meta data for this page

Arto Niemi, kurssisivu

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ensimmäisellä luennolla kirjoitettu ennakkokäsitys tietoliikenteestä

Tietoliikenne liittyy nimensä mukaisesti informaation liikkumiseen tietoverkoissa. Tietoliikenteessä signaalit, joko analogiset tai digitaliset, välittävät dataa enallata sovittujen määräysten eli protokollien mukaisesti laitteelta toiselle. Tietoliikennetekniikka on nykyaikana ertottamoaton osa ihmisten jokapäiväistä elämää.

Mieleen tulleita tietoliikennetekniikan termejä:

  • Protokolla
  • 3G
  • Wlan
  • Siirtotie
  • Internet
  • Sähköposti
  • Kommunikaatio

Luentoyhteenvedot

Luentoyhteenvetojeni tarkoituksena ei ole ainoastaan kertoa lyhyesti mitä luennolla tuli opittua, vaan samalla helpottaa tenttiin valmistautumista keräämällä kurssin kannalta oleellisimmat asiat tiiviiseen pakettiin.

Ensimmäinen luento

Ensimmäisellä luennolla kävimme läpi kurssin tavoitteet, vaatimukset, tentin sisällön sekä syvennyimme hieman kerrosarkkitehtuuriin ja protokollien toimintaan. Alussa valitsimme 10 termiä, joista tulisi muun muassa tehtävä tenttiin. Termeiksi valittiin WLAN, DATA, Reititin, Palvelin, NFC/RFID, Saatavuus, RPC, ACK, EDIFACT, ARP, EMAIL ja VOIP. Termeistä email oli oma ehdotukseni ja muutamat valituista termeistä ovatkin minulle ennakkoon tuttuja, mutta osa termeistä oli itselleni ennakkoon täysin outoja. Termeistä RPC, ACK, EDIFACT ja ARP ovat tuntemattomia ja niistä täytyy hankkia paljon lisätietoa tenttiin mennessä, mutta toivottavasti termit käydään kattavasti läpi myös luennoilla. ARP:n opin luennolla tarkoittavan myös autoradiopuhelinta, mutta termin ehdottaja tarkoittama ARP jäi mysteeriksi. Edellisen vuoden termeihin verrattuna nyt valitut tuntuivat hankalilta.

Päivän tärkeimpiä asioita olivat kommunikointimalli, kerrosarkkitehtuuri ja protokollien tehtävät. Luennolla esitetty email- ja puhelinkeskusteluesimerkit kommunikointimallista oli hyvä ja se selkeytti paljon hankalalta vaikuttaaneen asian omaksumista. Opin perusteet piiri- ja pakettikytkennöistä sekä eri verkkotyyppien kuten WAN, LAN ja henkilökohtainenverkko erot ja miten niitä käytetään käytännössä. Piirikytkennässä koko lähetettävä data kulkee etukäteen varattua polkua pitkin solmujen kautta, joissa data ohjataan oikeaan kanavaan. Pakettikytkennässä polkua ei tarvitse varata erikseen, sillä data on paketeissa, joihin on koodattu vastaanottajan osoite. Jokaisessa verkon solmussa paketit tallennetaan ja lähetetään eteenpäin. Piirikytkentää käytetään puhelinverkoissa, kun taas pakettikytkentä on käytössä tietokoneiden väälisessä tiedonsiirrossa.

Kerrosarkkitehtuurista käytiin läpi kolmen kerroksen malli ja ohimennen mainittiin myös OSI- ja TCP/IP-mallit, joiden perusteellinen läpikäynti jäi kuitenkin seuraavalle luennolle. Kolmen kerroksen malli koostuu verkko-, kuljetus- ja sovelluskerroksista, joiden toimintaa luennoitsija havainnollistii hyvin johtaja – sihteeri – kuriiri esimerkillä. Järjestelmien välinen kommunikointi tapahtuu kerroksen alimman kerroksen kautta(kuriiri kuljettaa viestin), muilla kerroksilla ei ole suoraa yhteyttä toisiinsa, mutta alimmalla tasollakaan kahden järjestelmän ei tarvitse olla fyysisesti yhteydessä toisiinsa.

Protokolla on säännöstö, jolla asioita tehdään. Kommunikointi eri järjestelmien avulla käydään protokollien avulla. Protokollat koostuvat rakenteesta, kieliopista ja aikataulutuksesta. Sovelluskerroksen protokolla on esim. FTP, kuljetuskerroksen TCP ja verkkokerroksen Ethernet tai IP. FTP:n eli File Transfer Protocol toiminta käytiin esimerkein luennolla hyvin kattavasti läpi, mistä ainakin minulle selkeni käsitys protokollan toiminnasta. Viimeisenä asiana protokollista jäi mieleen tärkeänä asiana, että ohjauskenttä toteuttaa protokollan.

2. luento

Toisella luennolla käytiin OSI- ja TCP/IP-mallin rakenteet, protokollien yleiset toiminnot, standardit ja tiedonsiirron perusteet.OSI- ja TCP/IP-malleja oli sivuttu jo ensimmäisellä luennolla, mutta nyt niiden rakenne ja toiminta käytiin perusteellisesti läpi.

OSI malli perusuu 7 kerrokseen, joita ovat alhaalta ylöspäin: fyysinen-, linkki-, verkko-, kuljetus-, istunto-, esitys- ja sovelluskerros. Muutokset yhdellä kerroksessa ei pitäisi vaikutta muiden kerrosten toimintaan. Kerrosten standardoidut rajapinnat helpottavat protokollien kehitystä. Malli määrittää yleisin termein kerroksen funktiot, mikä nopeuttaa standardointia ja useita protokollia voidaan kehittää yhtä aikaa. Protokollamäärittely kuvaa eri järjestelmien tietyn kerrosten olioiden kanssakäymisessä tarvittavat määrittelyt. Palvelumäärittely kuvaa kerroksille alemman kerroksen palveluiden käyttämisen ja ylemmille kerroksille tarjottavat palvelut. Protokolla tekee kerrosten välissä olevan asian. Osoitteesuus kuvaa palvupisteet, joiden kautta kerrosten väliset palvelut välitetään.

