meta data for this page
  •  

Teppo Vuorion sivut

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkotehtävä 1. “Mitä tietoliikenne sinulla merkitsee kurssin alussa?”

Tietoliikenne kuvaa tietojärjestelmien, esimerkiksi erilaisten sovellusten välistä liikennettä ja kommunikointia toistensa välillä. Liikenne voi olla joko langatonta tai johdollista. Siihen liittyy erilaisia palvelimia ja servereitä, jotka ylläpitävät verkkoja. Tietoliikenteen avulla siirretään signaaleja, jotka sisältävät datatietoa yms. ts. elektronista tiedonsiirtoa.

Termejä: Siirtotie, linkki, adsl, wlan, bluetooth, digi-TV, digibox, internet, ethernet, GPS, 3G, radio, antenni, reititin, protokolla, data, palvelin, email

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

KOMMUNIKOINTIMALLI:

-informaatio: datan merkitys tietyssä tilanteessa
-data: esitysmuoto
-signaali: fyysinen esitystapa

LÄHDE → lähetin → Siirtotie → vastaanotin → KOHDE

- pakettikytkennässä ei tarvitse varata erikseen kommunikointikanavaa vrt. piirikytkentä (varattu polku)
- LAN, tyypillisesti yhden rakennuksen sisäinen lähiverkko vrt. Ethernet
- MAN, metropolia verkko / kaupunkiverkko

KERROSARKKITEHTUURI:

Protokolla(käyttäytymissäännöstä ideaalitasolla) OSI ja TCP/IP
-eri kerrokset eivät saa vaikuttaa muiden kerrosten toimintaan
-jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin saadaan järjestelmästä hallittavampi

      OSI                    STALLINGS                         TCP/IP
      

→ Kommunikointi tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta. Asia käsitellään aina samalla tasolla, jolta se on tullut.

Luentopäivä 2:

OSI-kerrosmalli:
-perustuu 7 kerroksen käyttöön alimmasta kerroksesta ylimpään: 1. Fyysinen kerros
-laitteiden liitännät, bittien siirtosäännöt
2. Linkki kerros
-keinot luotettavaan siirtoon
3. Verkko kerros
-tarjoaa tiedon siirron
4. Kuljetus kerros
-mekanismit tiedonvälitykselle
5. Istunto kerros
-lisäpalveluita
6. Esitystapa kerros
-määritellään syntaksi
7. Sovellus kerros
-liityntä OSI-maailmaan

→kukin kerros toteuttaa joitakin funktioita ja tarjoaa paleluitaan ylemmille kerroksille
→kullekkin kerrokselle voi OSI-mallissa olla useita protokollia
→standardoidut rajapinnat helpottavat protokollien kehitystä

PROTOKOLLAMÄÄRITTELY: kuvaa eri järjestelmien tietyn kerroksen olioiden kanssakäymisessä tarvittavat määrittelyt
PALVELUMÄÄRITTELY: kuvaa kerroksille: alemman kerroksen palveluiden käyttämisen, alemmille kerroksille tarjottavat palvelut

PALVELUT KERROSTEN VÄLILLÄ

-vahvistettu tai vahvistamaton palvelu
-vahvistetussa pyyntö, osoitus, vastaus ja vahvistus
-vahvistamattomassa pyyntö ja osoitus

TCP/IP-arkkitehtuuri (5 kerrosta) -Nimi tulee kuljetus ja verkkokerrosten yleisimmin käytetyistä protokollista TCP (Transmission control protocol),
IP (Internet protocol).
→Internet perustuu TCP/IP-arkki.teh.

-Sovelluksella aina lokaaliosoite, portti
→voidaan käyttää samoja portteja
-soketti ←looginen yhteys
-aliverkkokohtaiset osoitteet
KERROKSET: fyysinen, verkkoon pääsy, internet, kuljetus (host-to-host), sovellus

