meta data for this page
  •  

Mikko Penttisen kurssisivu

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne on tiedon siirtoa eri laitteiden välillä. Tiedon siirtoon on monia eri menetelmiä ja standardeja, ja tieto voi liikkua niin ilmassa kuin kaapelia pitkin. Tietoliikennettä kotona on esim. tietokoneen yhteys internet-palvelutarjoajan kautta verkkoon ja muihin päätelaitteisiin, digi-tv:n yhteys satelliittien kautta tv-signaalin lähetyslaitteisiin, matkapuhelimen yhteys puhelinverkkoon jne. Näiden siirtoteiden toimintojen ymmärtämiseen tarvitaan tietoliikennetekniikan tietämystä. Tiedän nimeltä joitakin käsitteitä, mutta niiden käytännön toiminnasta olen kiinnostunut oppimaan lisää.

Avainsanoja: LAN, WAN, TCP/IP, data, protokolla, reititin, WLAN, 3G, ADSL, bitti

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Ensimmäiseltä luennolta mieleen jäi uusia käsitteitä ja lyhenteitä. Kuvaajat ja muu grafiikka tietoliikenteen kehityksestä ja ajan myötä tapahtuneista edistysaskelista olivat mielenkiintoisia. Oli miellyttävää, että tietoliikenteen rakennetta alettiin selventää perusteista, yksinkertaisin ja selkein kuvaesimerkein. Kommunikointimalli oli kuvattu ymmärrettävästi. Uutena asiana opin ATM -kytkennän, kerrosmallit ja OSI -mallin. Opin hahmottamaan OSI- ja TCP-IP -kerrosmallien erot sekä protokollan tehtävän Internetin hallinnoimisessa.

Luentopäivä 2: Ennen luennon alkua pidettiin pistokokeet. Asiat eivät olleet täysin hallussa ja en ollut tyytyväinen vastauksiini. Kokeeseen vastaamiseen annettu aika oli lyhyt.

Luennon aluksi käytiin kesken jääneet edellisen viikon luentokalvot loppuun. Toisen luentoviikon materiaali alkoi protokollan esittelyllä ja sen toimintojen kuvaamisella. Erilaisten protokollien perustoimintoja ovat: Segmentointi ja kokoaminen, Paketointi, Yhteyden hallinta, Toimitus oikeassa järjestyksessä, Vuon valvonta, Virheen havainnointi, Osoitteet, Kanavointi ja Kuljetuspalvelut.

Toinen osakokonaisuus esitteli tietoliikenteen standardointia ja standardointiorganisaatioita. Huomiot standardoinnin haitallisuudesta teknologian kehitykselle olivat ajatuksia herättäviä. Ideaalitilanteesta tunnutaan olevan kaukana. Standardointiorganisaatioista esim. ISO ja ITU olivat hieman tuttuja minulle jo ennestään.

Sitten siirryttiin haastaviin aiheisiin. Signaalinkäsittely, A/D- ja D/A-muunnokset, kaistanleveys, kohina jne. Signaalinprosessoinnin kaavoja esiteltiin, mutta laskemaan ei sentään alettu. Ajatuksena oli enemmänkin tuoda käsitteistöä julki. Oletan, ettei kaavojen hallitseminen kuulu kurssin läpäisyvaatimuksiin. Muussa tapauksessa tämä osio vaatii tarkempaa tutustumista.

Neljäs aihealue oli siirtotiet. Mielenkiintoista asiaa, sillä lähes kaikkia kuvattuja siirtoteitä käytän arkielämässäni. Siirtoteiden ominaisuuksia esiteltiin ja tietämykseni syventyi.

Luentopäivä 3: Luennolla esiteltiin johtimelliset ja johtimettomat siirtotiet. Johtimellisessa siirtotiessä signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin. Johtimellisiin siirtoteihin lukeutuu parikaapeli, koaksiaalikaapeli, optinen kuitu ja sähköjohto. Johtimettomalla siirtotiellä tieto siirtyy langattomasti. Johtimettomiin lukeutuu mikroaalto-, satelliitti- ja infrapunalinkit sekä yleisimmin käytössä oleva radiotie. Siirtoteiden ominaisuuksia, kuten niiden käyttämät taajuusalueet, käyttökohteet ja hyvät ja huonot puolet käytiin läpi. Tutuksi tuli myös vaimeneminen, esteiden vaikutus signaalin kulkuun ja monitie-eteneminen. Aihe oli minulle osittain tuttua entuudestaan.