OSI mallin kerrokset

Fyysinen kerros

  • Fyysisten laitteiden liitännät ja bittien siirto
  • Kuinka ollaan kiinni siirtotiehen
  • tarkoitus liittyä kiinni siirtotiehen

Linkkikerros

  • Tarjoaa keinot luotettavaan siirtotiehen
  • Virheet havainnoidaan ja korjataan
  • Linkit toimivat itsenäisesti, joten kuljetuskerroksella oltava päästä-päähän virheiden havainnointi

Verkkokerros

  • Tehtävä yhdistää eri linkkejä
  • Tarjoaa verkkotyypistä riippumattoman liitynnän ylemmille kerroksille
  • Tehtäviä muun muassa verkon palvelujen priorisointi, kytkentä ja ehkä tärkeimpänä reititys

Kuljetuskerrosta

  • Mekanismit tiedon välittämiseen kahden järjestelmän välillä
  • OSI:ssa 5 ja TCP/IP:ssä 2 luokka eri protokollia

Istuntokerros

  • Lisäpalveluita kuljetuksen päälle, kuten vuoropuhelutila, datan ryhmittely ja toipumistoimenpiteet
  • Tarjoaa mekanismin sovellusten keskustelun hallintaan

Esitystapa- ja sovelluskerros

  • Esitystapa kuvaa syntaksia sovellusten välillä
  • Sovelluskerros tarjoaa sovelluksille liitynnän OSI maailmaan

TCP/IP-arkkitehtuurin nimi tulee kuljetus- ja verkkokerroksen yleisimmin käytetyistä protokollista. Vielä 80-luvulla uskottiin OSI:n olevan hallitseva arkkitehtuuri, mutta TCP/IP on noussut suosituimmaksi Internetin suosion ansiosta. TCP/IP sisältää 5 kerrosta, joita ovat sovellus-, kuljetus-, verkko-, linkki-, ja fyysinen kerros.

TCP/IP-kerrokset

Fyysinen kerros

  • fyysinen siirtoihen liityntä
  • huolehtii siirtotien ominaisuuksista
  • Verkon sisäinen protokolla

Verkkokerros

  • Päätelaitteen ja verkon välinen siirtotiehen
  • Huolehtii vastaanottavan laitteen linkkitason osoitteesta
  • Myös muita verkkotoimintaan liittyviä toimintoja
  • Verkon sisäinen protokolla

Internet-kerros

  • Reititys
  • Mahdollistaa useiden yhteen kytkettyjen verkkojen käytön datan siirrossa
  • IP-protokolla mahdollistaa verkkojen välisen reitityksen
  • Verkon sisäinen protokolla

Kuljetuskerrosta

  • Luotettava päästä-päähän tiedonsiirto laitteiden välillä
  • TCP ja UDP protokollat
  • TCP-protokolla useimpien sovellusten kuljetuskerroksen protokolla
  • TCP tarjoaa luotettavan yhteyden sovellusten väliseen datan siirtoon
  • Päästä-päähän protokolla

Sovelluskerros

  • Kunkin sovelluksen tarvitsema logiikka
  • Päästä-päähän protokolla

Protokollien toimintoja oli käyty hieman jo aikaisemmalla luennolla, mutta nyt niihin syvennyttiin enemmän. Protokolla mahdollistaa järjestelmän eri olioiden kommunikoinnin keskenään. Protokolla määrittää miten, kuinka ja koska tehdään. Tärkeää protokollasta on muistaa, että protokolla toimii kerrosten rajapinnoilla ja toteuttaa kerroksen tehtävän. Protokollan toimintoja voivat olla virheen havainnointi, osoitteet, kanavointi, kuljetuspalvelut, segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä ja vuon valvonta.

Standardit käytiin luennolla hyvin nopeasti läpi ilman suurempaa syventymistä aiheeseen. Esille tulivat standardoinnin edut ja haitat, standardointiprosessit ja eri standardointiorganisaatioita.

Tiedonsiirto antaa perusteet ja rajaukset siihen millä tavalla asiat tapahtuvat, millaisella signaalilla siirretään ja millaista siirtotietä pitkin. Siirtotiet voidaan jakaa johtimellisiin ja johtimettomiin siirtoteihin. Johtimellisia ovat esimerkiksi parikaapeli ja optinen kuitu ja johtimettomia ilma, vesi ja tyhjiö. Johtimettoman siirtotien ongelma on, että siirtotie on jaettu eli useat eri järjestelmät käyttävät samaa siirtotietä. Tietoa voidaan lähettää joko analogisella tai digitaalisella signaalilla. Tiedonsiirrosta tärkeimpänä aisana jäi mieleen signaalin kaistan leveyden ja taajuuden vaikutus tiedonsiirtonopeuteen. Tiedonsiirron tärkeimpiä häiriötekijöitä ovat kohina, vaimeneminen ja viivevääristymä.

Päivän tärkeintä antia oli OSI- ja TCP/IP mallit ja niiden kerrosten tehtävät sekä johdatus tiedonsiirtoon ja siirtoteihin. Luennolla käytiin myös tilakone-esimerkki, jonka toiminta ja tarkoitus jäi vielä hieman hämäräksi. Kaiken kaikkeaan luentopäivä oli hyvä ja varsinkin tunnilla ollut pistokoe ja siihen valmistautuminen tukivat oppimisprosessia hyvin.

Luento 3

Luennolla käytyjä aiheita olivat johtimelliset- ja johtimettomat siirtotiet, signaalin koodaus tekniikat, digitaaliset datakommunikaatiotekniikat, kuten asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto ja virheen korjaus sekä linkkikerroksen protokollien tehtäviä.

Luennon tärkeimpiä opittavia asioita olivat siirtoteiden ominaisuudet ja rajoitteet. Kurssin kannalta tärkeimpiä siirtoteitä ovat parikaapeli, optinen kuitu, radiotie ja mikroaaltolinkit. Signaaleista pitäisi tietää eri koodaus- ja modulaatiotekniikoita sekä eri häiriötekijöitä, joista tärkeimmät ovat monitie-eteneminen ja heijastuminen.

Siirtotiet

Siirtoteistä opittavia asioita olivat muun muassa minkälaisia rajoitteita eri siirtoteillä on, radioteitse tapahtuva datan siirto ja miten eri siirtoteitä voidaan yhdistellä. Siirtotie itsessään yhdistää kaksi pistettä. Siirtotiet voidaan jakaa kahteen kategoriaan: johtimellisiin siirtoteihin, joissa signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin ja johtimettomiin siirtoteihin, joissa signaali kulkee langattomasti. Johtimellisissa siirtoteissä signaalia voidaan jollain tavalla ohjata. Johtimellisia siirtoteitä ovat esimerkiksi parikaapeli, koaksiaalikaapeli ja sähköjohto. Johtimettomia siirtoteitä ovat mikroaaltolinkit, satelliittilinkit, radiotie ja infrapunalinkit. Tiedonsiirtonopeuteen eri siirtoteillä vaikuttaa oleellisesti kaistanleveys, mutta myös etäisyys. Suurempi kaistanleveys kasvattaa nopeutta ja etäisyys pienentää sitä. Signaalin taajuus vaikuttaa signaalin kantamaan, mitä suurempi taajuus, kantama pienenee. Kantamaa voidaan lisätä lähetystehoa lisäämällä.

