meta data for this page
  •  

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.

Oma käsitys tietoliikentestä käsittää sähköisen tiedonsiirron ja menetelmän, joilla tiedonsiirto toteutetaan. Dataa voidaan siirtää erinäisillä menetelmillä perinteisestä parikaapelista aina langattomiin yhteyksiin asti (WLAN, Bluetooth). Mielestäni olen melko hyvin perillä mitä erilaisia tietoliikennetekniikan menelmiä voidaan käyttää tiedonsiirtoon ja missä tilanteissa, mutta varsinainen ymmärrys tekniikasta puuttuu. Käytän sujuvasti erilaisia tietoliikennemenetelmiä (ADSL, WLAN, Bluetooth, Fax…), vaikka syvempi ymmärrys näiden menetelmien taustoista puuttuu. Tämä tosin tuntuu olevan trendi tämän päivän kulutuselektroniikassa. Käyttäjän ei enää tarvitse ymmärtää tekniikkaa laitteen takana, koska käytettävyys on tehty käyttäjäystävälliseksi.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Ensimmäisellä luennolla käytiin läpi seuraavat aihekokonaisuudet:

Kommunikointimalli (teoreettinen malli mikä kuvaa informaation välitystä kahden osapuolen välillä)

- Lähde generoi datan

- Lähetin muuttaa datan signaaliksi

- Siirtojärjestelmä

- Vastaanotin vastaanottaa signaalin

- Kohde toistaa vastaanotettavan datan

Tiedonsiirto

Point-to-point (tiedonsiirtoa kahden suoraan toisiinsa kytkettyjen laitteiden välillä)

- ei ole kannattavaa jos laitteet ovat kaukana toisistaan tai laitteita on paljon

Piirikytkentä

- Perustuu varatun kommunikointipolun muodostamiseen asemien välille verkon solmujen kautta

- Solmujen väliltä varataan kanava

- Data siirretään tätä kanavaa pitkin

- Kussakin solmussa data ohjataan oikeaan kanavaan

Pakettikytkentä

- Ei tarvitse varata kommunikointikanavaa

- Data lähetetään paketteina (käytetään tietokoneiden välisessä tiedonsiirrossa)

- Paketit lähetetään solmusta toiseen, kussakin solmussa paketit vastaanotetaan, talletetaan ja lähetetään eteenpäin

Etäverkko (WAN)

- Kattaa maantieteellisesti laajan alueen

- Koostuu yhteen kytketyistä verkon solmuista

- tekniikat: piirikytkentä, pakettikytkentä, solukytkentä

Kerrosarkkitehtuuri (Jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin, saadaan järjestelmästä hallittavampi)

- Kuinka monta kerrosta tarvitaan? ja miten toimintojen loogisuus toteutetaan?

- Muutokset toisessa kerroksessa eivät saisi aiheuttaa muutoksia toisiin kerroksiin

- Kommunikointi muihin järjestelmiin tapahtuu aina alimman kerroksen kautta

3 kerroksen teoreettinen malli

Kommunikointiin liittyy kolme osatekijää: sovellukset, laitteet ja verkot

Sovellusmoduuli (Sovelluksen toiminnot)

- siirtokomennot, salasanat, tietueet

Kommunikointimoduuli

- vastaa tiedostojen ja komentojen luotettavasta siirrosta

Verkkomoduuli

- sama palvelu kommunikointimoduulille verkosta riippumatta

Protokolla

Järjestelmät on jaettu kerroksiin. Jokainen kerros toteuttaa omia tehtäviä keskustelemalla vastinolioidensa (peer) kanssa. Keskustelu tapahtu kyseisen kerroksen protokollaa käyttämällä. Protokolla on kokoelma sääntöjä, mitkä sallivat vastinolioiden kommunikoinnin.

