Anu Niskasen kurssisivu

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.

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikennettä sisältyy yhä enemmän arkisiin toimintoihin, silti se tuntuu asiana etäiseltä ja hankalaltakin. Näen itseni käyttäjän asemassa, otan vastaan valmiin tuotteen ja oletan sen toimivan miettimättä sen enempää mitä sen toimiminen vaatii. Jos ymmärtäisin paremmin tietoliikenteen toimintamalleja ja sovelluksia, saattaisin ymmärtää myös miksi jokin laite toimii ja varsinkin sitä miksi se ei toimi. OSI-malliin tutustuin itsenäisesti tietoliikenneohjelmistojen harjoitustyöt-kurssilla, tällä kurssilla toivon oikeasti oppivani mitä se tarkoittaa. Aihealueesta tulee mieleen termejä ja kirjainyhdistelmiä, joista suurin osa on aivan vieraita. Avainsanoja: WLAN, HTTP, URL, VPN, WAP, WWW.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Tutustuimme tietoliikenteen käsitteisiin, kehityskulkuun, kommunikointimalleihin ja kerrosarkkitehtuuriin. Peer-to-peer termi on esiintynyt aiemminkin jossain, mutta nyt otin selvää mitä se tarkoittaa. Mielenkiintoinen esimerkkituote “yksinkertaisesta” laitteesta marjamummolle oli GPS-paikannin, joka ohjaa tämän takaisin auton luo. Johtaja-sihteeri-kuriiri esimerkkien ja kuvien avulla myös kerrosmallien kommunikointimalli selkeentyi.

Muuta: Kävin keväällä tietoliikenneohjelmistojen harjoitustyöt-kurssin, jossa käsittelimme OSI-mallia. Itseopiskeltuna aihe jäi aika vieraaksi, en tainnut edes oikein ymmärtää mitä kirjoitin. Toivottavasti tällä kurssilla ymmärtämys paranee. Miinuksena oli, ettei luentomateriaaleja voinut tulostaa ennakkoon, sillä niihin tehdyt muistiinpanot tukevat luennoilla oppimistani paremmin kuin irtonaiset muistiinpanot.

Koko aihealue on niin vieras, että käsitteiden ja toimintojen sisäistäminen vie aikaa.

Luentopäivä 2:

Protokollat

Protokolla tarkoittaa yhteistä kieltä, jonka avulla eri järjestelmissä sijaitsevat oliot keskustelevat sillä mitä, kuinka ja koska täytyy olla molempien osapuolten tiedossa. Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Protokollien toimintoja ovat mm. segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteydenhallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen arviointi, osoitteet, kanavointi ja kuljetuspalvelut.

Standardointi

Standardointi huolehtii fyysisestä, sähköisestä ja toiminnallisesta yhteensopivuudesta järjestelmien välillä. Se auttaa vahvistamaan tuotteen markkinoita ja laskee hintoja massatuotannon ja yhteensopivuuden kautta. Standardointi on kuitenkin hidasta ja niitä on päällekkäin. Standardeja ovat mm. Internet Society, ISO, ITU-T, ATM ja IEEE.

Tiedon siirto

Tiedonsiirto tapahtuu lähettäjän ja vastaanottajan välillä tiedonsiirtovälineen avulla joko johtimellisesti tai johtimettomasti. Mm. kaistan leveys, etäisyys, signaalin teho, aallonpituus, käyttäjien määrä, vaimeneminen ja häiriöt vaikuttavat tiedon perillemenon nopeuteen ja virheettömyyteen (bittien erotteluun toisistaan).

Luentopäivä 3:

Siirtotiet jakautuvat fyysistä reittiä signaaleja kuljettaviin johtimellisiin ja langattomiin johtimettomiin siirtoteihin, joissa signaali jaetaan suunnatusti tai suuntaamattomasti. Johtimellisia siirtoteitä ja niiden ominaisuuksia ovat:

  • Parikaapeli: esim. puhelinkaapeli, jos suojattu niin kestää häiriöt, mitä suurempi taajuus sitä suurempi signaalin vaimeneminen.
  • Koaksaalikaapeli: esim. TV kaapeli, kaksi johdinta sisäkkäin, sekä analogiselle että digitaalisille signaaleille, häiriötekijät vaimennus, lämpökohina.
  • Optinen kuitu: koostuu ytimestä, heijastuskerroksesta ja kuoresta, perustuu valon kokonaisheijastukseen, suurien kapasiteettien siirto.
  • Sähköjohto: data siirretään sähkön kanssa samassa verkossa olemassa olevassa verkossa, haitat kohina ja sähkövirtapiikit.