Johtimelliset siirtotiet

Johtimellisissa siirtoteissä laitteiden välinen etäisyys tai tiedonsiirtonopeus riippuu käytettävissä olevasta kaistanleveydestä. Johtimellisia siirtoteitä käytetään niin lyhyissä tilaajaliitännöissä ja lähiverkoissa kuin pitkissä runkoyhteyksissäkin. Siirtoteillä voidaan välittää digitaalista ja analogista signaalia. Jos siirtotien pituutta halutaan kasvattaa, pitää käyttää analogisilla signaaleilla vahvistimia ja ja digitaalisilla signaaleilla toistimia.

  • Parikaapeli
  • Parikaapeli on halvin ja eniten käytetty johtimellinen siirtotie ja se koostuu toistensa ympärille kiedotuista kuparijohtimista. Johdinpari muodostaa yhden kommunikaatiolinkin ja useita johdinpareja voidaan yhdistää suuremmaksi kaapeliksi. Parikaapelia käytetään yleisesti puhelin- ja dataverkoissa. Puhelinverkoissa parikaapeli on tilaajajohtimena ja siinä kulkee analoginen signaali. Dataverkoissa on käytössä digitaalinen signaali ja parikaapelilla voidaan saavuttaa jopa Gbit/s nopeus, tosin rajoitetulla etäisyydellä ja rajoitetulla määrällä laitteita. Parikaapelin häiriösietoisuutta voidaan parantaa päällystämällä kaapeli suojaavalla foliolla tai metallipunoksella. Matalan taajuuden häiriötä vähennetään matalan taajuuden häiriöitä ja erimittaisia kierteitä käyttämällä vähennetään vierekkäisten parien ylikuulumista. Parikaapelien yleisimmät tyypit ovat suojaamaton STP, suojattu UTP sekä foliosuojattu FTP. Dataverkoissa suositaan suojattua kaapelia, koska se kestää paremmin ulkoisia häiriöitä. Parikaapeli voidaan jakaa kategorioihin sen käyttämän taajuusalueen ja tiedonsiirtonopeuden perusteella, esimerkiksi kategorian 5 Ethernet-kaapeli, jossa signaali kulkee korkeintaan 100 Mhz:n taajudella, alle 100 Mbit/s ja kierteiden pituus on 0,6 – 0,85 cm.
  • Optinen kuitu
  • Optinen kuitu on 2 – 125 mikrometriä paksua valoa läpäisevää materiaalia. Kuitu koostuu ytimestä, jossa digitalinen signaali siirretään valoaaltoina, heijastuskerroksesta, jonka tehtävä on pitää valo ytimessä ja kuoresta, joka suojaa kuitua kosteudelta ja vaurioilta. Optisen kuidun etuja ovat suuri kapasiteetti, jopa satoja Gbit/s, pieni koko ja keveys, yksinkertainen rakenne ja äärimmäisen pieni vaimeneminen, jonka vuoksi toistimien väli voi olla jopa satoja kilometrejä. Muita etuja ovat muun muassa hyvä tietoturva ja kaapelin halpa hinta, joka on lähellä parikaapelia. Vaikka itse kaapeli onkin edullista, niin kuidun yleistymistä lähiverkoissa hidastaa kuituliittimien kallis hinta. Kuitua käytetään yleisimmin runko- ja kaupunkiverkoissa, sillä kuidut ovat parhaimmillaan suurta kapasiteettia vaativissa olosuhteissa, mutta myös useat uudet lähiverkkotekniikat perustuvat kuituihin.
  • Optisissa kuiduissa valo tuotetaan joko LED:llä tai laserilla. LED on vaihtoehdoista halvempi ja toimii monipuolisemmin, mutta laser on tehokkaampi ja tarkempi, mikä mahdollistaa paremman suorituskyvyn. Kuidut toimivat 100 – 1000 Thz alueella ja niiden toiminta perustuu valon kokonaisheijastukseen. Kuituja on kahta tyyppiä: monimuoto- ja yksimuotokuituja ja monimuotokuidut voidaan jakaa vielä askeltaitekertoimisiin ja asteittaiskertoimisiin, joissa signaalin vaimenemista ja levenemistä tapahtuu askeltaitekertoimisia vähemmän. Monimuotokuidussa valolla on useita kulkureittejä, kun taas yksimuotokuidussa mahtuu kulkemaan vain yksi säde kerrallaan. Monimuotokuidut kärsivät dispersiosta ja niitä käytetään lyhyillä matkoilla kuten liitosjohdoissa. Yksimuotokuituja käytetään runkojohtimissa, koska ne ovat hyvin tehokkaita, mutta kalliita. Verrattuna muihin johtimellisiin siirtoteihin optiset kuidut ovat kapasiteetilta ja suorituskyvyltään ylivoimaisia.
  • Sähköjohto
  • Sähköjohdoissa data kulkee sähkön kanssa samassa verkossa, josta se erotellaan pistokemodeemilla. Sähköjohtojen käyttämiseen datan siirrossa puoltaa jo olemassa oleva verkkorakenne, mutta siinä on myös paljon haittoja kuten sähköverkoissa oleva kohina, heijastukset ja sähkövirtapiikit, jotka häiritsevät datasignaalia. Datan siirrossa sähköjohtoa käytetään lähinnä tilaajaliityntänä, mutta tekniikka ei ole koskaan lyönyt kunnolla läpi.
  • Koaksiaalikaapeli
  • Koaksiaalikaapelissa on kaksi johdinta sisäkkäin ja sitä käytetään esimerkiksi TV-verkoissa, puhelinverkkojen runkoverkoissa ja lähiverkoissa. Koaksiaalikaapelilla voidaan välittää analogisia ja digitaalisia signaaleja. Parikaapeliin verrattuna koaksiaalikaapelissa voidaan käyttää korkeampia taajuuksia, mikä mahdollistaa suuremmat tiedonsiirtonopeudet. Koaksiaalikaapelissa suurimpia häiriötekijöitä ovat vaimennus, lämpökohina ja keskeismodulaatiokohina.

Johtimettomat siirtotiet

Johtimettomissa siirtoteissä signaali etenee ilmassa tai muussa väliaineessa antennien välityksellä. Antennit jaetaan suunnattuihin ja suuntaamattomiin ympärisäteileviin antenneihin. Suunnattujen antennien on oltava tarkasti toisiaan kohden, kun taas suuntaamattomassa kommunikoinnissa lähetysteho laajenee joka suuntaan.