Syntax (datan formaatti) Semantiikka (kontrolloi informaation koordinointia and virhekäsittelyä) Ajoitus (nopeuden matsääminen ja jaksoitus)

OSI (Open System for Interconnection, 7 kerrosta)

Fyysinen kerros

Linkkikerros

Verkkokerros

Kuljetuskerros

Istuntokerros

Esitystapa- ja sovelluskerros

TCP/IP (sis. 5 kerrosta)

Luentomateriaalin läpikäytyäni minulle muodostui hyvä kuva kerrosarkkitehtuurista ja eri malliin liittyvien kerrosten toiminnasta. Luennolla käsitellyt asiat olivat sinänsä tuttuja, mutta etenkin eri arkkitehtuurit olivat yksityiskohtaisella tasolla minulle vieraita. Koska en päässyt osallistumaan luennoille tein tähän samaan yhteyteen yhteenvedon luennoista.

Luentopäivä 2:

Kurssin toinen luento käsitteli siirtoteitä, protokollia ja tietoliikenteen standardointia. Siirtotiet jaetaan käytännössä johtimellisiin ja johtimettomiin siirtoteihin. Tiedonsiirron laadun määräävät yhdessä signaalin ominaisuudet ja siirtotien laatu. Luennolla käytiin läpi mm. parikaapelin, koaksaalikaapelin ja valokuidun fyysisiä ominaisuuksia sekä myös johtimettomien siirtoteiden ominaisuudet.

Protokollista käytiin läpi niiden osatekijät: syntaksi, semantiikka ja ajoitus. Syntaksi käsittää sanaston, tiedon muotoilun (pakettien kentät) ja signaalitasot. Semantiikka käsittää toimintalogiikan esim. miten toimitaan kun jokin paketti saapuu. Ajoituksella varmistetaan siirtonopeus ja pakettien oikea saapumisjärjestys.

Kolmantena suurempana aihealueena luennolla käsiteltiin standardointi. Standardointia tarvitaan mm. varmistamaan järjestelmien yhteensopivuus (fyysinen, sähköinen, toiminnallinen). Osa laitevalmistajista haluaa sitouttaa asiakkaat omaan ympäristöönsä ja siksi karttaa standardointia. Verkkolaitteissa puolestaan standardointi on kaiken toiminnan perusta. Luennolla käsiteltiin myös standardoinnin etuja: vahvistaa markkinat tuotteille, edellytykset massatuotannolle → hintojen lasku, yhteensopivuus myös tulevaisuudessa. Vastaavasti standardoinnilla on myös haittapuolensa: ne jäädyttävät teknologiaa, standardointiprosessi on hidas → standardin valmistuttua uusia teknologioita on jo olemassa, on olemassa useita standardeja samalle asialle.

Näiden lisäksi luennolla tutustuttiin myös datan siirtoon ja sen fysiikkaan. Täytyy sanoa etten täysin sisäistänyt tätä luennon osaa ja sen takia siihen lienee vielä syytä palata ennen tenttiä.

Luentopäivä 3:

Kurssin kolmas luento jatkoi luentokalvojen perusteella siirtoteiden käsittelyä siitä mihin edellisellä luennolla jäätiin. Koska en päässyt taaskaan luennolle, jouduin tekemään oppimispäiväkirjan luentokalvojen perusteella. Ensimmäiset tämän luennon luentokalvot näyttivät olevan melko yhteneväiset edellisen luennon siirtoteiden kalvosarjaan verrattuna. Tämä luento lähti liikkeelle radioaalloista ja erityisesti niiden vaimenemisesta. Signaali voi vaimeta etäisyydestä johtuen, jolloin aallonpituus lyhenee. Siirtotie vaikuttaa myös signaalin heikkenemiseen (johtimellinen, johdoton). Esteiden vaikutuksesta signaali voi heijastua, taipua tai sironta. Kalvosarjan lopussa käsiteltiin vielä monitie-eteneminen, jossa signaali saapuu kohteeseen useaa reittiä pitkin.

Luennon toinen osuus käsitteli signaalin koodaustekniikkaa. Digitaalinen signaali on epäjatkuvaa jännitepulssia, joista jokainen pulssi on yksi signaalielementti. Kalvot käsittelijät myös Nonreturn to Zero-level (NRZ-L). Tämä sisältää kaksi eri jännitetasoa o ja 1 bitille. Jännite ei katkea bitin vaihtuessa. Samassa kalvosarjassa käytiin läpi myös analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi.