Luento jatkui signaalien koodaus- ja modulointimenetelmillä. Niiden toimintaperiaatteet ja hyvät ja huonot puolet läpikäytiin. Enkoodausjärjestelmiä: Nonreturn to Zero (-Level sekä Inverted), Bipolar-AMI, Pseudoternary, Manchester ja Differential Manchester. Yleisempiä modulointitekniikoita: BPSK, FSK, QPSK, QAM.

Sitten käsiteltiin digitaaliseen tiedonsiirtoon liittyviä virheitä, virheiden havaitsemista ja korjausta. Esiteltiin PPP eli Point-to-point protocol. Esiteltiin myös kuinka tiedonsiirtoa linkin välillä hallinnoidaan. Virheidenhallintatekniikka ARQ: Stop and Wait, Go-Back-N, Selective Reject.

Luentopäivä 4: Aiheena oli multipleksointi eli kanavointi. Kanavoinnin avulla voidaan lähettää useampia syötteitä samaa linjaa pitkin. Kanavointi perustuu multipleksereiden käyttöön (MUX, DEMUX). Käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa ja myös radiotiellä kuten esim. matkaviestinverkoissa. Kanavointi jaotellaan seuraaviin luokkiin: FDMA, TDMA, CDMA ja WDMA. Muistaminen on helpompaa englanninkielisten nimien mukaan: Frequency Division Multiple Access, Time Division Multiple Access, Code Division Multiple Access ja Wavelength Division Multiple Access. Nämä kanavointitekniikat käytiin läpi ja samalla tutustuttiin niitä hyödyntäviin tuttuihin tekniikoihin, kuten ADSL, ISDN, kaapelimodeemi, GSM. Luennolla esiteltiin myös koodaustekniikka DSSS, johon tutustuin jo viime viikon kotitehtävää tehdessä.

Sitten sukellettiin kytkentäisten verkkojen pariin. Tietoliikenne on perinteisesti jaettu tele- ja dataliikenteeseen. Teleliikenteeseen kuuluu puhelinverkot PSDN, ISDN ja GSM jne. Dataliikenteeseen kuuluu dataverkot: lähiverkot, Internet ja GPRS jne. Jaottelun takana on sovellusten erilaiset vaatimukset. Teleliikenteessä ääni/puhe tarvitsee reaaliaikaisen kommuninkointiväylän: piirikytkentä. Datalle on tärkeämpää, että väyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti: pakettikytkentä. Käytiin läpi millaisia nämä kytkentäiset verkot ovat ja miten ne toimivat.

Kolmantena aiheena oli reititys pakettikytentäisessä verkossa. Reitittimen tehtävä on välittää tietoa tietoverkon eri osien välillä. Reitittimen siis pitää tietää, missä suhteessa eri tietoverkot ovat toisiinsa ja se osaa tehdä tietoliikenteelle reittivalinnan. Erilaisia reititysstrategioita: kiinteät taulut, flooding, satunnainen, mukautuva reititys. Least cost algorithms: Dijkstran tai Bellman-Fordin reititysalgoritmi.

Neljäs aihe oli tietoverkon tukkeutuminen. Tukkeutuminen (engl. congestion) kuvaa tiedonsiirron hidastumista verkossa reitittimen ylikuormittuessa. Käsiteltiin tukkeutumisen vaikutuksia ja kuinka sitä voisi hallita.

Luentopäivä 5: Ensimmäinen aihe oli matkapuhelinverkot. Käytiin läpi matkapuhelinverkon ominaisuuksia, 3G ja 4G ominaisuuksia; kanavointitekniikka OFDMA:n etuja 4G-verkossa. Sitten tutustuttiin tarkemmin lähiverkkoon eli LAN:iin. LAN:in topologiat eli tavat, joilla verkon laitteet voidaan liittää toisiinsa ja topologian valinta. Protokollat (MAC-protokolla), LAN arkkitehtuuri, hubit, kytkennät, siltaukset, virtuaalinen LAN eli VLAN ja muut olennaiset käsitteet tuli tutuiksi.

Sitten käytiin läpi High-speed LAN:it. Näitä on mm. Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, 100 Gbps Ethernet. Eri LAN:it edellyttävät eri tekniikoita ja laitteiston ominaisuuksia ollakseen toteutettavissa.