Johtimettomat siirtotiet voidaan jakaa kolmelle perustaajuusalueelle, joita ovat radioaallot: 30 Mhz – 1 Ghz, käytetään ympärisäteilevissä sovelluksissa, mikroaallot: 1 – 40 Ghz, käytetään suuntavissa järjestelmissä ja infrapuna-aallot. 300 Ghz – 200 Thz, käytetään esimerkiksi yhden huoneen sisällä point-to-point kommunikointiin.

  • Mikroaaltolinkit
  • Mikroaaltolinkeissä käytetään tarkasti suunnattuja lautasantenneja, joiden on sijaittava riittävän korkealla, jotta näköyhteysvaatimus saavutetaan. Mikroaaltolinkkejä käytetään äänen ja datan siirtämiseen runkoverkoissa ja rakennusten välisessä point-to-point kommunikoinnissa. Mikroaaltolinkkien taajuusalue on laaja 1 – 40 Ghz. Yleensä käytetään mahdollisimman korkeita taajuuksia suuremman kapasiteetin saavuttamiseksi, mikä tosin lyhentää linkkien välistä etäisyyttä.
  • Lyhyistä aalloista johtuen mikroaaltolinkkien suurin häiriötekijä on signaalin vaimennus. Muita häiriötekijöitä ovat esimerkiksi sade, taajuusalueiden päällekkäisyydet ja heijastukset. Mitä suurempaa taajuutta käytetään, sitä pienempi antenni tarvitaan.
  • Satelliittilinkit
  • Satelliittilinkit ovat eräänlaisia mikroaaltolinkkejä: maassa sijaitsevat lähettimet ja vastaanottimet linkitetään satelliittien kautta. Satelliitti vastaanottaa signaalin uplink-kaistalla ja vahvistaa ja lähettää signaalin downlink-kaistalla. Linkkien toiminta voi olla point-to-point tai broadcast-toimintaa. Satelliittilinkkien paras taajuusalue on 1 – 10 Ghz, josta yleisesti on käytössä 4/6 Ghz kaista. Signaalilla on etäisyyden takia noin 0,25 sekunnin etenemisviive.
  • Radiotie
  • Radiotiellä antennien ei tarvitse olla suunnattuja, vaan päätelaitteen antenni lähettää signaalia joka suuntaan. Radiotie toimii 30 kHz – 300 Ghz taajuusalueella, mutta tehokkaimmillaan radiotie on 30 Mhz – 1 Ghz alueella. Radiotietä käyttävät laitteet toimivat näköyhteydellä. Suurempaa aallonpituutta käyttäessä vaimeneminen pienenee. Radiotien suurin häiriötekijä on monitie-eteneminen, muut häiriöt ovat vastaavia kuin mikroaalloilla. Radiotie on yleisin johtimeton siirtotie tämän päivän tietoliikenteessä ja sitä hyödynnetään muun muassa matkapuhelinviestinässä, bluetoothissa, TV-lähetyksissä ja langattomissa lähiverkoissa.
  • Radioaaltojen etenemiseen vaikuttavia tekijöitä ovat esimerkiksi vaimeneminen, sironta, häipyminen, heijastuminen, taipuminen ja taittuminen sekä doppler-ilmiö. Aina kun radioaalto taittuu, heijastuu tai siroaa tapahtuu vaimenemista.
  • Infrapuna
  • Infrapunalinkeissä signaalin siirtoon käytetään infrapuna-alueella olevaa valoa. Infrapunaa käytetään esimerkiksi kaukosäätimissä ja lyhyen matkan datan siirrossa. Infrapunavalo ei läpäise esteitä pienestä aallonpituudesta johtuen.
Datan koodaustekniikat

Digitaalinen data, digitaalinen signaali

Digitaalinen signaali on koostuu epäjatkuvista jännitepulsseista, joista jokainen pulssi on signaalielementti, joihin binäärinen data on koodattu. Koodauksen avulla saadaan kerrottua mitä mikin bitti tarkoittaa. Eri koodaustapoja ovat NRZ-R, NRZ-I, Bipolar-AMI, Pseudobinary, Manchester ja Manchester Inverted. NRZ koodauksien ongelmana on signaalin pysyminen pitkään samalla tasolla.

Digitaalinen data, analoginen signaali

Digitaalisen datan modulointiin analogiseen signaaliin käytetään avainnusta. Eri modulaatiotekniikoita ovat Amplitudiavainnus, taajuusavainnus, Multiple FSK, vaihepohjainen avainnus, differentiaalinen vaihepohjainen avainnus, Quadrature PSK ja Quadrature Amplitude Modulation. Vaihepohjainen avainnus on monimutkainen, mutta tärkein ja käytetyin, sillä siitä bittien havaitseminen on helppoa.

Analoginen data, digitaalinen signaali

Analoginen data digitoidaan digitaaliseksi. Muunnos analogisesta digitaaliseksi tapahtuu pulssikoodi- tai deltamodulaatiolla. Deltakoodimodulaatio perustuu muutoksen ja se on hyvä hitaasti muuttuvilla signaaleilla, mutta ei sovellu kaikkeen.

Analoginen data, analoginen signaali

Analogisia modulaatiotekniikoita ovat esimerkiksi vanhat AM-, FM- ja PM-tekniikat, jotka ovat vaihtoehtoja, mutta tänä päivänä signaali muutetaan aina ensin digitaaliseen muotoon.

Digitaaliset datakommunikaatiotekniikat

Ajastuksen ongelmat vaativat tavan synkronoida vastaanottaja ja lähettäjä. Kellojen synkronointiin on kaksi tapaa, asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto. Asynkronisessa tiedonsiirrossa ei lähetetä pitkiä keskeytymättömiä bittivirtoja, millä vältetään ajastuksen ongelmat. Synkronisessa tiedonsiirrossa lähetetään lohko bittejä vakaassa virrassa ilman aloitus ja lopetus koodeja. Asynkronisessa tiedonsiirrossa data lähetetään yksi merkki kerrallaan, joista jokainen voi olla 5 – 8 bittiä pitkä. Vastaanottaja pystyy synkronisoimaan jokaisen uuden merkin alussa. Synkronisessa tiedonsiirrossa kellojen täytyy olla synkronisoitu, mikä voidaan toteuttaa erillisellä kellorivillä tai dataan upotetulla kellosignaalilla. Synkroninen tiedonsiirto on asynkronista tehokkaampaa suurille datalohkoille.

Tiedonsiirrossa tapahtuu aina virheitä, minkä vuoksi on kehitetty virheen havainnointi ja korjaus tekniikoita. Yksinkertaisin tapa havainnoida virheitä on pariteettibitti jokaisen datalohkon lopussa. Havaittujen virheiden korjaaminen vaatii yleensä datalohkon uudelleen lähetyksen. Virheen korjaaminen kuuluu linkkitason toimintoihin.