Luennon kolmas osuus käsitti digitaalisen datan siirtotekniikoita. Se piti sisällään myös synkronisen ja asynkronisen tiedonsiirron. Asynkronisessa tiedonsiirrossa tieto siirretään yksi merkki kerrallaan. Se on yksinkertainen ja halpa tapa siirtää digitaalista tietoa (tiedon syöttäminen näppäimistöllä). Synkronisessa tiedonsiirrossa bitit siirretään ilman aloitus ja lopetuskoodeja. Tämän takia pitää indikoida bittijonon loppu ja alku. Synkroninen on asynkronista tiedonsiirtoa tehokkaampi tapa. Lisäksi tällä osuudella käytiin läpi Point to Point Data Link Control ja PPP (Point-To-Point Protocol).

Luennon viimeinen osuus käsitteli tietovirtojen kontrollointia ja siihen liittyviä protokollia. Se piti sisällään myös virheenkäsittelyn.

Luentopäivä 4:

Luennon ensimmäinen osuus käsitteli kanavointia. Useimmiten kahden järjestelmän kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia. Siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken. Tätä jakoa kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi. Kanavointi perustuu ns. Multipleksereiden käyttöön. Syötettä yhdistetään yhdelle linjalle lähetyspäässä ja vastaanottopäässä ne jälleen puretaan. Multipleksoinnin perusteet ovat kustannustehokkuus (mitä suurempi kokonaisdatanopeus sitä pienempi hinta per bps. Yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan siirtojärjestelmän kaistasta. N syötettä kuljetetaan yhden linkin n kanavassa. Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

FDMA Taajuuskanavointi (Frequency Division Multiple Access) TDMA Aikajakokanavointi (Time Division Multiple Access) CDMA Koodijakokanavointi (Code Division Multiple Access) WDMA Aallonpituusjakokanavointi (Wavelenght Division Multiple Access)

Luennolla kaikki edellä mainitut kanavaluokat käytiin läpi luennolla tarkemmin sekä kalvosarjasta löytyy esimerkkejä kuhunkin luokkaan. Luennon toinen osuus käsitteli teleliikenteen ja dataliikenteen vertailua sekä piiri- ja pakettikytkennän käsitteet. Kytkentäiset verkot koostuvat toisiinsa kytketyistä solmupisteistä. Verkkoa käyttäviä laitteita kutsutaan asemiksi. Solmut tarjoavat asemille tietoliikenneverkon palvelun ja siirtävät asemien dataa. Data siirretään solmujen kautta aina vastaanottavan aseman liitäntäsolmuun mikä toimittaa datan perille (osa solmuista toimii pelkästään verkon sisäisinä pisteinä kun taas toiset ottavat vastaan ja luovuttavat dataa asemille. Solmujen väliset linkit on jaettu kanavoinnin avulla. Yleensä verkot eivät ole täysin kytkettyjä (ei linkkiä jokaisen solmuparin välillä) kuitenkin mitä enemmän on mahdollisia polkuja solmujen välillä sitä luotettavammaksi verkko muodostuu. Esimerkkinä piirikytkentäisestä verkosta on yleinen puhelinverkko.

Pakettikytkennässä data pilkotaan pieniin paketteihin tiedonsiirtoa varten. Yksittäinen datapaketti sisältää käyttäjän dataa (itse siirrettävä tieto) ja kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot). Reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle. Pakettikytkentäisessä verkossa tehokkuus on parempi. Solmusta solmuun linkit voidaan jakaa dynaamisesti kaikilta asemilta tulevien pakettien kesken. Piirikytkennässä tietty linkki on koko ajan varattuna vaikka dataa ei liikkuisikaan. Liikenteen kasvaessa suureksi piirikytkennässä liikenne estetään kun taas pakettikytkennässä paketit hyväksytään välitysviiveen hinnalla. Pakettikytkennässä voidaan määrittää paketeille prioriteetteja, mikä mahdollistavat korkean prioriteetin pakettien nopeamman pääsyn perille.

