meta data for this page
  •  

Manu Toivasen Oppimispäiväkirja

Ennakkonäkemys: Mitä tietoliikenne sinulla merkitsee kurssin alussa?

Jokapäiväisessä elämässä ei ole tule edes ajateltua kuinka suuri osa päivittäisistä palveluista hyödyntää suoraan tai välillisesti tietoliikennettä. Lähes jokaisesta kodista löytyy mm. matkapuhelin, tietokone, digi-TV sekä navigaattori. Nämä kaikki hyödyntävät tietoliikennettä eri muodoissa eikä sitä tarvitse miettiä yhtään sen enempää. Työpaikalla toimistotyöt pohjautuvat sille olettamukselle, että tietoliikenneyhteydet pelaavat sekä organisaation sisällä että sieltä ulospäin. Ilman toimivaa yhteyttä nykymuotoinen liiketoiminta ei ole edes mahdollista. Omaan elämään liittyvien sidosryhmien toiminta tukeutuu myös hyvin vahvasti tietotekniikkaan ja tietoliikenteeseen (mm. logististen ketjujen hoitaminen kaupoissa).

Käytännössä siis toimimaton tietoliikenne pysäyttäisi maailman niin liiketoimintojen kuin myös vapaa-ajan osalta. Nykyinen infrastruktuuri tai peruspalvelut eivät yksinkertaisesti toimi ilman toimivaa tietoliikennettä. Pikaisesti ajateltuna tietoliikenne ja tietotekniikka on lähes erottamaton osa elämää tai elämä ilman niitä olisi tyystin erilainen.


Ennakkotehtävä 1.

- GPS on Maailman laajuinen apuväline paikannukseen. Toistaiseksi yhden organisaation hallinnoima eikä ole “kilpailua”.

- GPRS yhteyden avulla voidaan siirtää tietoa radioaalloilla. Eli siellä, missä on GSM-yhteys käytettävissä on myös mahdollisuus käyttää mm. internetiä.

- WIMAX on haja-asutusalueiden “pelastus”, joka toimii kuten WLAN, mutta laajemmassa mittakaavassa.


Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Mitä opin, mikä oli päivän tärkein sanoma. Tietotekniikka ja tietoliikenne on kaikkialla läsnä ja tarpeet ja mahdollisuudet tulevat kasvamaan vauhdilla entisestään. Tarkoitus olisi oppia kurssin aikana tietoliikennetekniikan perusteita ja saada kokonaiskuva aihealueesta. Aavistuksen kuitenkin tuntuu siltä, että kurssilla tullaan porautumaan melko syvälle aiheeseen ainakin näin tavallisen kaduntallaajan silmin…

Luentopäivä 2: Luennoilla perehdyttiin erilaisiin tiedonsiirron kerrosmalleihin (3 kerroksen malli, OSI-malli, TCP/IP) sekä erilaisiin protokolliin ja näiden tarkoitukseen. Eli kerrosmallien ja protokollien avulla eri järjestelmät pystyvät keskustelemaan keskenään samalla kielellä, koska määrittelyjen avulla voidaan vastata eri osapuolten tietoliikenteen kannalta kysymyksiin mitä, kuinka ja koska.

Luentopäivä 3: Luennoilla käytiin läpi erilaisia johtimellisia ja johtimettomia siirtoteitä (mm. parikaapeli, kuitu, radio) sekä siirrettävän signaalin erilaisia koodaustapoja. Myönnettäköön, että tunnilla mentiin toisinaan korkealta ja kovaa ja asioiden sisäistäminen ei ole aivan yksinkertaista. Toisinaan on vain pakko pyrkiä ymmärtämään aivan niitä perusasioita eikä yritäkään saada kiinni niistä kaikkein haastavimmista asioista. Lyhenteitä tulee luennoilla samaa tahtia kuin Puolustusvoimissa.

Luentopäivä 4: Keskeisimpiä asioita 4:llä luentokerralla ovat lähdemateriaalin perusteella seuraavat asiat: Kanavointi/multipleksointi, teleliikenne vs. dataliikenne, piiri- ja pakettikytkentä.

Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia → Siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken

  • Tätä jakoa kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi
  • Käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa
    • myös radiotiellä kuten esim. matkaviestinverkoissa
  • Multipleksoinnin perusteet:
    • Kustannustehokkuus: mitä suurempi kokonaisdatanopeus, sitä pienempi hinta per bps
    • Yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan siirtojärjestelmän kaistasta

Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

  • Taajuusjakokanavointi (FDMA, Frequency Division Multiple Access)
  • Aikajakokanavointi (TDMA, Time Division Multiple Access)
    • Synkroninen
    • Asynkroninen (tilastollinen)
  • Koodijakokanavointi (CDMA, Code Division Multiple Access)
  • Aallonpituusjakokanavointi (WDMA, Wavelength Division Multiple Access)

Teleliikenne vs. dataliikenne + Piiri- & pakettikytkentä

Kytkentäinen verkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä (node)

  • Verkkoa käyttäviä laitteita, esim. tietokoneita, kutsutaan asemiksi (station)
  • Solmut tarjoavat asemille tietoliikenneverkon palvelun ja siirtävät asemien dataa
    • data siirretään solmusta solmuun (kytkentä) kunnes saapuu vastaanottavan aseman liitäntäsolmuun, joka toimittaa datan perille
    • solmujen väliset linkit on jaettu kanavoinnin (multiplexing) avulla
  • Tietoliikenne on perinteisesti jaettu:
    • Teleliikenteeseen
  • Puhelinverkot
    • PSTN (public switched telephone network)
    • ISDN
    • GSM
    • Dataliikenteeseen
  • Dataverkot
    • X.25 (ITU-T:n määrittelemä liityntätstandardi)
    • lähiverkot
    • Internet
    • GPRS
  • Jaon takana on eri sovellusten (ääni/data) erilaiset vaatimukset
  • Teleliikenteessä puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän
    • Piirikytkentä
  • Piirikytkentä:
    • Varatuilla resursseilla päästään tavoitteeseen eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon
    • Sovelias menetelmä teleliikenteen ongelmiin
  • Kehitetty puheen siirtoon
    • Käytetään myös jossain yksityisissä kiinteissä yhteyksissä (leased line), myös dataliikenteen siirtoon
    • Datalle on tärkeämpää, että kommunikointiväyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti
  • Pakettikytkentä ja pakettikytkennän periaatteet
  • 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 mitä reittiä paketit kannattaa siirtää)

Luentopäivä 5: Luennolla käytiin läpi matkapuhelinverkkojen toimintaa sekä tutustuttiin lähemmin LAN:in (Local Area Network) eli lähiverkon toimintaan.

  • Matkapuhelinverkot muodostuvat ns. soluverkoista, joiden avulla pyritään lisäämään matkapuhelinpalveluiden kapasiteettia. Tiheä soluverkosto mahdollistaa palveluiden paremman käytettävyyden, nopeammat yhteydet sekä varmemman toiminnan liikkuessa verkon alueella.
  • LAN käsittää yleensä pienimuotoisen verkon eli pääsääntöisesti LAN muodostuu esimerkiksi rakennuksen sisällä olevasta verkosta, joka voi olla kyllä kytketty laajempaan verkkoon (MAN, WAN). Lähiverkon kapasiteetti on yleensä huomattavasti suurempi kuin esimerkiksi samaa verkkoa varten käyttöön otettu Internet-yhteys. LAN ratkaisua käytetään myös runkoverkoissa, jolloin voidaan yhdistää useampi rakennus tai kerros toisiinsa eli LAN skaalautuu hyvin kustannusten ollessa kuitenkin maltilliset.
  • Lähiverkon toteutus on yleensä edullista ja tekniikka on helposti saatavilla, koneiden fyysiset yhteydet ovat lyhyet ja näiden koneiden välillä voi olla toistuva yhteys → esim. koulut, työpaikat.
  • Lähiverkon toteutustavat ovat olleet token ring ja ethernet, joista ethernet on suositumpi ja käytetyin. LAN:in topologioita ovat tähti, puu, väylä ja rengas (token ring).
  • Johtimillisen lähiverkon rinnalle on tullut vahvasti johtimeton lähiverkko WLAN:in (Wireless Local Area Network) muodossa (IEEE 802.11).

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.”

Kotiympäristöni tietoliikenteen muodostavat pääasiassa yhdistelmä 3G-Wlan -reititin ↔ kannettava tietokone ↔ sykemittari GPS:llä. Kännykällä voidaan hoitaa myös lähes samat asiat kuin edellä olevalla kokoonpanolla. Tämän lisäksi yhden perusyhteyden muodostaa digiboksin ja TV:n yhdistelmä.

Sovelluksien osalta tietokoneella käytetään pääsääntöisesti sähköpostia sekä surfataan netissä. Sykemittarin kautta saadaan myös siirrettyä kuntoiluharjoituksen tulokset ja reitit tietokoneelle tai tietokoneella voidaan suunnitella harjoitus, joka siirretään sykemittariin käyttämällä tarkoitusta varten toteutettua ohjelmaa.