Linkkikerroksen tehtävät

Linkkikerroksen tehtäviä ovat muun muassa kehysten synkronisointi, vuon valvonta: lähettävä osapuoli ei saa hukuttaa vastaanottajaa, virheen hallinta, ositteistus ja linkin hallinta. Vuon valvonnan tekniikoita ovat Stop and Wait ja liukuvan ikkunan menetelmä. Virheen hallinta tekniikoita ovat Stop and Wait, Stop and Wait ARQ ja Go Back N.

4. luento

Luennon aiheita olivat Kanavointi, piiri- ja pakettikytkentäiset verkot, reititys ja matkaviestinverkot. Pistokoetta, johon olin valmistautunut ei luennolla ollutkaan, vaan se siirrettiin seuraavalle kerralle. Reitityksestä täytyy osata minkä takia ollaan menty mihinkin suuntaan.

Kanavointi

Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia. Siirtokapasiteetti voidaan jakaa useamman signaalin kesken. Tämä jako on kanavointia eli multipleksointia. Esimerkkejä kanavoinnista ovat TV- ja radiokanavat, joissa on useampi kanava samalla siirtotiellä. Kanavointi perustuu multipleksereiden käyttöön ja se voidaan jakaa neljään eri luokkaan, joita ovat Taajuusjakokanavointi FDMA, aikajakokanavointi TDMA, koodijakokanavointi CDMA ja aallonpituusjakokanavointi WDMA.

Taajuusjakokanavointi - FDMA

Taajuusjakokanavointi on analogiseen dataan perustuva tekniikka. Jokainen kanava on keskittynyt tietyn taajuusalueen ympärille. Signaalit on moduloitu esimerkiksi amplitudi-, taajuus-, tai vaihemodulaatiolla eri taajuisille kantoaalloille. Kanavien välisiä häiriöitä estetään jättämällä kanavien väliin riittävän suuri varmuusväli. FDMA:n vaatimuksena on, että siirtotien kapasiteetti ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset, muuten tulee ongelmia kuten interferenssi. Siirrettävä data on voi olla joko analogista tai digitaalista, mutta koska FDMA perustuu modulointiin, signaali on aina analoginen. FDMA:n ongelma on signaalin moduloiminen monta kertaa, jolloin data voi vääristyä.

Aikajakokanavointi - TDMA

Aikajakokanavointia käytetään digitaalisen datan kanssa esimerkiksi GSM-tekniikassa. TDMA:ta voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille. TDMA:ssa signaalia ei viipaloida taajuuksien, vaan ajan suhteen. Kanava käyttää koko taajuutta, mutta vain tietyin välein. Aikajakokanavoinnista on olemassa synkroninen ja tilastollinen eli asynkroninen TDMA. Synkronisuus tarkoittaa, että kanava toistuu tietyin välein. Tilastollisessa TDMA:ssa aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan. Toisin kuin synkroninen TDMA, tilastollinen TDMA vaatii ohjausinformaatiota datan yhteyteen, jotta tiedetään kenelle paketti on tulosa.

Koodijakokanavointi - CDMA

Koodijakokanavointia käytetään digitaalisen datan yhteydessä. CDMA:ta käytetään ennen kaikkea langattomassa kommunikoinnissa, esimerkiksi kolmannen sukupolven matkaviestinverkoissa. CDMA:ssa käytetään koko taajuusalue, sekä kaikki aikaviipaleet. Koodijakokanavoinnista huolehtii signaalin lähettävä päätelaite, kun taajuus- ja aikajakokanavoinnista huolehtii multiplekseri. Vastaanottajan pitää olla selvillä käytetystä koodaustekniikasta voidakseen vastaanottaa saapuvan signaalin.

Aallonpituusjakokanavointi - WDMA

Aallonpituusjakokanavointi on käytännössä sama kuin taajuusjakokanavointi, mutta se on käytössä erityisesti optisissa kuiduissa. WDMA:ssa käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa. Ei lähetetä eri taajuuksia, vaan eri aallonpituuksia eli valon eri värejä.

Piirikytkentä

Piirikytkentäisiä verkkoja on perinteisesti käytetty teleliikenteessä. Piirikytkennässä resurssit varataan etukäteen, jolla saavutetaan tavoite eli reaaliaikainen tiedonsiirto. Kommunikaatio edellyttää ennalta määriteltyä yhteyspolku kahden aseman välillä. Yhteyspolku muodostetaan päästä päähän ennen varsinaista datan siirtoa, minkä vuoksi jokaisesta linkistä ja solmun sisäisestä kytkennästä pitää varata kapasiteettia yhteyttä varten. Varattu kapasiteetti on varattuna koko yhteyden ajan vaikka dataa ei siirrettäisikään. Viestin välitys piirikytkentäistä verkkoa pitkin sisältää kolme vaihetta, joita ovat, piirin muodostus, datan siirto ja piirin purku.

Pakettikytkentä

Dataliikenteessä on tärkeää, että kommunikointiväylä käytetään mahdollisimman tehokkaasti. Data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten ja jokainen datapaketti sisältää dataa ja ohjausinformaatiota. Paketit varastoidaan ja edelleen lähetetään reitin solmuissa, joiden täytyy olla tietoisia mitä reittiä paketit kannattaa siirtää. Pakettikytkentäisessä verkossa voidaan määrittää eri prioriteetteja paketeille, jolloin korkeamman prioriteetin paketeilla on etuajo-oikeus.

5. luento

Luennon aiheita olivat matkapuhelinverkot, lähiverkkotekniikat, Internet ja Internet-protokollat ja tietoturva, josta lukeminen jäi kuitenkin kotitehtäväksi. Aamupäivällä pidettiin pistokoe, jonka aiheena olivat linkit ja miten ne muodostavat verkkoja. Olin valmistautunut kokeeseen hyvin, mutta juuri linkkien opiskelu oli jäänyt vähemmälle. Tästä huolimatta pistokoe meni suhteellisen hyvin. Luentopäivän lopuksi tehtiin lyhyt yhteenveto kurssilla opituista asioista ja annettiin tenttivinkkejä. Kurssin tärkein asia on osata tietoliikenteen ”The Big Picture” eli osata yhdistää kurssilla käydyt asiat toisiinsa yhdeksi suureksi kokonaisuudeksi.

Matkapuhelinverkot

Matkapuhelinverkot on kehitetty kasvattamaan mobiilin radiopuhelinpalvelun kapasiteettia. Matkapuhelinverkko perustuu lukuisiin matalatehoisiin lähettimiin. Verkon alue jaetaan soluihin täydellisen kattavuuden saavuttamiseksi. Jokaisella solulla on oma antenni sekä omat kantavuudet ja taajuudet. Naapurisolut käyttävät eri taajuuksia välttääkseen ylikuulumista. Kaikkia soluja palvelee tukiasema, joka koostuu lähettimestä, vastaanottimesta ja ohjausyksiköstä. Solut voidaan jakaa yhä pienempiin mikrosoluihin täydellisen kattavuuden saavuttamiseksi esimerkiksi kaupungeissa ja suurten rakennusten sisällä.

