu ilman oksia), rengas ja tähti
- data voi kulkea rakenteissa muiden koneiden kautta, mutta vain lähetyksen kohde kopioi datan matkalta
- tähdessä data kulkee keskuskoneen kautta kohdekoneeseen. jokaisella lähetys-vastaanottajaparilla oma reitti
- OSI:n 2. kerros: IEEE 802

  1. MAC-protokolla
    1. hallitsee siirtotien kapasiteettia jakamisessa
    2. selvittää, missä ja kuinka
    3. voi olla joko keskitettyä tai hajautettua
      1. keskitetyn ongelma: virhetilanne yhdessä pisteessä voi tarkoittaa virhetilannetta kaikkialla
  2. LLC (Logical Link Control
    1. linkki ylempiin kerroksiin
    2. SAP

- monta eri lähiverkkoa yhdistettävissä toisiinsa siltauksilla ja reitityksillä

WLAN
- langattomuus korkealla hinnalla ja huonolla siirtonopeudella
- käyttötapoja:

  1. LAN-laajennus
  2. cross-building
  3. nomadic access
    1. kampukset ja rakennusrykelmät, missä liikutaan läppärien kanssa
    2. pääsy samoille servereille LAN-verkon kanssa.
  4. ad hoc
    1. P2P

- IEEE 802.XX -standardit

Tietoturvauhat
- fyysinen ja virtuaalinen
- yksityisyys

  1. datan varastaminen

- palveluiden toiminta

  1. DDos-hyökkäykset

- softauhat voivat olla parasiittisia tai itsenäisiä
- virukset, madot, loogiset pommit, troijalaiset, takaovet, malware jne

Kotitehtävä 1

Kämpältä löytyy reititin, pöytäkone, kannettava tietokone, älypuhelin, äänentoistolatteistoa (langallista ja langatonta). Reititin toimii pöytäkoneen ja Internetin välillä “suojana”, sekä jakaa yhteyden myös läppärille ja puhelimelle WLANina. Reititin luo myös näiden laitteiden välille nopeasti toimivan kotiverkon tiedonsiirtoon. Pöytäkone on jatkuvassa yhteydessä tuttuihin myös itseni poistuessa paikalta, sekä toimii alustana lähes kaikkeen arjen ja vapaa-ajan asioihin, mitä sillä voi hoitaa netin välityksellä. Läppärillä ei varsinaisesti ole kodin WLANissa mitään virkaa, vaikka se siihen olisikin kytkettynä. Koko laitteen merkitys on älypuhelinten tehokkuuden ja vähäisen painon takia alkanut hiukan hajota. Puhelin on yhteydessä joko WLANin kautta Internettiin tai sitten 3G:n kautta muihin ihmisiin.

Kysymyksiä:

1. Miten ns. “pakettien haistelu” eli packet sniffing tietoliikenteen välistä estetään? Miten nämä salaukset, kuten langattoman verkon suoja AES jne. käytännössä toimivat?

2. Miten langallisen verkon reitittimen sisuksiin rakennettu “palomuuri” toimii?

3. Mitä palomuurilla blokattavat, sovellusten käyttämät portit periaatteessa ovat? Eroavatko eri numeroilla olevat portit niitä käyttävien sovellusten ja palveluiden lisäksi jotenkin?

Kotitehtävä 2

Kotitehtävä 3

3G, ilma, 900mhz, QPSK ja 16-QAM (HSDPA)
Twisted pair, QPSK ja QAM
infrapuna, ilma, 30 MHz - 300 MHz (kaukosäätimen taajuus?)

Kotitehtävä 4

3G
- Käyttää kanavointiin CDMA:a. Voidaan käyttää tehokkaasti koko kaistaa signaalin lähetykseen ja vastaanottoon. Vastaanottoa varten yksilölliset koodit, joilla vältetään interferointi samaa taajuusaluetta käyttävien lähetysten kanssa, koska 3G:llä on käyttäjiä suhteellisen paljon.

Netti
- Lnet (tai Funet) käyttää tietääkseni DWDM:a. Siirtotienä toimii kuitukaapelit, joten data siirtyy ihan siedettävää vauhtia. Dense WDM:ssa on kanavia tavallista aallonpituusjakokanavointia tiheämpään, joka mahdollistaa useita yhteyksiä nopealla vauhdilla. Tulikin korjattua vääriä käsityksiä tämän verkon toiminnasta, joita annoin ennakkotehtävään.

Kotitehtävä 5

IRC (Internet Relay Chat)

Parin, muutaman tai erittäin usean käyttäjän välinen reaaliaikainen chatti
Rakenne puu, jossa viestit kulkevat oikeaan osoitteeseen. Alimmat oksat ovat yksittäisiä käyttäjiä, jotka ottavat yhteyden clienttisoftallaan IRC-servereihin (irc.lut.fi jne.), jotka ovat yhteydessä toisiin servereihin (irc.cs.hut.fi, warszawa.irc.pl jne.) muodostaen kokonaisen IRC-verkoston (IRCnet, QuakeNet jne.). Serverit jaetaan kanaviin, joihin käyttäjät liittyvät. Voi toimia paikallisena tai maailmanlaajuisena. Kanaville jaottelu kertoo, mitkä serverille lähetetyt viestit broadcastataan kellekkin käyttäjälle.

Viestit servereille lähetetään yksinkertaisena tekstinä ilman erityisiä määrittelyjä. Clientille syötetty viesti koodataan merkistöstä binääreihin, joka muunnetaan vastaavasti analogiseen muotoon. Analogisessa muodossa viesti kulkee käytettyä siirtotapaa pitkin ensin oman reitittimen kautta palveluntarjoajan reitittimeen, ja sitä kautta mahdollisesti vielä useamman reitittimen kautta käytössä olevalle IRC-serverille. Serveri puolestaan broadcastaa viestin kaikille keskustelukanavalla oleville. Kohteet dekoodaavat viestin takaisin käytössä olevaan merkistöön ja näkevät sen näin omalla clientillään luettavassa muodossa. Viestien ollessa yksinkertaisia (pelkkää tekstiä), virheenkorjaus pystyy helposti pitämään viestit oikeassa muodossaan.

TCP/IP-mallin mukaisesti
- sovelluskerroksella toimii kulloinkin käytettävä IRC-clientti, joka määrittelee miten käyttäjä näkee IRC-datan. Clientti myös määrää, mitä dataa lähetetään ulos.
- kuljetus- ja verkko-/Internetkerrokset: TCP/IP pitävät huolen pakettien, eli viestien kuljetuksesta oikeassa järjestyksessä oikeaan kohteeseen
- fyysinen kerros: yhteys paikallisesta tietokoneesta kaapeleita yms. pitkin ethernettiin, josta IRC-serverit löytyvät

Viikoittainen ajankäyttö

*Lähiopetus: 5 x 2-3h (lähtö Espooseen perjantaisin) *Luentomateriaaliin perehtyminen, tiedonhaku (jotta jostain jotain tajuaisi) itsenäisesti ja kotitehtävät: 5 x 6-7h *Luentopäiväkirjan täyttö opittujen asioiden perusteella: 5 x 30-40 min *Tenttiin luku: [31 (loka) + 30 (marras) + (joulukuun päivät)] x 1h (sisältäen satunnaisia välipäiviä) = ~65 h


Pääsivulle