Mielenkiintoista tässä kokonaisuudessa on se, että pääsääntöisesti laitteet “keskustelevat” sekä keskenään että ulospäin langattomasti. Herääkin kysymys, että missä kaikkialle tulevaisuudessa on älyä ja missä ei? Älyvaatteet, kalusteet, harrastevälineet, elintarvikepaketit yms. Mahdollisuudet ovat lähes rajattomat. Toisaalta tällaisessa informaatiotulvassa ja informaationhyödyntämisessä ihmisen identiteetti ja yksilöllisyys katoavat helpommin, koska lähes kaikkia toimintoja voidaan seurata ja mittaroida ja kohdentaa tämän perusteella esimerkiksi täsmämainontaa juuri oikeaan aikaan juuri oikeaan tarpeeseen.

Yleisellä tasolla itselleni herää kysymyksiä siitä, että mihin kaikkeen tietotekniikkaa ja tietoliikennettä voidaan hyödyntää, onko tarpeellista ja järkevää ylihyödyntää (tieto)tekniikkaa ja kuinka paljon haavoittuvammaksi yhteiskunta tulee liiallisen tekniikan hyödyntämisen kautta?

Yleiskuva kodin nykyisestä tietoliikennettä hyödyntävästä laitekannasta:

kotitehtava1_yhteydet_manu_toivanen_0383144.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.”

Kotiympäristössäni käytössä olevia tietoliikenteen protokollia ovat mm.: IP (Internet Protocol), HTTP (Hypertext Transfer Protocol) ja SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).

Wikipedia: HTTP (lyhenne sanoista Hypertext Transfer Protocol eli hypertekstin siirtoprotokolla) on Protokolla, jota selaimet ja WWW-palvelimet käyttävät tiedonsiirtoon. Protokolla perustuu siihen, että asiakasohjelma (selain, hakurobotti tms.) avaa TCP-yhteyden palvelimelle ja lähettää pyynnön. Palvelin vastaa lähettämällä sopivan vastauksen, tavallisimmin HTML-sivun tai binääridataa kuten kuvia, ohjelmia tai ääntä.

Wikipedia: IP (engl. Internet Protocol) on TCP/IP-mallin Internet-kerroksen protokolla, joka huolehtii IP-tietoliikennepakettien toimittamisesta perille pakettikytkentäisessä Internet-verkossa. Se on myös koko Internetin ydin ja ainoa asia, mikä kaikkia Internetiin liitettyjä koneita yhdistää.

Wikipedia: SMTP (lyhenne sanoista Simple Mail Transfer Protocol) on TCP-pohjainen protokolla, jota käytetään viestien välittämiseen sähköpostipalvelimien kesken.

Protokollien standardit ja määritelmät löytyvät seuraavista osoitteista:

HTTP

IP

SMTP

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: “Tarkastallaan laitteiden ja palveluiden hyödyntämiä siirtoteitä ja tiedon koodausta. Käsitellään 3 eri tapausta ja niistä käytetty siirtotie ja sillä käytetty koodaus.  Jos käytetään ilmatietä niin olisi hyvä selvittää taajuusalue jolla toimitaan.”

3G: Siirtotie: ilma, radiotie. Koodaus: QPSK. Taajuus: 900MHz ja 2100MHz. http://fi.wikipedia.org/wiki/UMTS

Bluetooth: Siirtotie: johtimeton, mikroaaltolinkki. GFSK-taajuussiirtokoodaus. Taajuus: 2,4-2,4835GHz. http://fi.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

WLAN: Siirtotie: ilma, radiotie. Koodaus: 802.11: DSSS, FHSS. Taajuus 802.11: 2,4GHz. http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Tarkastallaan 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.

Bluetooth

Bluetooth toimii taajuusalueella 2,4000 – 2,4835 GHz ja taajuushyppyalue on f = 2402 + k MHz, jossa k = 0-78. Bluetooth vaihtelee siis lähetystaajuutta. Kanavia ko. taajuusalueella Bluetoothin käytössä on 79. Yhden kanavan taajuussiirto on 1 MHz. Modulaationa Bluetooth käyttää GFSK-taajuussiirtokoodausta (lyhenne sanoista Gaussian frequency shift keying). GFSK-modulaatiossa binäärinen 1 ja 0 sisällytetään kantoaallon pituuteen poikkeuttamalla kantoaallon perustaajuutta. Taajuuden muutos on +-500kHz ja sen virhe saa olla maksimissaan +-75kHz. Bluetoothin käyttämän taajuushyppelyn takia tietoliikenne on periaatteessa pakettikytkentäistä. Taajuutta vaihdetaan 1600 kertaa/s ja yhden paketin lähetysaika (slot) on noin 625 mikrosekuntia. Bluetooth perustuu ns. Point-To-Point-yhteyteen, jossa kaksi laitetta kommunikoivat keskenään. Toinen laitteista on isäntä ja toinen renki. Laitteet muodostavat pikoverkon jo kaksin, mutta isäntä voi olla yhteydessä jopa seitsemään renkiin.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