Lähiverkot

Lähiverkot on kehitetty 70-luvulla kalliiden point-to-point linkkien korvaamiseksi ja niistä on sen jälkeen tullut yleisin verkkotyyppi. Lähiverkkojen yleisyys johtuu muun muassa siitä, että niiden tekniikka on halpaa ja yleisesti saatavilla, tietokoneet ovat todennäköisesti yhteydessä lähellä olevien tiettyjen koneiden kanssa toistuvasti, kuten työpaikalla tai kotiverkoissa. Lähiverkkoja käyttökohteita ovat PC-LAN, taustaverkot, nopeat toimistoverkot ja runkoverkot.

Lähiverkkojen tärkeimpiä elementtejä ovat topologia, joka kuuluu oleellisena osana lähiverkkojen määrittelyyn, siirtotien valinta, johdotuksen asettelu ja MAC eli siirtoteiden käytön hallinta. Eri LAN-topologioita ovat väylä, puu, rengas ja tähti. Topologiota käsiteltäessä pitää muistaa erottaa verkon fyysinen ja looginen toiminta, esimerkiksi WLAN-verrko on fyysisesti tähti, mutta loogisesti väylä. Lähiverkkojen yleisimpiä siirtoteitä ovat koaksiaali- ja parikaapeli, optinen kuitu sekä radiotie. MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. Käytännössä LAN-verkot yhdistetään aina johonkin toiseen verkkoon, kuten MAN tai toiseen lähiverkkoon. Yleisimmät yhdistämistavat ovat siltaus ja monimutkaisempi reititys, jolla voidaan yhdistää eri tyyppisiä LAN:ja ja MAN:eja.

Internet ja Internet-protokollat

Internet on verkkojen verkko, jossa jokaisella verkon osatekijällä on oma identiteetti. Internetiin kuuluvat päätelaitteet ja välitason järjestelmät. Päätelaitteet ovat verkkoon kytkettyjä laitteita. Välitason järjestelmät tarjoavat kommunikointipolun ja suorittavat tarvittavat udelleensijoitus ja reititys toiminnot.

IP on Internet -kerroksen protokolla, jonka tehtävä toimittaa paketti perille pakettikytkentäisessä verkossa. Internet perustuu IP-protokollaan ja se on ainoa asia mikä yhdistää kaikkia Internetiin liitettyjä laitteita. IP-osoitteiden avulla paketit toimitetaan perille. IP osoite on on numerosarja ja verkkotunnuksien muuttamisesta IP-osoitteiksi huolehtii DNS-järjestelmä.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Pyrin kuvassani esittämään miten käytän tietoliikennepalveluita yliopistolla ollessani ja miltä palvelut vaikuttavat minun kannaltani enkä yrittänyt selvittää koko verkon rakennetta. Käyn yliopistolla internetissä omalta kannettavalta tietokoneella, kännykällä, kirjaston koneilla tai mikroluokissa. En tiedä tarkkaa yliopiston verkon rakennetta, joten joudun olettamaan millainen se voisi olla. Yliopiston palveluista käytän Noppaa, Webmailia, Blackboardia, VPN-verkkokiintolevyä sekä kirjaston eri tietokantoja.

niemi_arto_kotitehtaevae1.pdf

3 kysymystä

  • Miten data liikkuu sykemittarin ja sykevyön välillä, mihin teknologiaan se perustuu?
  • Miten SFTP eroaa FTP:stä?
  • Minkälaisia nopeuksia voidaan saavuttaa 4G verkoissa, koska ne yleistyvat ja miten 4G eroaa 3G:stä?

Kotitehtävä 2

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.

Pyrin valitsemaan protokolliksi mahdollisimman usein käytössäni olevia protokollia, joiden toimintaa en vielä tunne, niinpä valitsin selvitettäviksi protokolliksi SFTP:n, 802.11n:n ja PTP:n. SFTP:tä olen käyttänyt LUT:n henkilökohtaiselle kotisivutilalle internetsivujen lataamisessa palvelimelle ja sivujen päivittämisessä. 802.11n on WLAN-protokolla, joka on käytössä lähes päivittäin käyttäessäni tietokoneellani langatonta lähiverkkoa. PTP on käytössä siirtäessäni valokuvia digikameralta tietokoneelle.

SFTP - SSH File Transfer Protocol

SFTP on verkkokerroksen protokolla, joka tarjoaa tiedostojärjestelmä-, tiedostonsiirto- ja tiedostonhallintapalvelut minkä tahansa luotettavan datavirran kautta. SFTP:n on suunnitellut Internet Engineerin Task Force (IETF) lisäyksenä SSH protokollan kakkos versioon tarjoamaan turvallisen tiedonsiirron, mutta se on tarkoitettu toimimaan myös muiden protokollien kanssa. SFTP olettaa, että se suoritetaan turvallisen kanavan kautta, kuten SSH, niin että palvelin on jo valmiiksi autentikoinut asiakasohjelman, ja että käyttäjän identiteetti on saatavilla protokollalle. SFTP ei ole SHH:n yli käytetty FTP-protokolla, vaan SFTP on suunniteltu puhtaalta pöydältä. SFTP:tä voidaan käyttä esimerkiksi komentorivipohjaisella SFTP-ohjelmalla.

http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-secsh-filexfer-13

802.11n – langattoman tiedonsiirron protokolla

802.11 on kokoelma IEEE-standardeja, jotka hallitsevat langattoman verkon tiedonsiirtoa. IEEE 802.11n-2009 on lisäys aikaisempaan IEEE 802.11-2007-standardiin parantamaan verkon suoritustehoa. 802.11n-protokollan maksimi tiedonsiirtonopeus on 600 Mbit/s, kun se aikaisemmissa standardeissa oli 54 Mbit/s., kuitenkin käytännössä 802.11n yltää noin 100-200 Mbit/s nopeuksiin. 802.11n:ssä on myös parannettu turvallisuusominaisuuksia verrattuna edeltäjiinsä. 802.11n käyttää MIMO-teknologiaa, joka käyttää useita antenneja käsitelläkseen enemmän informaatiota kuin vain yhtä antennia käyttämällä. 802.11n pystyy käyttämään 2,4 Ghz taajuuden lisäksi 5 Ghz taajuutta, mikäli on tiedossa, että joku muu järjestelmä, kuten bluetooth- tai toinen 802.11-järjestelmä käyttää samoja taajuuksia.

http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.11n-2009.html

PTP – Picture Transfer Protocol

PTP on digikameran kuvien siirtoon käytettävä protokolla ja sitä tukee suurin osa nykyisistä kameramalleista. PTP:n on kehittänyt International Imaging Industry Association. PTP mahdollistaa kuvien siirron digikameroista tietokoneisiin ja muihin oheislaitteisiin ilman tarvetta muille laiteajureille. Protokolla on standardisoitu ISO 15740:na. PTP on edelleen standardisoitu USB:lle USB Implementers Forumin toimesta ”still image capture device”-luokkaan. USB on oletus verkkoliikenneväylä PTP-laitteille. USB PTP on yleinen vaihtoehto USB MSC:lle (USB mass-storage device class) digitaalisen kameran yhteysprotokollana. Jotkuk kamerat tukevat molempia protokollia.