Lähiverkon voi muodostaa myös langattomasti, WLAN:illa. IEEE:n standardi langattomille lähiverkoille on IEEE 802.11. WLAN-standardit ovat kehittyneet lähtien 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g. 802.11g on suosittu ja laajasti käytössä tällä hetkellä.

Internetworking-arkkitehtuuri, Internet. IP-osoitteet (IPv4, IPv6), mobiili IP, aliverkko, aliverkon peitteet, ICMP, ARP, Multicasting, IGMP, WWW, DNS, POP3, IMAP kaikki osa enemmän tai vähemmän tuttuja käsitteitä liittyen Internetiin. Kaikki niistä käytiin läpi lyhyesti, jotta Internetin kokonaiskuva hahmottuisi.

Kotitehtävä 1

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

Kotitehtävä 1

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue ja etsi siihen liittyvä protokolla. Tutustu protokollaan ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

HTTP - Protokolla, jota selaimet ja WWW-palvelimet käyttävät tiedonsiirtoon: http://fi.wikipedia.org/wiki/HTTP

TCP - Protokolla, tietokoneiden väliseen yhteydenluontiin Internetin kautta: http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol

IP - Protokolla, IP-pakettien perille toimittamiseen pakettikytkentäisessä Internet-verkossa: http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_Protocol

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: Kolmannessa kotitehtävässä tarkastellaan 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.

3G - Siirtotie on johtimeton, tieto siirtyy ilmassa langattomasti (radiotie). Koodaus: QPSK. Taajuusalueet UMTS: 850, 900, 1900 ja 2100 MHz. Suomessa 900 ja 2100 MHz. http://fi.wikipedia.org/wiki/UMTS

WLAN - Langaton lähiverkkotekniikka (radiotie). Versio 802.11g koodaus: DSSS (Direct-sequence spread spectrum), OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing). Taajuusalue: n. 2,4 GHz. http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

DVB-T2 - Maanpäällinen yksisuuntainen digitaalinen (digitaalitelevision) lähetysjärjestelmä. Koodaus: COFDM (coded Orthogonal frequency-division multiplexing) QPSK-, 16QAM-, 64QAM- ja 256QAM-konstellaatioin. Taajuusalue VHF tai UHF-alueen sisällä: 0,03 — 3 GHz. Suomessa tällä hetkellä 100 - 800 MHz. http://en.wikipedia.org/wiki/DVB-T2 http://www.ficora.fi/index/palvelut/palvelutaiheittain/tvjaradiotoiminta/paikallisradioluettelo/radiomikrofonintaajuudenvalinta.html

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Tarkastellaan 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.

Kaapelimodeemi - Tässä tehokkuus saavutetaan kanavoinnilla. Kaapelimodeemikäytössä kaapeliverkossa kaksi kanavaa on varattu datakäyttöön. Kanavat on jaettu tilaajien kesken (yleensä asynkroninen TDMA on käytetty kanavointitekniikka). Vahvistinasema jakaa datat pieninä paketteina. Yksi kanava on download- ja toinen upload-käyttöön. Upload-nopeudet on ovat alhaisempia kuin download.

GSM - Yhtäaikainen käyttö saavutetaan kanavoinnilla. GSM-verkossa käytetään aikajakokanavointia (TDMA). Taajusalue jaetaan puhelujen kesken aikapaketteihin. Näin pystytään toimimaan kapealla taajuusalueella. Ongelmia syntyy esimerkiksi massatapahtumien yhteydessä, kun puheluja soitetaan hyvin paljon täsmälleen samaan aikaan.

FM-radio - Yhtäaikainen käyttö saavutetaan kanavoinnilla. Radioverkossa käytetään taajuusjakokanavointia (FDMA). Kukin analoginen signaali keskittyy omalle taajuusalueelle eli kanavalle. Eri kanavien välille jätetään ns. varmuusväli estämään kanavien väliset häiriöt.

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: 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.