WLAN (IEEE 802.11)

WLAN (OFDM) Orthogonal frequency-division multiplexing. OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) eli DMT-modulointi (Discrete Multitone) perustuu tiedon siirtoon lukuisilla toisiaan häiritsemättömillä taajuuskanavilla yhtä aikaa. Taajuuskanavien määrä ja kussakin kanavassa kerralla siirrettävien bittien määrä vaihtelee. Kanavia on yleensä useita kymmeniä, joskus useita tuhansia.

http://fi.wikipedia.org/wiki/WLAN

http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

http://fi.wikipedia.org/wiki/OFDM

GSM (TDMA) aikajakoinen kanavointi + 3G (CDMA) koodijakoinen kanavointi

GSM:ssä yksi taajuus kuljettaa 8 puhe- tai datakanavaa. CDMA eli koodijakoista kanavointia Käytetään erityisesti 3. sukupolven matkapuhelinverkoissa. GSM verkoille on allokoitu eri taajuusalueita. Alue on jaettu 200kHz:n kanaviin,ts. taajuusjakoisesti. Näiden sisällä käytetään lisäksi aikajakoista kanavointia: 8 kanavaa per taajuuskanava. Kanavia on kahdenlaisia: Ohjauskanavia ja Käyttäjien tiedon välityskanavia

http://en.wikipedia.org/wiki/Time_division_multiple_access

http://en.wikipedia.org/wiki/CDMA

http://en.wikipedia.org/wiki/CDMA2000

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.”

Sähköposti sovellus (Mail, Outlook yms.) käyttää sähköpostin lähetykseen SMTP-protokolla (Simple Mail Transfer Protocol). SMTP-protokollan määritys RFC 2821.

Kun SMTP-protokollaa hyödyntävä sovellus haluaa lähettää viestin, niin protokolla muodostaa kaksisuuntaisen viestinvälityskanavan SMTP-palvelimelle ja lähdepalvelin (source) lähettää sähköpostin kohde SMTP-palvelimelle (destination).

RFC 2821:n mukainen kuvaus SMTP-protokollan toiminnasta:

Sähköposti kulkee siis seuraavasti:

  • Sähköpostin kirjoitus
  • Sähköpostisovellus lähettää viestin SMTP-palvelimelle
  • Lähde SMTP-palvelin ottaa yhteyden kohde SMTP-palvelimeen TCP-protokollan avulla
  • Lähde SMTP-pavelin välittää viestin SMTP-protollalla kohde SMTP-palvelimelle
  • Kohde SMTP-palvelin siirtää viestin lopullisen kohteen “postilaatikkoon”
  • Vastaanottajan sähköpostisovellus saa tiedon uudesta viestistä

Tietoturva: Kaiken sähköisen viestinnän, kuten myös sähköpostin, kannalta on tärkeää, että tietoturvassa yhdistyvät luottamuksellisuus, eheys sekä saatavuus. Luottamuksellisuudella tarkoitetaan sitä, että tieto on vain niiden henkilöiden käytettävissä, joilla on siihen oikeus. Eheys merkitsee tiedon säilymistä ja tiedon oikeellisuutta eli tiedon säilymistä muuttumattomana. Saatavuudella (käytettävyys) pyritään siihen, että tieto on käytettävissä tietoon oikeutetuilla henkilöillä oikeaan aikaan ja oikealla tavalla.

Tietoturvaa voidaan parantaa erilaisilla fyysisillä laitteilla (palomuurit) ja ohjelmistoilla (virustorjunta), mutta kaikkein tärkeintä tietoturvan kannalta on saada ihmisten asenteet myönteiseksi tälle asialle. Tietoturvan kannalta heikon lenkki on ihminen itse.


Ajankäytön arviointi
  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 7h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0h (en löytänyt luentojen materiaaleja)
    • Oppimispäiväkirja 0,5h
    • Kotitehtävien tekoa 1,5h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 7h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1h
    • Oppimispäiväkirja 0,5h
    • Kotitehtävien tekoa 2h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 1h (töiden takia en ehtinyt osallistumaan kuin yhdelle tunnille)
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2h (materiaalin läpikäyntiä)
    • Oppimispäiväkirja 0,5h
    • Kotitehtävien tekoa 1,5h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 0h (työmatka)
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2,5h (materiaalin läpikäyntiä)
    • Oppimispäiväkirja 1h
    • Kotitehtävien tekoa 2,5h (materiaalin uudelleen läpikäyntiä)
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus 7h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1,5h (materiaalin läpikäyntiä)
    • Oppimispäiväkirja 1h
    • Kotitehtävien tekoa 2,5h (materiaalin uudelleen läpikäyntiä)
  • Tenttiin valmistautuminen 5*5h