PTP määrittää tavan luoda, siirtää ja manipuloida objekteja, jotka ovat yleensä valokuvia, kuten JPEG-tiedostot. PTP ei määritä tarkkaa tapaa objektien säilyttämiseen eikä se määrittele kuljetuskerrosta, koska se on tiedonsiirtoprotokolla. PTP on kuitenkin suunniteltu tukemaan olemassaolevia standardeja, kuten Exif, TIFF/EP, DCF ja DPOF ja se yleisesti toteutetaan USB ja FireWire kuljetuskerrosten yli. Kameroissa kuvat tallennetaan yleensä massamuistilaitteisiin, kuten muistikortteihin, jotka formatoitu FAT tai FAT32 tiedostojärjestelmiin, mutta nämä eivät ole vaatimuksia, sillä PTP ei välitä alla olevasta esitysmuodosta.

http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=45344

Kotitehtävä 3

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.

Valitsin kotitehtävässä laitteita, joita itse omistan. Yritin selvittää laitteiden vastaanottaman signaalin koodauksen tai modulaation, mikä osoittautui erittäin vaikeaksi, sillä laitevalmistajien sivuilta tai käyttöohjeista ei tietoa löytynyt. Päädyin lopulta selvittämään koodauksen, jota käytetään signaalin lähettämisessä ja oletan että samaa koodausta käytetään myös päätelaitteessa signaalin purkamiseen.

Bluetooth-hiiri, Logitech V470

Logitech V470 käyttää bluetooth tekniikkaa tietokoneeseen yhdistämiseen. Hiirestä olisi ollut mielenkiintoista selvittää muun muassa lähetysteho, mutta laitteen valmistajalta tietoa teknisistä ominaisuuksista oli saatavilla erittäin vähän.

  • Siirtotie: ilmatie, radiotie
  • Modulaatio: GFSK-taajuussiirtokoodaus
  • Taajuusalue: 2,4000 – 2,4835 GHz

GPS-autonavigaattori, TomTom Via 110

TomTom Via 110 autonavigaattorissa on Broadcom GoGPS BARRACUDA GPS-antenni. Navigaattori pystyy yhtäaikaisesti seuraamaan 24:jää satelliittia. GPS-järjestelmässä käytetään modulointiin vaiheavainnusta ”phase-shift keying”, jossa jokaisen vaiheen vaihtuessa bitti käännetään ykkösestä nollaksi ja päinvastoin.

  • Siirtotie: ilmatie, satellittilinkki
  • Modulaatio: PM-vaiheavainnus
  • Taajuusalue: 1575.42 MHz, satelliitista navigaattoriin tulevan signaalin taajuus

Televisio, DVB-C-vastaanotin

Koaksiaalikaapelia pitkin lähetetään digitaalinen signaali, jonka vastaanotin muuttaa televisiokuvaksi.

  • Siirtotie: koaksiaalikaapeli
  • Virheen korjaus: Forward error correction
  • Modulaatio: 16QAM – 256QAM, kaistanleveydestä riippuen

Kotitehtävä 4

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.

Tarkastelin tehtävässä edellisen tehtävän laitteiden käyttämien teknologioiden siirtoteitä ja kuinka niissä kanavointi on toteutettu. Tarkasteltavia tekniikoita ovat Bluetooth, GPS ja DVB-C. Tehtävän tekeminen ja luennoilla opitut uudet asiat signaaleista selvensivät huomattavasti edellisen kotitehtävän herättämiä kysymyksiä ja korjasivat harhakäsityksiä sekä auttoivat kanavoinnin ja eri siirtoteiden ymmärtämistä.

Bluetooth
  • Siirtotie: ilmatie, radiotie
  • Modulaatio: GFSK-taajuussiirtokoodaus
  • Taajuusalue: 2,4000 – 2,4835 Ghz
  • Kanavointi: FHSS, TDM ja AHF

Bluetooth käyttää vapaata 2,4 Ghz taajuusaluetta. Bluetootissa käytettäviä kanavointitekniikoita ovat taajuushyppelykanavointi FHSS ja aikajakokanavointia TDM. Bluetoothin versioon 1.2 tuli mukautuva taajuushyppelykanavointi AHF, joka parantaa vastustuskykyä radiotaajuuksien interferenssille välttämällä ruuhkaisia taajuuksia hyppelyjaksoilla. Bluetoothin uusin versio on 4.0 ja se on julkaistu vuonna 2010. Versio 4.0 toi mukanaan Bluetooth low energyn, joka on kokonaan uusi protokollapino yksinkertaisten linkkien nopeaan rakentamiseen. Välttääkseen interferoinnin muiden protokollien kanssa, jotka käyttävät 2,45 Ghz kaistaa, Bluetooth protokolla jakaa kaistan 87 kanavaan, joista jokainen on 1 Mhz leveä sekä vaihtelee kanavaa jopa 1600 kertaa sekunnissa. Taajuushyppelyn tarkoituksena on parantaa tietoturvaa ja häiriönsietoisuutta.

Bluetooth protokollapino

  • Bluetooth on maaäritelty kerrosarkkitehtuurin mukaan, joka koostuu ydinprotokollista, johdonkorvausprotokollista, puhelunhallintaprotokollista ja muista protokollista. Kaikille Bluetoothpinoille pakollisia protokollia ovat LMP, L2CAP ja SPD

LMP

  • Linkkienhallintaprotokolla, jota käytetään radiolinkin hallintaan kahden laitteen välillä.

L2CAP

  • Looginen linkinhallinta ja mukautuvuusprotokolla.
  • Kanavoi ylemmänkerroksen datat yhdelle ALC-yhteydelle.

