meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

  • Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkokäsitykseni aiheesta: tietoliikennetekniikka on tiedon siirtoa kahden laitteen välillä. Laitteiden välillä tieto siirtyy ykkösinä ja nollina, siis bitteinä. Tietoliikenne on siis sähköistä tiedon siirtämistä lähettäjältä yhdelle tai useammalle vastaanottajalle samaan aikaan. Ensin pitää luoda tieto, joka lähetetään. Sitten tieto pitää saada sellaiseen muotoon, että sen voi lähettää jotain siirtotietä pitkin, joko langallista tai langatonta. Eduksi on, jos vastaanottajapää pystyy tunnistamaan tulevan signaalin ja muuttamaan sen sellaiseen muotoon, jotta vastaanottava taho pystyy sen lukemaan (vaihtoehtoisesti katsomaan, jos kyse on kuvasta tai videoklipistä). Tähän tarvitaan protokollaa eli käyttäytymissäännöstöä, jonka sekä lähettäjä- että kohdejärjestelmä pystyvät lukemaan. Tämän syvällisempää käsitystä en pysty muodostamaan: koko aihealue tuntuu hankalalta ja vaikeasti ymmärrettävältä. Käsitteitä ja termejä sinkoilee sinne sun tänne, kokonaisuus jää kuitenkin hajanaiseksi.

Luentoyhteenvedot

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

Ensimmäisen luentopäivän opit Ensimmäiseltä päivältä jäi eniten mieleen pohdinta siitä, miten tietoliikenteen alue on kehittynyt viimeisen viiden vuoden aikana. Vauhti on sellaista, ettei tulevan viiden vuoden kehitystä pysty edes arvailemaan. Jo harjoitustöitä tehdessä tuli mietittyä sitä, miten ambient intelligence etenee huimaa vauhtia ja tuo esiin sellaisiakin asioita, joita ei lainsäädännössä ole osattu tai pystytty edes miettimään. Nykyään käyttäjillä on laitteiden ja verkon hyödyntämisen suhteen monia tarpeita, mutta otetaanko käyttäjänäkökulmaa edes tarpeeksi huomioon. Monet laitteet ja tekniikat ovat edelleen insinöörivetoisia. Luennolla opittua: kommunikointimalli on teoreettinen malli, joka kuvaa informaation välitystä kahden osapuolen välillä. Prosessi pitää sisällään tarvittavat laitteet, toiminnot laitteissa ja niiden väleillä, siirrettävän tiedon muodon ja siirrettävän tiedon etenemisen. Yksinkertaisimmillaan tarvitaan lähdejärjestelmä, siirtojärjestelmä ja kohdejärjestelmä eli tiedon lähettäjä, siirtotie ja tiedon vastaanottaja. Kommunikointijärjestelmän tehtävänä on kuvata informaation välitystä näiden kahden osapuolen välillä. Lähde generoi datan, lähetin muuttaa datan signaaleiksi, väliin tarvitaan siirtojärjestelmä, kohdejärjestelmä vastaanottaa signaalin ja kohde toistaa vastaanotetun datan ja muuttaa sen informaatioksi. Tiedon siirto tapahtuu laitteiden välillä: se voi olla point-to-point siirtoa kahden toisiinsa kytketyn laitteen välillä. Tällainen on lähinnä bluetooth, joka ei toimi silloin, kun laitteet ovat kaukana toisistaan tai niitä on paljon. Ratkaisuna ovat erilaiset langattomat kommunikointiverkot, joita ovat WAN, MAN, LAN ja PAN.

Kommunikointi järjestelmien välillä onnistuu, kun lähteen ja kohteen tehtävät jaetaan osakokonaisuuksiin eli kerroksiin. Tällainen osatehtäviin tai vastuisiin jako muodostaa kerrosarkkitehtuurin / kerrosmallin. Yksinkertaisimmillaan mallia voi kuvata postin lähetyksenä, jossa johtaja kirjoittaa kirjeen, sihteeri postittaa sen (tosin muokattuaan ensin tekstin uusiksi, asia jota kerrosarkkitehtuuri ei tiettävästi tee), ja kuriiri toimittaa kirjeen perille. Ideaalitilanteessa kerrokset on määritelty niin, ettei muutos yhdessä kerroksessa vaikuta muiden kerrosten määrittelyihin. Kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta, johon muilta kerroksilta ei ole suoraa yhteyttä. Jokaisella kerroksella on oma tehtävänsä, joka määritellään protokollan avulla. Erilaisia kerrosmalleja ovat esimerkiksi Stallingsin kolmen kerroksen malli, seitsenkerroksinen OSI-malli ja viisikerroksinen TCP/IP-malli. Ratkaisuun on päädytty, sillä jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin, saadaan järjestelmästä hallittavampi.