Johtimettomia siirtoteitä ja niiden ominaisuuksia ovat:

  • Mikroaaltolinkit: lautasantennit, häiriöt signaalin vaimennus, mitä suurempi taajuus sitä pienempi antenni heijastukset, sade.
  • Sateliittilinkit: tv ja puhelinliikenne, maassa sijaitsevat lähettimet ja vastaanottimet linkitetty sateliittien kautta, point-to-point tai broadcast,
  • Radiotie: antennit, eniten käytetty esim. matkapuhelinjärjestelmät ja langattomat lähiverkot, häiriöt monitie-eteneminen, heijastukset.
  • Infrapuna: esim. kaukosäätimessä, käytetään infrapuna-alueella olevaa valoa signaalin siirtoon, lähetin ja vastaanotin näköetäisyydellä.

Luentopäivä 4:

Kanavointi

Kanavoinnilla eli multipleksoinnilla tarkoitetaan kahden järjestelmän välisen kommunikoinnin siirtokapasiteetin jakamista useamman siirrettävä signaalin kesken. Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

1. FDMA Frequency Division Multiple Access eli taajuuskanavointi

Taajuuskanavoinnissa kukin signaali keskittyy omalle taajuusaluelleen eli kanavalle. Se perustuu eri signaalien modulointiin eritaajuisille kantoaalloille, kanavien väliin jätettävä varmuusalue estää häiriöitä. Syötettävä data voi olla digitaalista tai analogista, mutta signaali on aina analoginen. FDMA:N vaatimuksena siirtotien kapasiteetin tulee ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset. Käyttö esim. TV-kanavien erottelemiseen. Esim. ADSL käyttää taajuuskanavointia tilaajan ja etäverkon välillä, sen pääasiallinen on palvelu internet-käyttö. FDMA:n ongelmia ovat kanavien ylikuuluminen, mikäli kantoaaltojen taajuudet ovat lähellä toisiaan ja pitkillä matkoilla signaalia vahvistettaessa toisen kanavan vahvistus voi luoda taajuuskomponentteja myös toisiin kanaviin.

2. TDMA Time Division Multiple Access eli aikajakokanavointi

Aikakanavointia voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille. Se perustuu eri signaalien viipalointiin/aikajakoon, joka voi tapahtua bitti- tai tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä. Vaatimuksena on, että siirtotien kapasiteetti ylittää siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset. Synkronisessa TDMA:ssa syötteet yhdistetään siirtotielle, data muodostaa kehyksiä jotka taas muodostavat aikaviipaleita, aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi. Se mahdollistaa eri nopeuksilla toimivien lähteiden yhdistämisen. Synkronoitu TDMA soveltuu huonosti tietokonekäyttöön epäsäännöllisten lähetysten vuoksi. Ongelmana on kehyksen aikavälin tuhlaaminen, suurimman osan ajasta jotkut yhteydet tyhjillään. Ratkaisuna tähän on tilastollinen TDMA, missä aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan.

3. CDMA Code Division Multiple Access eli koodijakokanavointi

Koodijakokanavointiä käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie). Se käyttää koko taajuusalueen ja kaikki aikaviipaleet ja sen etuja ovat mm. tehokkuus, taajuuksien joustava käyttö, usean CDMA-järjestelmän käyttö samalla aluella helpottaa verkkosuunnittelua, häiriöiden pienempi vaikutus ja laitteet kuluttavat vähemmän tehoa.

4. WDMA Wavelenght Division Multiple Access eli aallonpituusjakokanavointi

Aallonpituusjakokanavointia käytetään yksimuotokuiduissa. Optinen kuti saadaan tehokkaasti käyttöön kun samassa signaalissa saadaan siirrettyä useita kuituja. Käytössä on eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa.