TILAKONE
-helppo kuvata protokollan toiminto

PROTOKOLLIEN YLEISET TOIMINNOT
-Eri järjestelmissä sijaitsevat oliot kommunikoivat keskenään
→ Tarvitaan yhteinen kieli, kutsutaan protokollaksi
- Protokolla koostuu: syntaksi, sematiikka, ajoitus

protokollien perustoimintoja:
-segmentointi (datan pilkkominen pienempiin osiin) ja kokoaminen
→syitä segmentoinnille:
1. Voidaan käyttää vain tietyn kokoisia datalohkoja (sisältävät aina ohjausinformaatiota:osoite,lähettäjä,vastaanottaja)
2. Virheen korjaus tehokkaampaa
3. Tasainen verkon käyttö
4. Puskurit
5. Tarkastuspisteet
→kokoaminen segmentoinnin vastatoimenpide
-paketointi
→ohjausinformaation lisäämistä kutsutaan paketoinniksi
-yhteyden hallinta
-toimitus oikeassa järjestyksessä
-vuon valvonta
-virheen havainnointi
-osoitteet
-kanavointi
-kuljetuspalvelut

YHTEYDEN HALLINTA
- Kommunikointi voi olla
1. Yhteydellinen esim. puhelinkeskustelu
2. Yhteydetön esim. postikortti
→ Yhteydetön kommunikointi on suotavaa, kun protokollan tulee toimia dynaamisesti:
Yhteyden muodostus→tiedonsiirto (keskeytys/palautus)→tiedon purkaminen
- Yhteys voidaan lopettaa kumman tahansa kommunikoijan puolesta tai palveluntarjoan puolesta

VUON VALVONTA
- Toimenpide, jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta

KANAVOINTI
- Multipleksointi, voidaan käsittää useina yhteyksinä yksittäiseen järjestelmään tai yksittäisellä
siirtotiellä
esim.portit TCP/IP:ssä tai yhteyksen kuvaus tasolta toiselle
- One-to-one
- Upward (monta ylemmän tason yhteyttä yhdelle alemman tason yhteydelle)
- Downward (päinvastoin)

- Kuljetuspalvelut: prioriteetti, palvelutaso tai laatu, tietoturva
- Standardit ←massatuotanto, yhteensopivuus
- Aallot
- Siirtotiet

Luentopäivä 3:

Siirtoteiden käsittely jatkui tällä luentokerralla. Siirtotiet voidaan jakaa:
1. Johtimelliset (Ohjattu)
Käytetään lyhyistä tilaajaliitännöistä ja lähiverkoista pitkiin runkoyhteyksiin saakka
- parikaapeli

  1. halvin ja eniten käytetty
  2. kupari johtimet “letitetty” → sähkökentät kumoutuvat ←häiriösietoisuus, voidaan lisätä päällystämällä (folio)
  3. johdinpari muodostaa aina yhden kommunikointilinkin
  4. puhelin - ja dataverkot

- koaksiaalikaapeli

  1. kaksi johdinta sisäkkäin, luontainen häiriösietoisuus
  2. TV-jakeluverkot
  3. sekä analogi- että digitaalisignaalien siirto (vahvistimet, toistimet)
  4. voidaan käyttää suurempia taajuuksia kuin parikaapelissa
  5. häriötekijät: vaimennus, lämpökohina, FDMA

- valokuitu

  1. 2-125 mikrometriä paksuista valoa läpäisevää materiaalia
  2. ydin (valoaaltojen siirto), heijastuskerroin (valon pitäminen ytimessä) ja kuori (suojaus kosteudelta ja vaurioilta)
  3. runkoverkot, kaupunkiverkot, lähiverkot ja tilaajajohdot
  4. toimivat 100-1000 THz alueella (infrapuna ja näkyvä valo)
  5. toiminta perustuu kokonaisheijastukseen
  6. valon tuotto LED/laser

- sähköjohto

  1. datan siirto sähkön kanssa samassa verkossa
  2. haittana sähköverkon kohina, heijastukset ja virtapiikit, jotka häiritsevät datasignaalia
  3. käyttö lähinnä tilaajaliityntänä

2. Johtimettomat (Ohjaamaton)
Signaali etenee ilmassa (tai muussa väliaineessa) antennien välityksellä
Eteneminen näköyhteysreittiä pitkin (30MHz-300GHz), ilmakehän heterogeenisuuksista tapahtuvan sironnan avulla (0.3-10GHz)
, ionisfäärin (f<30MHz) kautta tai maanpinta-aaltona (Muutama MHz)
Perustaajuusalueet: 30MHz-1GHz (ympärisäteilevät sovellukset), 1-40GHz (mikroaallot), 300GHz-200THz (infrapuna-alue, point-to-point)
- mikroaaltolinkit
-suunnattu kommunikointi
- satelliittilinkit
-satelliittikommunikointi
- radiotie
-suuntaamaton kommunikointi
- infrapunalinkit
-lyhyen matkan point-to-point
→ signaalin ominaisuudet vaikuttavat tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin
→ johtimellisessa siirrossa siirtotiellä on suurempi vaikutus
→ johtimettamossa siirrossa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat tärkeimmät esim. antennin suuntaavuus