Jokaisella kerrosmallin kerroksella on oma protokollansa. Protokolla tarkoittaa yhteistä kieltä, jota eri järjestelmissä sijaitsevat oliot käyttävät keskenään. Protokolla koostuu syntaksista (mitä?), semantiikasta (kuinka?) ja ajoituksesta (koska?).

Erilaisia protokollien toimintoja ovat esimerkiksi segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteisto, kanavointi ja kuljetuspalvelut. Kaikki toiminnot eivät tietenkään sisälly kaikiin protokolliin.

Mallin osatekijöitä:

Siirtojärjestelmien hyödyntäminen

- tehokkuus

- kanavainti, kuorman tarkkailu

- kaikilla kerroksilla ei käsitellä samankokoisia datalohkoja, jolloin pienempiä lohkoja käsittelevä kerros voi joutua pilkkomaan datan pienempiin osiin (segmentointi)

- segmentointi mahdollistaa tasaisemman verkon käytön. Jos lähetetään valtavia paketteja, niin yksi sovellus saattaa varata koko siirtotien

Liityntä siirtotiehen

- standardoidut liitynnät

Signaalin luonti

- järjestelmät kommunikoivat luomalla signaaleista liitynnän kautta siirtotielle

- signaaleiden tulee olla siirtotielle sopiva ja vastaanottimen ymmärtämässä muodossa

Synkronointi

- vastaanottajan pitää pystyä päättelemään koska signaali alkaa

Yhteyden hallinta

- useita tehtäviä: kuka aloittaa kommunikoinnin, kommunikoidaanko yhtäaikaisesti vai vuorotellen, mitä tehdään virheille

- voidaan neuvotella syntaksiin, semantiikkaan ja ajastukseen liittyvistä asioista

- yhteys voidaan lopettaa kumman tahansa kommunikoijan tai palvelun tarjoajan toimesta

Virheen havainnointi ja korjaus

- tarvitaan kun virheitä ei siedetä

- käytetään pienentämään virheiden vaikutuksia

- joissain protokollissa virheet voidaan korjata PDU:n virheenkorjauskoodin avulla

- virheenkorjausta tapahtuu monilla kerroksilla

Vuon (liikenteen) valvonta

- lähettäjä ei saa hukuttaa vastaanottajaa lähettämällä liikaa ja liian nopeasti (tietotulva)

- vuon valvonta on toimenpide, jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta

- toteutetaan useiden kerrosten protokollissa

- yksinkertaisimmillaan stop and wait: jokaiseen pakettiin tultava vahvistus ennen seuraavan lähetystä

- liukuvan ikkunan menetelmät tehokkaita (lähetys/vastaanottopuskurit)

Osoitteet

- identifioi vastaanottajan

- yhteydettömässä kommunikoinnissa käytetään globaalia osoitetta

- verkkotason osoitetta käytetään pakettien reitittämiseen verkossa, jolloin se on globaali koko verkon alueella (esimerkiksi IP)

- globaalin osoitteen on oltava yksikäsitteinen ja kaikkialla käytettävissä

Reititys

- ohjataanko oikealle vastaanottajalle

Sanoman / viestin muotoilu

- datan esitysmuodot

Toipuminen

- järjestelmän itsensä aiheuttamat virheet

Turvallisuus

- data tulee turvata kolmannen osapuolen hyökkäyksiltä

Järjestelmän /verkon hallinta

- konfigurointi, monitorointi, tulevaisuus

- security, trust, privacy

Luentopäivä 2:

Toisen luentopäivän opit

Standardointi

Internet-aikakausi edellyttää yhteensopivuutta ts. standardointia. Perinteisesti tietokonevalmistajat ovat pyrkineet sitomaan asiakkaat omaan ympäristöönsä. Verkkolaitevalmistajille taas yhtistyö on kaiken toiminnan peruste. Standardeja tarvitaan yhteensopivuuden takaamiseksi (fyysinen, sähköinen, toiminnallinen). Standardoinnin edut: markkinat, massatuotanto, kilpailu, hintojen lasku. Yhteensopivuus: mahdollistaa asiakkaan kannalta laitteiden todellisen kilpailuttamisen (laskee jälleen hintoja). Yhteensopivuus myös tulevaisuudessa. Haitat: hidastaa uusien teknologioiden käyttöönottoa, samalle asialle useita standardeja (useita organisaatioita), kompromissiratkaisut eli valitaan kaikkia tyydyttävä ratkaisu parhaimman sijasta.