Luennon kolmas osuus käsitteli pakettikytkennän ruuhkanhallintaa. Ruuhka tapahtuu kun välitettävien pakettien määrä ylittää pakettikytkennän pakettikäsittelyn kapasiteetin. Ruuhkanhallinta pyrkii pitämään pakettien määrän kohtuullisena, jotta kytkennän suorituskyky ei heikkenisi dramaattisesti. Luennon lopulla käytiin läpi myös reititysstrategioita. Täytyy sanoa ettei pelkkien kalvojen avulla saanut kunnon kuvaa reititysstrategiasta. Lienee syytä ottaa kurssikirja käteen ja tutustua tähän hieman syvällisemmin.

Luentopäivä 5:

Viides ja kurssin viimeinen luento käsitteli erilaisia tietoverkkoja. Käsitellyt tietoverkot olivat matkapuhelinverkko, lähiverkot, langattomat lähiverkot ja internetworking (mikä tarkoittaa useiden verkkotekniikoiden yhdistämistä yhdeksi suureksi verkoksi).

Matkapuhelinverkko toimii avainasemassa mobiileille teknologioille. Matkapuhelinverkko perustuu pienen tehon lähettimiin. Verkon kantoalue on jaettu pienempiin soluihin, joissa jokaisessa on oma antenni. Jokainen antenni toimii omalla taajuusalueellaan. Solurakenne takaa täyden taajuuspeiton.

LAN (local area network) kehitettiin korvaamaan kalliit point-to-point linkit. Tekniikka on halpaa ja helposti saatavilla. LANin avulla yhdistetyt tietokoneet ovat todennäköisimmin yhteydessä fyysisesti lähellä olevan koneen kanssa kuin kaukana olevan (koti, työpaikka). Viime vuosiin asti lähiverkkojen tehtävänä on ollut yhdistää PC:t ja keskustietokoneet tai tarjota mahdollisuus työryhmä kommunikointiin. LAN protokollat IEEE 802 koostuu fyysisestä kerroksesta ja linkkikerroksesta. MAC-protokollaa käytetään siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. Tässä luennon osuudessa käsiteltiin myös hubit ja kytkimet, joilla voidaan lisätä LAN:in kapasiteettia. Luennolla käsiteltiin myös Ethernet teknologiat (10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps ja 10 Gbps).

Luennon neljännessä osassa paneuduttiin langattomiin lähiverkkoihin. Langattomien lähiverkkojen suurimmat ongelmat liittyvät korkeaan hintaan, hitaampaan tiedonsiirtonopeuteen ja tietoturva riskeihin. Yleensä langatonta verkkoa käytetään esim. LAN:n laajentamiseen.Kurssin päätteeksi käsiteltiin vielä Internetworking eli tekniikka useiden verkkojen yhdistämiseen yhdeksi suureksi verkoksi (internet). Tekniikka sisältää laitteistollisia ja ohjelmistollisia osia. Vaatimuksina verkkojen yhdistämiselle on linkit verkkojen välillä (fyysinen linkki ja linkin hallinta), reititin ja datan siirto verkkojen välillä (reitittimet ja sillat), tietojen ylläpito eri verkoista. Lähtökohtana Internetworkingille on ettei tehdä muutoksia olemassa oleviin verkkoihin vaan tuki erilaisille osoitteille, pakettien koolle, liityntätekniikoille ja virheenkorjaukselle pitää löytyä. Pakettikytkimet ja linkit muodostavat pakettikytkentäisen verkon, jota verkkoasemat käyttävät. Nämä komponentit keskustelevat protokollien avulla. Protokollamalli käsittää seuraavat kerrokset: fyysinen, linkki, verkko (network/IP), kuljetus (transport / TCP) sovellus (application). Keskeisimmistä protokollista mainittakoon: IP, TCP, UDP.