- Siirtoteillä voidaan välittää sekä digitaali että analogisignaalia
- Siirtotien pituuden kasvattamiseksi suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää parantaa (vahvistus/tahdistus)
→ mitä suurempi tiedonsiirtonopeus sitä lyhyempi etäisyys
→ mitä suurempi signaalin taajuus sitä suurempi signaalin vaimeneminen

- Heijastumiset, taipumiset, sironta ja vaimeneminen käytiin myös pintapuolisin lävitse
- Tutustuttiin myös monitie-etenemiseen
→ haittana, että heijastuva signaali tulee perille “väärään aikaan”, signaalien summautumiset ja energian menetykset
ANTENNIT:
Tyypit:
1. Ympärisäteilevät
2. Eri tavoin suuntaavat
3. Sektoriantennit
4. Satelliittiantennit

Antennivahvistus:
Tehon ulostulo tiettyyn suuntaan verrattuna isotrooppisen antennin ulostuloon
→3dB:n vahvistus
- antennin teho kohdistetaan pienemmälle alueelle

Päivän lopuksi tutkimme siirtoteissä käytettyjen signaalien koodausmenetelmiä ja käytettyjä tekniikoita

- Virheen havainnointi ja virheenkorjaus

Luentopäivä 4:

Tällä luentokerralla tutustuimme kanavointiin, piiri- ja pakettikytkentäisiin verkkoihin sekä reitytysstategioihin.

KANAVOINTI:
eli multipleksointi. Siirtokapasiteettia jaetaan useamman siirrettävän signaalin kesken
-yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan siirtojärjestelmän kaistasta
-voidaan jakaa:

1. Taajuusjakokanavointi (FDMA)
- signaalit keskittyneet omille taajuusalueille, kanaville
- eri kanavien välissä varmuusväli estämässä kanavien väliset häiriöit
- vaatimus: siirtotien kapasiteetin tulee ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveys
vaatimukset
-syötettävä data voi olla analoginen tai digitaalinen
-signaali aina analoginen (perustuu modulointiin)
-kaistanpäästösuotimia käytetään vastaanottopäässä erottelemaan oikea signaali
-käyttökohteina analogiset kuljetusjärjestelmät esim. ADSL
2. Aikajakokanavointi (TDMA)
-perustuu signaalien viipalointiin joko bittitasolla, tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä
-voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille
-vaatimus: siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset
-synkroninen ja asynkroninen TDMA
-käyttökohteita esim. GSM 3. Koodijakokanavointi (CDMA)
-käytetään johtimettomalla siirtotiellä (radiotie)
-käytetään koko taajuusalue ja kaikki aikaviipaleet
-etuja: voidaan toimia samalla taajuusalueella, häiriöt pienenevät, teoreettisesti tehokkaampaa ja tehon
kulutus pienempi
-analogista tai digitaalista dataa analogisella signaalilla
-lähettävä päätelaite huolehtii kanavoinnista (ei multiplekseri)
-laajakaistanen koodijakokanavointi (WCDMA), sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille
4. Aallonpituusjakokanavointi (WDMA)
-käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa
-esim. optinen kuitu saadaan tehokkaasti käyttöön vasta, kun saadaan siirrettyä useita signaaleja
samassa kuidussa

PIIRI- JA PAKETTIKYTKENTÄISET VERKOT

-Jaon takana eri sovellusten erilaiset vaatimukset
-teleliikenteessä puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän, piirikytkentä
-datalle on tärkeämpää, että kommunikointiväyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti, pakettikytkentä