Sähköpostin lähetys ja vastaanotto - 1. Henkilö A kirjoittaa sähköpostiviestin sähköpostiohjelmallaan (esim. Microsoft Office Outlook). 2. A:n postiohjelma lähettää viestin A:n postipalvelimelle (mail server). 3. A:n postipalvelin ottaa TCP-yhteyden henkilö B:n postipalvelimelle. 4. A:n postipalvelin siirtää (“push”) viestin SMTP-protokollalla B:n postipalvelimelle. 5. B:n postipalvelin laittaa viestin B:n postilaatikkoon. 6. B:n postiohjelma noutaa viestin postinnoutoprotokollalla (“pull”) (esimerkiksi POP3, IMAP, HTTP) postiohjelmaan. Viestin noutoon postilaatikosta käytetään B:n verkkoyhteyttä (langaton, langallinen). POP3:ssa kaikki viestit haetaan palvelimelta B:n koneelle, ja viestit poistetaan palvelimelta (ellei toisin määrätä). IMAP:ssä viestit säilytetään palvelimella, ja ne voidaan järjestää eri hakemistoihin. IMAP:n avulla viesteihin voidaan päästä käsiksi useilta eri koneilta. IMAP kuormittaa palvelinta POP3:a enemmän ja vaatii palvelimelta enemmän levytilaa. HTTP:ssä viestin nouto ja lukeminen tapahtuu selaimessa. 7. Tässä vaiheessa joko postiohjelma tai B:n erillinen virustorjuntaohjelma voi suorittaa sähköpostin tarkastamisen virusten varalta. Jos kaikki on kunnossa, B lukee viestin.

Tietoturva: 3G - Tarkastellaan UMTS 3G-verkkojärjestelmää, joka rakentuu olemassa olevan GSM-verkon päälle ja rinnalle. UMTS -verkoissa on onnistuttu ratkaisemaan useimmat GSM –verkon tietoturvaongelmat:

Salausalgoritmeilla pidemmät avaimet. Kuitenkin 3G-verkkojen käyttämästä KASUMI block crypto -algoritmista on löydetty useita vakavia puutteita. Myös verkko todennetaan. Käyttäjän laite autentikoi verkon, johon se muodostaa yhteyden. Signalointidata todennetaan ja eheys taataan. UMTS-verkko on altis tietynlaisille palvelunestohyökkäyksille, joita kuitenkin voidaan pitää radiohäirintään verrattavina ja joiden katsotaan olevan langattomissa ympäristöissä erittäin hankalasti estettävissä. On huomattu, että verkoissa välittyvää puhe- ja tekstiliikennettä on mahdollista seurata reaaliajassa. Riippumatta verkon turvallisuudesta, käyttäjän tulee huolehtia päätelaitteidensa tietoturvasta omatoimisesti ja huolellisesti. Älypuhelimen tietoturvaohjelmistoihin tulee kiinnittää huomiota siinä missä tietokoneisiinkin (virustorjunta, palomuuri, haittaohjelmien poistotyökalut). Haittaohjelmien räjähtänyt kasvu älypuhelinten keskuudessa viittaa lisääntyvään verkkorikollisuuteen 3G-verkoissa. http://www.tol.oulu.fi/users/ari.vesanen/Langaton_TT/luennot/puhelin/UMTS.html http://en.wikipedia.org/wiki/3G#Security

Tietoturva: WLAN - Yleiset suojauskeinot: SSL (Secure Sockets Layer) ja VPN (Virtual Private Network). Menetelmät, joiden tarkoituksena on lisätä tiedonsiirron ja kirjautumisen turvallisuutta WLAN-verkoissa: SSID (Service Set Identifier), pääsylistat, autentikointi (WEP, WPA, WPA2), salausprotokollat (WEP, WPA, WPA2 vahvin), verkkokuuntelu. Tehokkaimipien salausalgoritmien käyttö yhdistettynä ajan tasalla oleviin tietoturvaohjelmistoihin tekee käytöstä verrattain turvallista. http://fi.wikipedia.org/wiki/Langattoman_l%C3%A4hiverkon_tietoturva

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Luento: 7 h

Itsenäinen opiskelu: 4 h

Kotitehtävät: 6 h

Luentoon valmistautuminen: 1 h

  • Luentoviikko 2

Luento: 7 h

Itsenäinen opiskelu 2 h

Kotitehtävät: 3 h

  • Luentoviikko 3

Luento: 7 h

Itsenäinen opiskelu 2 h

Kotitehtävät 3 h

Luentoon valmistautuminen 1 h

  • Luentoviikko 4

Luento: 7 h

Itsenäinen opiskelu 2 h

Kotitehtävät 4 h

Luentoon valmistautuminen 1 h

  • Luentoviikko 5

Luento: 7 h

Itsenäinen opiskelu 4 h

Kotitehtävät 4 h


Pääsivulle