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.

Tietoliikenteellä voidaan käsittää laajasti erilaista datan siirtoa eri kohteiden välillä. Nykytekniikkan tuomat palvelut nojaavat vahvasti tietoliikenteeseen. Eri laitteet keskustelevat keskenään ja verkottuvat automaattisesti. Moni työtehtävä vaatii tietoliikenteen sovelluksia ja niiden käyttö onkin jo osa arkipäivää.

Avainsanoja tietoliikenteessä ovat esim. GPRS, Internet, TCP/IP ja Valokuitu. Monessa käyttämässämme laitteessa tapahtuu tiedonsiirtoa niin, ettei käyttäjä edes huomaa sitä. Esimerkiksi nykyaikaisessa autossa liikkuu valtava määrä tietoa erilaisten antureiden ja laitteiden välillä. Ajonvakautus on nykyaikaisen auton vakiovaruste ja sen toiminta on pyritty tekemään käyttäjälle mahdollisimman näkymättömäksi.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Ensimmäisen luentopäivän tarkoituksena oli tutustua tietoliikennetekniikan perusteisiin ja kurssin sisältöön. Päivän aiheena oli kerrosmalli, josta käytiin läpi teoreettinen malli sekä OSI ja TCP/IP malli, sekä protokollan toiminta ja tehtävät. Luennolla käytiin läpi eri verkkoja sekä niiden toimintaa.

Kerrosmallin avulla saadaan jaettua järjestelmän toiminnot pienempiin osiin. Luennolla tarkasteltiin kahta yleisesti tunnettua kerrosmallia: OSI ja TCP/IP. OSI-malli jakautuu seitsemään eri kerrokseen, jossa jokainen kerrot tarjoaa palveluitaan ylemmille kerroksille. TCP/IP-mallissa kerroksia on OSI:n seitsemän sijasta viisi.

Luentopäivä 2:

En päässyt paikalle toisen luennon aikana, joten luentojen annin jouduin tankkaamaan pelkkien materiaalien perusteella.

Toisen luentopäivän teemana oli protokollat. Protokollan tehtävänä on luoda kommunikointimalli osapuolien välille. Näin luodaan yhteinen kieli, jota kutsutaan protokollaksi. Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Protokollan avulla eri järjestelmissä toimivat oliot pystyvät kommunikoimaan keskenään.

Yksi luentomonisteista käsitteli tietoliikenteen standardointia. Standardoinnilla saavutetaan yhteebsopivuus fyysisellä, sähköisellä sekä toiminnallisella tasolla, eri järjestelmien välillä. Standardointiorganisaatioista mainittiin mm. Internet Society, ISO, ITU-T, ATM Forum ja IEEE. Yritykset toimivat internetin, OSI-mallin, telekommunikaation ja lähiverkkojen standardointia koskevilla aloilla. Materiaali käsitteli standardoinnin merkitystä ja sillä saavutettavia hyötyjä sekä haittoja. Standardointiprosessin ja standardien ymmärtäminen tuo tärkeää tietoa niiden vaikutusalueella työskenteleville henkilöille.

Luentomateriaali siirtyi seuraavaksi käsittelemään tiedonsiirron fyysistä puolta, käsittäen mm. aaltoliikkeen ymmärtämistä sekä radiotekniikkaa. Fysikaalisten ilmiöiden tunteminen on tärkeätä myös käytännössä, jotta käyttäjä ymmärtää eri tiedonsiirtotekniikoiden mahdollisuudet sekä uhat. Ilmiöiden tunteminen antaa myös jonkinlaisen kuvan siitä, mihin tämänhetkisillä tekniikoilla voidaan päästä ja mitkä niiden rajoitukset ovat.

Luentopäivä 3:

Kolmannella luentopäivällä käsittelimme siirtoteitä, signaalitekniikkaa, tiedonsiirtotekniikoita ja -protokollia sekä häiriönsietoa ja -korjausta.