Yhteenvetona kurssista voisi sanoa, että se tarjosi kattavan kokonaiskuvan tietoliikennetekniikasta. Kurssin perusteella oli helppo hahmottaa kokonaiskuva tietoliikennetekniikasta ja se tarjosi myös mahdollisuuden syventää tietoja jokaisella osa-alueella ilman että kokonaiskuvan hahmottuminen tekniikoiden yksityiskohtaisesta käsittelystä olisi hämärtynyt. Tässä oppimispäiväkirjassa käsittelin asioita melko korkealla tasolla eli yksityiskohtaisempi tekniikoiden opiskelu on vielä paikallaan.

Kotitehtävä 1

 Kotitehtävän 1 kuva

Kotitehtävä 2

HTTP: http://en.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol

FTP: http://en.wikipedia.org/wiki/File_Transfer_Protocol

SSH: http://en.wikipedia.org/wiki/Secure_Shell

Kotitehtävä 3

WLAN

Monet WLANit perustuvat IEEE 802.11 standardiin. Tyypillisimmät WLANin käyttämät taajuusalueet ovat 5GHz tai 2,4 GHz.

Bluetooth

Käyttää 2400-2480 MHz taajuusaluetta. Tätä voidaan käyttää mm. tiedonsiirtoon tietokoneen ja kännykän välillä.

GSM

Käytetetään kännyköissä/älypuhelimissa joiden taajuusalueet ovat 900MHz ja 1800MHz (Suomessa). Koodauksena käytetään GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) modulaatiota mikä on yhdistelmä taajuusmodulaatiota ja vaihemodulaatiota.

Kotitehtävä 4

Kännykkä ja tietokone voivat kommunikoida bluetoothin avulla. Bluetooth on niin sanottu point-to-point yhteys, joka koostuu kahdesta laitteesta jotka kommunikoivat keskenään. Yhteydessä on aina isäntä ja renki. Bluetooth verkko voidaan myös muodostaa useamman orjan ja yhden isännän välille. Orjia voi olla monta, mutta verkossa pitää olla vähintään yksi isäntä. Bluetooth käyttää koodinjakokanavointia, josta huolehtii signaalin lähettävä päätelaite.

WLANin tapauksessa tehokas tiedonsiirto on toteutettu kanavoinnilla. Mitä kauemmaksi tukiasemasta mennään, sitä hitaampaa tiedonsiirto on.

Kotitehtävä 5

Esimerkiksi valitsin verkkoselaimen ja kuinka tiedonsiirto tapahtuu sen avulla. Kun käyttäjä syöttää selaimeen URL:n jolle hän haluaa mennä, selain lähettää get-pyynnön käyttäen HTTP-protokollaa. Pyyntö välitetään alemmalle kerrokselle (kuljetuskerros), mikä muodostaa yhteyden palvelimelle ja hoitaa datan siirron. DNS-protokollan avulla voidaan tarvittaessa vielä muuttaa URL IP osoitteeksi. IP-kerros huolehtii datapakettien toimittamisesta. Tieto siirretään ethernet-protokollan avulla perustuen IP-osoitteeseen. IP-osoitteen perusteella palvelin tunnistaa kun paketti on saapunut oikealle palvelimelle. IP-protkolla poistaa paketista omat ohjausinformaationsa ja siirtää sen TCP protokollalle. TCP kuittaa paketin toimituksen ja siirtää tiedon HTTP-protokollalle.

Ajankäytön seuranta

Luentoviikko 1

Itseopiskelu: 3 h

Wiki-sivuston päivittäminen: 2 h

Luentoviikko 2

Itseopiskelu: 2 h

Wiki-sivuston päivittäminen: 1 h

Luentoviikko 3

Itseopiskelu: 4 h

Wiki-sivuston päivittäminen: 2 h

Luentoviikko 4

Itseopiskelu: 4 h

Wiki-sivuston päivittäminen: 2 h

Luentoviikko 5

Itseopiskelu: 3 h

Wiki-sivuston päivittäminen: 2 h

Ajankäyttö yhteensä:

25 h