Tärkeimpiä standardointiorganisaatioita:

ISOC (Internet Society): internetin standardointi

ISO (International organization for standardization): Vapaaehtoinen, ei-kauupallinen organisaatio. Rakentuu työryhmiä sisältävisti komiteoista. Perustettu 1946, standardeja hyvin monille aloille. Tietoliikenteeseen: Osi-mallin kehitystyö, ISDN: modeemit, lankapuhelinverkot, tietoliikenteen standardit.

ITU-T (International Telecommunication Organization): telekommunikaatiostandardeja, yli 3500 suositusta. YK:n alainen järjestö, joten jäseniä ovat eri maiden hallitukset.

ATM Forum

IEEE (Institute of Electric and Electronics Engineers): lähiverkot Internetissä sanan standardi merktiys on voimassa oleva RFC (request for comments). RFC:t ovat joukko asiakirjoja, jotka kuvaavat internetin erilaisia käytäntöjä ja teknisiä määrittelyitä. Sisällön muuttaminen edellyttää uuden asiakirjan (RFC) julkaisemista.

Standardointiprosessi:

Tullakseen standardiksi määrittelyn pitäisi olla:

- vakaa ja ymmärrettävä

- teknisesti kilpailukykyinen

- määrittelyllä tulee olla useita itsenäisiä ja erillisiä yhteensopivia toteutuksia ja kokemusta määrittelyn toimivuudesta

- yleisesti tuettu ja hyväksytty

- tunnistettavasti hyödyllinen internetille, joko osalle tai kokonaisuudelle.

Luentopäivä 3:

SIIRTOTIET

Sekä siirtotien että signaalien ominaisuudet vaikuttavat laatuun ja ominaisuuksiin. Johtimellisessa siirrossa siirtotiellä on suurempi vaikutus kuin johtimettomassa, jossa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat siirtotien ominaisuuksia tärkeämpiä.

Tärkeitä siirtonopeus ja etäisyys, joihin vaikuttavat

- kaistanleveys: suoraan nopeuteen

- siirtotien heikennykset: vaimennus

- häiriöt muista signaaleista: päällekkäin kulkevat signaalit eivät ole hyväksi siirrettävälle datalle

- vastaanotinten lukumäärä: joissakin tapauksissa vaikuttaa häiriöihin.

JOHTIMELLISET SIIRTOTIET

Tieto etenee fyysistä reittiä pitkin (ohjin / johdatin). Tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin vaikuttaa eniten itse siirtotie.

Johtimellisia siirtoteitä ovat:

1. Parikaapeli – esimerkiksi puhelinkaapeli

Halvin ja eniten käytetty siirtotie Koostuu kahdesta toistensa ympärille kiedotusta kuparijohtimesta. Kierrolla häiriötä pienetnävä vaikutus. Useita johdinpareja voidaan yhdistää suuremmaksi kaapeliksi.

2. Koaksiaalikaapeli

Kaksi johdinta sisäkkäin. Hyvä häiriönsieto, mutta ei niin näppärä käyttää kuin parikaapeli. Käytetään esim. tv-jakeluverkossa, lähiverkoissa, puhelinverkkojen runkoverkoissa (nykyisin korvattu kokonaan kuidulla).

3. Optinen kuitu

Valoa läpäisevää materiaalia. Etuna suuri kapasiteetti, mutta pieni koko ja keveys. Hyvä häiriönsietokyky. Käytetään runkoverkoissa, kaupunkiverkoissa, lähiverkoissa ja tilaajajohdoissa.

4. Sähköjohto

Data siirretään sähkön kanssa samassa verkossa. Etuna jo olemassa oleva verkkorakenne, mutta haittana kohina ja heijastukset. Käyttö lähinnä tilaajaliityntänä.

JOHTIMETTOMAT SIIRTOTIET

Signaali etenee ilmassa antennien välityksellä. Suunnatussa antennien oltava tarkasti toisiaan kohden, suuntaamattomassa kommunikoinnissa antennit aallot etenevät kaikkiin suuntiinn.

1. Mikroaaltolinkit

Käytetään tarkasti suunnattuja lautasantenneja, joilla ”näköyhteysvaatimus”.