Siirtotiet voidaan jakaa johtimellisiin ja johtimettomiin. Asiat olivat jo aiemmin tuttuja, mutta luento antoi hyvin uusia näkökulmia aiheeseen. Luennolla käytiin läpi erilaisia johtimellisia ja johtimettomia ratkaisuja. Erityisesti valokuidun eri versiot olivat mielenkiintoinen aihe. Vaimeneminen eri siirtoteillä vaikuttaa paljon käyttöön. Sen ymmärtäminen oli mielestäni luennon keskeisiä asioita. Signaalitekniikan osiossa käsiteltiin digitaalisen ja analogisen singaalin käsittelyä samassa prosessissa. Kuinka singaalit muunnetaan AD/DA-muuntimilla ja minkälaista häviötä tällaisessa prosessissa tulee. Analogisesta digitaaliseen muunnettaessa voidaan käyttää joko pulssikoodimodulaatiota tai deltakoodimodulaatiota. Käsittelimme digitaalista signaalia ja sitä, kuinka sen siirrossa tarvitaan synkronointia eri laitteiden välillä. Tiedonsiirron häiriöitä ja niiden korjausta käsittelevissä kalvoissa kuvattiin erilaisia tekijöitä, jotka aiheuttavat häiriöitä tiedonsiirrossa. Dataa voi hävitä tai saapua vastaanottajalle häiriöityneenä. Vastaanottaja ei voi tietää, mitä datalle on tapahtunut matkalla lähettäjältä. Miten vastaanottaja voi tietää, mitä lähettäjä on tarkoittanut, jos matkalla on tapahtunut virheitä. Näihin kysymyksiin saatiin vastaus eri virheenkorjaus- sekä virheenhavaitsemistekniikoiden avulla.

Luentopäivä 4:

Neljännellä luennolla käsittelimme tietoverkkoja. Luennolla käsiteltiin multipeksointia eli kanavointia. Kanavoinnin avulla verkon viestijät voivat kuormittaa kaistaa mahdollisimman tasaisesti ja tasa-arvoisesti. Kanavoinnin avulla pyritään laskemaan siirrettyjen bittien hintaa. Luentomateriaalista löytyvä kuva (ensimmäinen osa, s. 5) osoitti hyvin kanavoinnin käytönnössä. Useasta eri kanavasta tuleva data pakataan yhdelle linjalle ja sen kapasiteetille sopivaan muotoon. Vastaanottaja voi taas purkaa kanavoidun datan pienempiin osiin. Kanavointimetodeista esiteltiin taajuusjakokanavointi, aikajakokanavointi, koodijakokanavointi ja aallonpituusjakokanavointi.

Verkoista käytiin läpi piirikytkentäiset verkot sekä pakettikytkentäiset verkot. Luennolla vertailtiin myös teleliikenneverkkoja ja dataliikenneverkkoja. Verkkojen toiminnasta luento esitteli verkkojen reititysmahdollisuuksia ja niihin vaikuttavia tekijöitä. Mielenkiintoinen osa oli verkkojen ruuhkautuminen ja siihen liittyvät ilmiöt. Mieleen jäi, että verkko toimii optimaalisella tasolla, kun sen kuormitus on 80 % teoreettisesta kapasiteetista.

Luentopäivä 5:

Viidennen luennon aiheena olivat verkot ja sovellukset. Luennon alku käsitteli mobiiliverkkoja, jotka koostuvat soluista. Materiaali käsitteli mobiiliverkoissa käytettävää tekniikkaa ja verkoissa liikkuvaa signaalia. Signaaliin vaikuttaa esimerkiksi maaston ja ympäristön muodot. Signaali voi heikentyä tai vahvistua monitie-etenemisen johdosta. Signaaliin vaikuttavat sekat on otettava huomioon, kun verkkoja suunnitellaan.