SPD

  • Mahdollistaa palvelujen etsimisen muista laitteista.
  • Tarjoaa sovelluksille liitynnän, joka mahdollistaa palveluiden rekisteroimisen.
GPS
  • Siirtotie: ilmatie, satellittilinkki
  • Taajuusalue: 1575.42 MHz, satelliitista navigaattoriin tulevan signaalin taajuus
  • Modulaatio: PM-vaiheavainnus
  • Kanavointi: CDMA

GPS-järjestelmässä kaikki satelliitit lähettävät signaalia samoilla taajuuksilla btoadcast tyyppisesti. Signaalin koodaus tapahtuu CDMA koodijakokanavoinnilla, jonka ansiosta yksittäiset satelliitit voidaan erottaa toisistaan pohjautuen jokaisen satelliitin yksilölliseen koodaukseen. CDMA:sta käytetään kahta tyyppiä: C/A koodi, joka on siviileille julkisesti saatavilla sekä tarkka P-koodia, joka on Yhdysvaltojen asevoimien käytössä. Satelliittiverkko käyttää CDMA laajaspektritekniikka, missä matalan bittinopeuden data koodataan korkean nopuden PRN pseudosatunnaisjaksolla, joka on jokaisella satelliitilla omanlaisensa. Vastaanottajan täytyy olla tietoinen jokaisen satelliitin PRN-koodeista, jotta alkuperäinen data voidaan rekonstruoida.

DVB-C
  • Siirtotie: koaksiaalikaapeli
  • Virheen korjaus: Forward error correction
  • Modulaatio: 16QAM – 256QAM, kaistanleveydestä riippuen
  • Taajuusalue: 47 – 550 MHz
  • Kanavointi: OFDM 8k ja 2k

DVB-C järjestelmässä analogiset signaalit koodataan ja kanavoidaan. Uudelleen moduloimalla digitaaliset kanavoinnit, ne sovitetaan kaapelikanavan ominaisuuksiin. Kanavointiin käytetään 8k- ja 2k-järjestelmää. 8k-järjestelmässä on 6817 kantoaaltoa ja niiden keskinäinen väli on 1116 kHz. Videon ja äänen koodaukseen käytetään MPEG-2 ja MPEG-4 koodauksia.

Kotitehtävä 5

Kotitehtävät 5. luennon jälkeen:

  • Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista.
  • Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.
  • Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.
Sovellus – Säköposti

Pyrin tehtävässä selvittämään SMTP-protokollaa käyttävän sähköpostiohjelman toimintaa ja viestin välityksen ADSL-yhteyttä käyttäen. Kokonaiskuvaa yritän hahmottaa mahdollisimman yksinkertaisesti kuvan avulla. SMTP:stä kerron tarkemmin, koska se oli uusi asia.

SMTP

SMTP protokollaa käytetään viestien välittämiseen SMTP-lähettäjältä SMTP-vastaanottajalle TCP protokollan yli. SMTP pyrkii tarjoamaan luotettavan toiminnan, mutta se ei takaa hävinneiden viestien palautusta. Päästä päähän kuittausta ei palauteta viestin luojalle, että viesti on saapunut onnistuneesti vastaanottajalle, eikä virheen ilmaisimien palautuminen ole myöskään taattua. Tästä huolimatta SMTP pohjaista sähköpostijärjestelmää pidetään luotettavana.

SMTP:n toiminta koostuu lukuisista komennoista ja vastausten vaihdosta SMTP-lähettäjän ja vastaanottajan välillä. Aloite on SMTP-lähettäjällä, joka muodostaa TCP yhteyden. Kun yhteys on luotu, SMTP-lähettäjä lähettää vastaanottajalle komentoja yhteyden yli. Jokainen komento tuottaa täsmälleen yhden vastauksen SMTP-vastaanottajalta.

Kokonaiskuva

Tietoturva

Tietoturvan kolme keskeisintä tavoitetta ovat luotettavuus, eheys ja saatavuus. Luotettavuus koostuu kahdesta toisiinsa sidoksissa olevista käsitteistä datasta ja yksityisyydestä. Data varmistaa, että henkilökohtainen tai luottamuksellinen informaatio ei ole saatavilla tai altistu luvattomille käyttäjille. Yksityisyys takaa, että käyttäjät kontrolloivat tai vaikuttavat, mitä heihin liittyvää tietoa voidaan kerätä ja tallettaa, kenen toimesta ja kenelle tietoja voidaan luovuttaa. Eheys koostuu datan eheydestä ja järjestelmän eheydestä. Datan eheys tarkoittaa tiedon ja ohjelmien muuttamista ainoastaan määritetyillä ja luvallisilla tavoilla. Järjestelmän eheys takaa, että järjestelmän suoritukset ovat vioittumattomia ja vapaita tahallisesta tai tahattomasta järjestelmän manipulaatiosta. Saatavuudella tarkoitetaan, että järjestelmät toimivat vakaasti ja palveluita ei kielletä luvallisilta käyttäjiltä.

Tietokonejärjestelmän osista laitteisto on kaikista haavoittuvaisin hyökkäykselle. Laitteisto on vähiten altis automaattiselle valvonnalle. Uhkia laitteistolle ovat muun muassa vahingot tai tahalliset vauriot ja varkaudet. Ohjelmisto koostuu käyttöjärjestelmästä, apuohjelmista ja sovelluksista. Tärkeimmät uhkat ohjelmistolle ovat, poistamisen helppous, voidaan muuttaa tai vahingoittaa, voidaan muokata, lisenssi voi vaarantua tai sitä voidaan väärinkäyttää sekä piratismi. Tietoturvaongelmat koskien dataa ovat laajat ja ne käsittävät saatavuuden, salauksen ja eheyden. Tärkeimmät tietoturvaongelmat datan kanssa ovat tiedostojen tuhoaminen, tiedostojen varastaminen, tiedostojen luvaton lukeminen ja datan virheellinen, mutta tahallinen analyysi. Viestintälinjojen ja tietoverkkojen hyökkäykset voidaan jakaa passiivisiin ja aktiivisiin hyökkäyksiin. Passiivisessa hyökkäyksessä hyökkääjään tavoitteena kerätä tietoa ilman, että tulee huomatuksi. Passiivinen hyökkäys ei vaikuta järjestelmän resursseihin ja sen kaksi tyyppiä ovat viestien sisällön julkaiseminen ja ruuhkan analysointi. Aktiivinen hyökkäys käsittää muunnoksia datavirtaan ja sillä pyritään muuttamaan järjestelmän resursseja tai vaikuttamaan niiden toimintaan.

Ajankäytön arviointi

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h
    • Kotitehtävien tekoa + oppimispäiväkirja 3,5 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa + oppimispäiväkirja 5 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa + oppimispäiväkirja 8 h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa + oppimispäiväkirja 5 h
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa + oppimispäiväkirja 6 h

Pääsivulle