Kytkentäiset verkot

Kytkentäinen verkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä. Verkkoa käyttäviä laitteita kuten tietokonetta kutsutaan asemiksi. Solmut tarjoavat asemille tietoliikenneverkon palvelun ja siirtävät asemien dataa. Data siirretään solmusta solmuun, kunnes se saapuu vastaanottavan aseman liitäntäsolmuun, joka toimittaa datan perille. Kytkentäisissä verkoissa toiset solmut toimivat pelkästään verkon sisäisinä pisteinä, toiset taas ottavat vastaan ja luovuttavat dataa asemille. Solmujen väliset linkit on jaettu kanavoinnin avulla. Jokaisen solmun välillä ei ole linkkiä, mutta mitä enemmän yhdistäviä polkuja on, sitä luotettavammaksi verkko muodostuu. Tietoliikenne jaetaan teleliikenteeseen (puhelinverkot) ja dataliikenteeseen (dataverkot) sovellusten eri vaatimusten mukaan. Teleliikenteen puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän ja siinä käytetään piirikytkentää. Datalle on tärkeämpää, että kommunikointiväylä käytetään mahdollisimman tehokkaasti, minkä pakettikytkentä mahdollistaa.

Piirikytkentäiset verkot

Kommunikaatio pitkin piirikytkentäistä verkkoa edellyttää määriteltyä yhteyspolkua kahden aseman välillä. Yhteyspolku on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä ja jokaisessa fyysisessä linkissä on omistettu loogisia kanavia viestivälitykselle ja eri yhteyksille. Viestinvälitys sisältää 1. yhteyden muodostamisen/piirin muodostuksen, 2. datan siirron ja 3. yhteyden lopetuksen/piirin purkamisen. Jokaisesta linkistä ja solmun sisäisestä kytkennästä on varattava kapasiteettia yhteyttä varten, päästä-päähän yhteys on muodostettava ennen varsinaista datan siirtoa. Kanavan kapasiteetti on varattuna yhteydelle koko yhteyden ajan, vaikkei dataa kulkisikaan ja ne ovat kyseisen yhteyden käytössä, kunnes yhteys puretaan. Data siirretään vakionopeudella. Yhteyden muodostaminen vie merkittävästi aikaa, mutta ainoa viive joka siirron aikana syntyy, on linkkien välinen etenemisviive. Piirikytkentäisiä verkkoja käytetään mm. puhelinverkossa, dataliikenteessä modeemin avulla, vaihteissa ja yritysten yksityisissä verkoissa.

Pakettikytkentäiset verkot

Pakettikytkentäisissä verkoissa data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten, paketin koko riippuu pitkälti siirtoverkosta. Jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa (itse siirrettävä tieto) ja kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot). Reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle. Solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta, eli siitä mitä reittiä paketti kannattaa siirtää. Pakettikytkennän etuja piirikytkentään verrattuna ovat sen tehokkuus; solmusta solmuun -linkit voidaan jakaa dynaamisesti kaikilta asemilta tulevien pakettien kesken, voidaan suorittaa datanopeuden muunnos kahden aseman eri nopeuden välillä, ruuhka ei estä uutta liikennettä vaan kasvattaa välitysviivettä ja paketeille voidaan määritellä eri prioriteetteja. Pakettikytkennässä on käytössä kaksikytkentätapaa: tietosähke (paketit lähetetään ruuhkatonta solmua pitkin itsenäisesti riippumattomassa järjestyksessä vastaanottajan järjestäessä ne) ja virtuaalipiiri (sopivimman vakioreitin käyttö, paketit liikkuvat nopeammin oikeassa järjestyksessä).

Luentopäivä 5:

Matkapuhelinverkot

Matkapuhelimen käyttö siirtyy yhä enemmän kohti internetin käyttöä, enää ei tehdä eroa äänen- ja kuvansiirron välillä. Piirikytkennästä ollaan siirtymässä pakettikytkentään. Matkapuhelimenkin takana on kuitenkin kiinteä verkko, vain viimeinen askel tukiasemalta tai antennista liikkuvaan laitteeseen on langaton.