Luennon toinen osa käsitteli LAN-verkkoja ja niiden toimintaa. Verkkojen ratkaisumalleista käytiin läpi eri väylillä ja topologialla toteutettuja verkkoja. Erityisen käytännönläheinen aihe, josta on varmasti apua, esimerkiksi oman kotiverkon rakentamisessa. Käytännönläheinen ote jatkui ja siirryimme käsittelemään nopeita lähiverkkoja, High Speed LANs. Nopean historiakatsauksen jälkeen siirryttiin käsittelemään nopeiden lähiverkkojen nykytilaa ja tulevaisuutta. Lähiverkkoteema jatkui ja seuraavana vuorossa olivat langattomat lähiverkot. Langattomassa kommunikaatiossa kiinnostaa erityisesti yksityisyys ja avoimen tiedonsiirtotien tuomat riskit. Luennolla emme ehtineet käsitellä tietoturvaan liittyviä asioita, mutta ne jätettiin opiskelijoiden luettavaksi, kotitehtävänä. Materiaali oli mielenkiintoista ja aiheen ollessa hyvin ajankohtainen, oli sen lukeminen jokseenkin helppoa.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

Kuvassa esitetty auton ajonvakautuksen toimintaa:

1. Kuinka laaja skaala eri protokollia ja käytäntöjä todellisuudessa on?

2. Onko tietoliikenteen eri käytäntöjen yhtenäistäminen lähenemässä tai edes mahdollista?

3. Kuinka tietoliikennetekniikan kehittyminen ja yleistyminen turvaa yksityisyyttä ja yksilön suojaa?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

Protokolla 1: Auton Can-väylän käyttämä protokolla kuvataan hyvin osoitteessa: http://www.dcd.pl/ashow.php?page=can-protocol

Protokolla 2: Pöydällä lojuvassa viritysmittarissa on oltava jonkinlainen AD-muunnin, jotta ääniaallot saadaan bittimuotoon ja siitä näytölle sopivaan muotoon. Selvitin asiaan liittyviä protokollia ja törmäsin käsitteeseen UART. http://en.wikipedia.org/wiki/UART

Protokolla 3: Televisiossa ja muissa viihde-elektroniikan laitteissa käytetään hdmi-liitäntää. Se käyttää TMDS-protokollaa. Samaa protokollaa käytetään myös dvi-liittimissä. Protokollaa käsittelevä wiki-sivusto: http://en.wikipedia.org/wiki/Transition-minimized_differential_signaling

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.

Siirtotie 1: Infrapuna-tiedonsiirto.

Infrapunatiedonsiirtoa tapahtuu esimerkiksi puhelimen ja tietokoneen välillä. Infrapunatiedonsiirto on tässä tarkoituksessa jo syrjäytymässä muiden tekniikoiden tieltä. Infrapunatiedonsiirto tarvitsee näköyhteyden, johtuen käytettävästä aallonpituudesta. Esimerkiksi Sonyn laitteet käyttävät 480 kHz:n taajuutta.

Kuvassa esitellään Sonyn infrapunatekniikan tiedonsiirtoa. Kuvasta näkyy, että tiedonsiirto alkaa sykronointipulssilla, joka on 8 aikayksikön pituinen. Tämän jälkeen siirretään dataa, 1 ja 0-arvoilla.

Siirtotie 2: Radiotie.

Toiseksi siirtotieksi valitsin radiotien. Erityisesti HF-taajuuden. Taajuutta on käytetty ja käytetään aktiivisesti esimerkiksi sähkötyksessä. HF-taajuus kattaa alueen 3 MHz:tä 30 MHz:iin. Tämä taajuusalue muodostaa suoraan kulkevan pinta-aallon lisäksi avaruusaallon. Avaruusaalto kulkeutuu maan ilmakehään ja kimpoaa sieltä taas takaisin maahan. Tämän aallon avulla taajuudella saavutetaan todella suuria siirtomatkoja, todella pienillä tehoilla. Radioamatöörien keskuudessa kisataan siitä, kuka saa pienimmällä teholla suurimman kantaman aallolle. Tehot ovat muutaman watin luokkaa. Siirtotiellä liikutettava signaali on analogisessa muodossa ja voi olla esimerkiksi sähkötystä tai datapursketta, joka tulkitaan vastaanottimessa. HF-taajuus on aktiivisesti käytössä esimerkiksi puolustusvoimissa.

Siirtotie 3: Optinen kuitu.