2. Satelliittilinkit

Maassa sijaitsevat lähettimet ja vastaanottimet linkitetty satelliittien kautta. Toimitna voi olla point-to-point tai broadcast.

3. Radiotie

Aallot suuntaamattomia. Suurempi aallonpituus näkyy pienempänä vaimenemisena. Eniten käytetty johtimenton siirtotie nykyisin tietoliikenteessä. Käytetään esimerkiksi matkapuhelinjärjestelmissä, bluetoothissa, radio- ja tv-lähetyksissä ja langattomissa lähiverkoissa.

4. Infrapuna

Lyhyen matkan point-to-point. Käytetään infrapuna-alueella olevaa valoa signaalin siirtoon. Lähettimen ja vastaanottimen oltava näköyhteydessä. Käyttö esim. kaukosäätimet ja pienimuotoinen datansiirto (pc  matkapuhelin)

Luentopäivä 4:

KANAVOINTI ELI MULTIPLEKSAUS Kanavointi voidaan jakaa luokkiin: taajuuskanavointi (FDMA), aikajakokanavointi (TDMA, asynkroninen ja synkroninen koodijakokanavointi (CDMA) sekä aallonpituusjakokanavointi (WDMA). Multiplekserit yhdistävät syötteet yhdelle linjalle ja jakavat ne vastaanottopäässä, jossa ne puretaan useaksi syötteeksi. Tavoitteena on kustannustehokkuus ja se, etteivät yksittäiset sovellukset tarvitse koko kaistaa.. Kanavointi tarkoittaa sitä, että kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei yleensä vie koko kapasiteettia vaan sitä voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken. Point-to-point: kytkimen ja laitteen välillä ja langaton lähiverkko Wlan: jaettu TAajuuskanavointi FDMA (radio ja vanha TV-tekniikka) Frequency Division Multiple Access • signaalit omialla kanavillaan • syötettävä data voi olla digitaalista tai analogista • perustuu modulointiin, jolloin signaali aina analoginen • vastaanottopäässä käytetään kaistanpäästösuodattimia erottamana oikea signaali

TDMA (puhelinverkko, gsm) Time Division Multiple Access • digitaalinen signaali & analoginen signaali digitaalisesta datasta • signaalien / datan viipalointi bitti- tai tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä • kanavat jaettu ajan mukaan, ei taajuuden Synkroninen TDMA, data muodostaa kehyksiä aikaviipaleista. Lähteet voivat varata itselleen useampia aikaviipaleita kehyksestä ja sitä kautta nopeuttaa kommunikointiaan. Asynkroninen TDMA (aikavälien varaaminen tarpeen mukaan, siirtojen taukojen hyödyntäminen) esim. kaapelimodeemi

WDMA (umts, 3G) Aikajakokanavointi, Wavelength Division Multiple Access Samantyyppinen kuin FDMA, mutta ongelmina ylikuuluminen, signaalin vahvistus. Vahvistuskomponentteja tarvitaan myös muihin kanaviin.

CDMA (bluetooth) Code Division Multiple Access Johtimettomat siirtotiet Käytetään koko taajuusalue, häiriöiden viakutus pienempi ja laitteet eivät kuluta niin paljon tehoa. Jaetaan analogista tai digitaalista dataa analogisella signaalilla.

Luentopäivä 5

5. päivä: luennot:

Viidennestä luentopäivästä jäivät mieleen erityisesti LAN-verkkojen käsittely. Nehän ovat jokaiselle jo arkipäivää kodeissa ja työpaikoilla, mutta harvoin tulee miettineeksi, miten verkko toimii. Yleistymisen syynä onkin ilmeisesti ollut halpa ja helposti saatavilla oleva tekniikka. Liikennöinti perustuu ilmatiessä tapahtuvaan radiosignaalien tai valoaaltojen etenemiseen. Langattomissa verkoissa käytetään samantyyppisiä rakenneosia kuin lankaverkoissakin. Langattomien verkkojen on kuitenkin muutettava informaatiota sisältävät signaalit ilmatiessä siirrettävissä olevaan muotoon. Lähiverkkojen rakenteen muodostaa kaapelointitapa eli topologia. LAN-verkkojen topologioita ovat väylä-, puu-, rengas- ja tähtitopologiat. Kannattaa muistaa, että fyysinen topologia eli kaapelien kulkeminen on eri asia kuin looginen topologia, joka kuvastaa enemmänkin verkon toimintatapaa. Väylärakenne on puun erikoistapaus. Siinä yhden aseman lähetys kuuluu kaikille. Yhtäaikaisuus on ongelmana eli haasteena on lähetysvuorojen hallinta. Työasemien lisääminen taas rengastopologiaan ei ole yhtä helppoa kuin tähtiverkkoon. LANin protokollat perustuvat lankaverkkojen laajentamiseen mobiileiksi: käytössä ovat muun muassa standardit IEEE 802.11 ja MAC. Wifi on nykyisin yleisin langattomien lähiverkkojen tarjoajien käyttämä verkkotyyppi. Tietoturvaan kotikäyttäjät suhtautuvat usein aika huolettomasti. Ajatellaan, ettei koneella ole mitään salaista tietoa, jota pitäisi erityisesti suojata. Jos kotikone vielä varustetaankin palomuureilla ja viruksentorjuntaohjelmilla, niin nettiä käytetään kännykällä ilman mitään suojauksia. Periaatteessa kaikissa radiotaajuuksilla toimivissa tekniikoissa voi vastaan tulla tietoturvaongelmia. Kotikoneeseenkin voidaan murtautua ja sitä kautta valjastaa kone esimerkiksi roskapostin lähettämiseen. Tietoturvallisuuden ymmärtäminen on yhtä tärkeää työpaikalla kuin kotonakin, sillä yleensä heikoin lenkki on ihminen itse.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1 Tehtäväkuvaus:

Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Valitse selkeästi erillisiä laitteita tyyliin tietokone, puhelin, sykemittari, gps, televisio, … ja erilaisista palveluista tyyliin urho-tv, facebook, …. Ajatuksena on, että tässä vaiheessa luodaan kuva tietoliikennetarpeista ja sovelluksista ilman, että vielä pohditaan alla olevia teknologioita. Tämän kuvan olisi hyvä herättää ajatuksia ja kysymyksiä siitä kuinka kaikki toimiikaan. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää. Kurssin edetessä tätä kuvaa laajennetaan sitä mukaan kun uusia osia malliin ilmenee ja lopulta saamme alussa asetettuihin kysymyksiin vastaukset.

1. Miten langattomat laitteet toimivat? Kuinka ne kommunikoivat yhdessä? 2. Korvaavatko älypuhelimet pian kaikki tietokoneet? 3. Miksi yhteydet aina tökkivät? Varsinkin silloin kun toimivuutta eniten tarvitsisi. Voiko kännykkäverkon kaatuminen olla myös tulevaisuuden uhka?

kotitehtaevae1.tarjakoljonen.pdf

Kotitehtävä 2 Tehtäväkuvaus:

Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvititte laitteita ja palveluita. Tässä kotitehtävässä selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia. Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

kotitehtaevae2.tarjakoljonen.pdf

Kotitehtävä 3 Tehtäväkuvaus: Kolmannessa kotitehtävässä tarkastallaan laitteiden ja palveluiden hyödyntämiä siirtoteitä ja tiedon koodausta. Eli jälleen käsitellään 3 eri tapausta ja niistä käytetty siirtotie ja sillä käytetty koodaus. Jos käytetään ilmatietä niin olisi hyvä selvittää taajuusalue jolla toimitaan.

kotitehtaevae3.tarja.koljonen.pdf

Kotitehtävä 4 Tehtäväkuvaus:

4. kotitehtävässä käsitellään siirtotien/verkon hyödyntämiseen ja tehokkuuteen liittyviä asioita. Riippuen kunkin tarkastelemista laitteista/sovelluksista/teknologioista pohtikaa hieman kuinka valituissa lähestymistavoissa siirtotien/siirtoverkon tehokas käyttö on huomioitu. Onko kyse kanavoinnista vaiko verkkotekniikoista joilla tehokkuus ja yhtäaikainen käyttö saadaan aikaiseksi.

tarja.koljosen.kotitehtaevae_4.doc

5. päivä: kotitehtävä

Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.

kotitehtaevae5_tarjakoljonen.pdf

Ajankäytön arviointi

Luentoviikko 1

■Lähiopetus 7 h ■Valmistautumista lähiopetukseen 1 h ■Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 2

■Lähiopetus 4 h ■Valmistautumista lähiopetukseen 1 h ■Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 3

■Lähiopetus 7 h ■Valmistautumista lähiopetukseen 1 h ■Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 4

■Lähiopetus x 4 h ■Valmistautumista lähiopetukseen x 1 h ■Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 5 Lähiopetus 3 h, tenttiin lukeminen 5 h, kotitehtävät 1 h