Matkapuhelinverkot lisäävät kapasiteettiaan soluverkkojen avulla kun sama taajuus voidaan hyödyntää useaan kertaan kun soluilla on riittävä etäisyys. Solukkojen suunnittelu on kuitenkin haastavaa operaattoreille. Tukiaseman lähetystasoa kontrolloidaan, jotta vierekkäisen solujen taajuudet olisivat häiriöttömiä. Solukkoja voi olla erimuotoisia ja eri tiheydellä, esim. kaupungissa käytetään tehokkaita mikrosolukkoja. Matkapuhelimen käyttäjä hyötyy pienen lyhyen matkan kapasiteettialueen lyhyemmästä viiveestä, maksiminopeudesta ja siitä, ettei akku kulu. Solunvalinta tukee liikkumista tukiasema-alueiden välillä, matkapuhelin kuuntelee tukiasemia ja kuinka tukiasema kuuluu ja sen mukaan valitaan alustettava tukiasema. Tukiasema vaihtuu usein kesken puhelimen käytön henkilön ollessa liikkeessä. Jos signaalia tukiasemaan ei saavuteta, ei myöskään ole kuuluvuutta ja puhelu katkeaa. Maastoesteet, signaalin hajoaminen ja leviäminen voivat haitata signaalin etenemistä. Myös ruuhka voi aiheuttaa puhelun katkeamisen kun vapaata solua ei löydy. Koska siirtotie on jaettu, vaikuttaa kaikki liikenne toinen toisiinsa. Dataliikenteen räjähdysmäinen kasvu on luonut uudet haasteet langattomille yhteyksille. Ratkaisuksi on kehitelty 4G järjestelmä joka hyödyntää OFDMA kanavointia. Se pureutuu monitietekniikan ongelmiin, jossa signaalit eivät häiritse toisiaan.

Lähiverkot

LAN-lähiverkot yhdistävät pienellä alueella olevia käyttäjiä ja laitteita keskenään yhdeksi verkoksi. Lähiverkko on helppo ja halpa toteuttaa, Ethernet on käytössä nykyään lähes joka paikassa. LAN-topologioita ovat väylä-, puu-, rengas- ja tähti-rakenteet. Esim. kaapeliverkko perustuu puurakenteeseen ja langaton lähiverkko tähti- tai väylärakenteeseen. WLAN on lähiverkon laajennus johdottomaksi. Langaton WLAN lähiverkko on aina jaettu siirtotie. Sen käytetyin standardi on IEEE 802.11g ja uusin 802.11n.

Kurssin lopuksi piirsimme tietoliikenteen kokonaiskuvan. Kurssin myötä tieto aiheesta lisääntyi huomattavasti, mutta asioiden ja termien paljous sekoitti vielä kokonaisuuden hahmottamista. Toiset osa-alueet tuntuivat selkeämmiltä, toiset taas jäivät irralliseksi tiedoksi. Kokonaiskuvan piirtämistä ja käytännön esimerkkejä voisi harjoittaa kurssin aikana useampaankin kertaan.

Kotitehtävät


Kotitehtävä 1

Kysymykset kodin tietoliikennelaitteisiin liittyen:

  1. Mitä uusia ominaisuuksia antenni-tv:n vaihtaminen kaapeli-tv:seen voisi tuoda?
  2. Jotta tv:n välityksellä pääsee internettiin, tarvitsee sen olla DLNA yhteensopiva, mikä on tämä DLNA?
  3. Voiko puutteellinen langattoman yhteyden suojaus päästää tunkeilijan kotiverkon laitteisiin, mihin saakka?

kotitehtaevae1_niskanen_anu.pptx

Kotitehtävä 2

Kotitehtävä 3

Kotitehtävä 4

Kotitehtävä 5

Viikoittainen ajankäyttö


  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 7 h Valmistautuminen lähiopetukseen: 1 h Kotitehtävät: 3 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 7 h Valmistautuminen lähiopetukseen: 0,5 h Kotitehtävät: 1 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 7 h Valmistautuminen lähiopetukseen: 2 h Kotitehtävät: 2 h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 7 h Valmistautuminen lähiopetukseen: 2 h Kotitehtävät: 4 h

  • Luentoviikko 5

Lähiopetus: 7 h Valmistautuminen lähiopetukseen: 2 h Kotitehtävät: 4 h Tenttiinluku: aika monta tuntia

Pääsivulle