Optista kuitua käytetään yleisesti audiosignaalin siirrossa kodin viihde-elektroniikan välillä. Laitteissa käytetään yleisesti S/PDIF standardia, joka on kuluttajalaitteisiin suunnattu muunnos AES3-standardista (myös AES/EBU). S/PDIF eroaa alkuperäisestä standardista mm. tarvittavien komponenttien osalta. Optinen kuitu sietää erittäin hyvin häiriöitä, joita kodin äänentoistossa voi esiintyä. S/PDIF-liitännöissä voidaan käyttää mm. Toslink-liitintä. S/PDIF käyttää valonlähteenä laserin sijaan led-valoa, joka on halvempi ja kestävämpi. Ledillä saadaan tarpeeksi hyvä lopputulos.

Tarkempia eroja S/PDIF- ja AES3-standardien välillä voi tarkastella mm. seuraavasta kirjoituksesta: http://www.rane.com/pdf/ranenotes/Interfacing_AES3_&_SPDIF.pdf

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Tarkastallaan 4. kotitehtävässä 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.

Kotitehtävää varten selvitin lähiverkon kanavanvarausmenetelmiä. Selaillessani eri multipleksointimahdollisuuksia, törmäsin Ethernet-ympäristössä käytettäviin kahteen menetelmään:

CSMA/CD: http://fi.wikipedia.org/wiki/CSMA/CD

CSMA/CA: http://fi.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA

Menetelmien yksi ero on se, että CSMA/CD ei yritä estää tiedonsiirron törmäyksiä, vaan havaitsee ne jälkikäteen. CSMA/CA taas pyrkii estämään näitä törmäyksiä ennalta.

Kotitehtävä 5

Osa 1: Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.

Valitsin kotitehtävän sovellukseksi Skypen. Skype käyttää hyväkseen omaa protokollaansa, joten se ei ole yhteensopiva muiden internet-puheluita tarjoavien ohjelmien kanssa. Erillistä maksua vastaan Skypellä voi kuitenkin soittaa yleiseen puhelinverkkoon, joten Skype-järjestelmällä on rajapinta myös sen tarjoaman verkon ulkopuolelle. Skype-protokolla toimii peer-to-peer periaatteella. Varsinainen tiedonsiirto tapahtuu internetin välityksellä, eli tiedonsiirto tapahtuu suurilta osin pakettiverkon välityksellä. Skype-protokolla sisältää eri kerrosten olioiden tarvitsemat tiedot. Äänisignaali koodataan käyttäen AES-koodausta.

Osa 2: Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

Tietoturva liityy vahvasti kaikkeen aikaisemmin käsittelemäämme. Se on osana verkkojen toimintaa ja niiden rakennetta. Johtimelliset siirtotiet ovat hieman turvallisempia, koska datan kaappaaminenkin vaatii fyysisen kontaktin siirtotiehen. Johtimettomilla siirtoteillä signaali on kaikkien saatavilla ja vain sen koodaus tekee siitä turvallisen lähettää. Langattomasti yhteydessä olevat laitteet ovat myös kaikkien saatavilla. Tietoturvaan liittyy ohjelmisto, joka voi torjua ja havaita mahdollisia tietoturvarikkeitä. Toinen puoli on fyysinen puoli, jossa ratkaisee mm. laitteiden sijoitus ja niiden tekniset ratkaisut.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

Lähiopetus 8 h

Valmistautumista lähiopetukseen 2 h

Kotitehtävien tekoa 2 h

Luentoviikko 2

Lähiopetus 0 h

Valmistautumista lähiopetukseen 5 h

Kotitehtävien tekoa 2 h

Luentoviikko 3

Lähiopetus 7 h

Valmistautumista lähiopetukseen 1 h

Kotitehtävien tekoa 8 h

Luentoviikko 4

Lähiopetus 7 h

Valmistautumista lähiopetukseen 2 h

Kotitehtävien tekoa 6 h

Luentoviikko 5

Lähiopetus 7 h

Valmistautumista lähiopetukseen 1 h

Kotitehtävien tekoa 4 h