1. Piirikytkentäiset verkot
-kehitetty puheen siirtoon
-kommunikaatio kahden aseman välillä edellyttää määriteltyä yhteyspolkua
-yhteyspolku on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä
-viestin välitys sisältää kolme vaihetta: yhteyden muodostus, datan siirto, yhteyden lopetus
-yhteys asemien välillä muodostettava ennen varsinaista datan siirtoa
-jokaisesta linkistä ja solmun sisäisestä kytkennästä varattava kapasiteettia yhteyttä varten
-digitaalinen piirikytkentäsolmu sisältää verkkoliitännän, digitaalisen kytkimen ja hallintayksikön
→yhteyden muodostus,ylläpito ja poisto
-kanavan kapasiteetti on varattuna koko yhteyden ajan, vaikka dataa ei kulkisikaan
-data siirretään vakionopeudella
-ainoa viive, joka siirron aikana syntyy on linkkien välinen etenemisviive
-signalointi voi tapahtua varsinaisen puheen kanssa samalla kanavalla kaistansisäisesti, kaistan
ulkopuolella tai omalla kanavallaan, yhteinen kanava eri datavirroille
-käyttökohteina esim. puhelinverkko (PSTN) ja vaihteet

2. Pakettikytkentäiset verkot
-data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten
–paketin koko riippuu pitkälti siirtoverkosta
–jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa ja kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot)
–reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle
–solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta
-etuja: verkon tehokkaampi käyttö, dynaamisuus sekä mahdollisuus asettaa paketeille prioriteetteja -kaksi eri kytkentätapaa: tietosähke tai virtuaalipiiri
-paketin koko otettava huomioon, solmun täytyy vastaanottaa paketti kokonaisuudessaan ennen kuin se voi
lähettää sitä seuraavalle solmulle
-tietty määrä ohjausinformaatiota joka paketissa

Molemmissa kytkennöissä vaikuttavat 3 viivettä:
1. Etenemisviive, kuinka kauan signaali etenee solmujen välillä
2. Siirtoviive, kuinka kauan lähettimeltä kuluu aikaa datalohkon lähetyksessä
3. Solmuviive, kuinka kauan solmu prosessoi kytkennän aikana

REITITYS
Reitityksellä tarkoitetaan algoritmista reitin valitsemista. Reititysalgoritmi on se
tiedonsiirtoprotokollan verkkokerroksen osa, joka päättää, mihin ulostuloihin sisään tulevat
datapaketit lähetetään. Tietoliikenne ohjataan kulkemaan tietoliikenneverkossa reittiä, joka kuluttaa
vähiten joitakin resursseja.
Luennolla tutustuttiin lähinnä reitytystrategioihin.

Luentopäivä 5:

MATKAVIESTIN VERKKO
-solukkoverkko
→kapasiteetti
→pyritään, että viimeinen askel langaton, takana langallinen runkoverkko
-tukiaseman lähellä maksiminopeus nousee ja lähetystehoa voidaan pienentää
-sen sijaan, kaukana tukiasemasta soluverkon rajalla, lähetysteho lähellä maksimiarvoa
→akun kesto pienenee
-siellä missä käyttäjiä, solukoko pienempi
-käytetään kontrolli-ja liikennekanavia
-tukiaseman vaihtoprosessi siirryttäessä solulta toiseen
→matkapuhelin antaa mittausdataa
→alustus, yhteyden vaihto, keskus apuna
-puhelun blokkaus, liikenne ruuhkainen
-signaalien kulkeutumisen mallinnus

Lähiverkot - LAN
-korvaamaan point-to-point
-halpa ja saatavilla oleva tekniikka
-läheiset suhteet
→tietokone on todellisessa yhteydessä fyysisesti lähellä olevan PC:n kanssa
-lisääntynyt kotikäyttö
-lisääntynyt teho tuo mukanaan monimutkaisempia sovelluksia
-kolmiyhteys: prosessointi, siirto ja tallennus
-esim. “palvelinfarmit”
-käyttö: PC-LAN, taustaverkot, toimistoverkot, runkoverkko-LAN ja tallennusverkko (SAN)

Multicasting - Voidaan tilata lähetys, lähetys koko ajan käynnissä, ei puskuroida
Broadcast - Lähetetään kaikille

Lisäksi kävimme luennolla esimerkkinä sovelluksista sähköpostin toiminnan vaihe vaiheelta

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.

1. Mitä muuta tietoa satelliitit käsittelevät kuin GPS-dataa?

2. Mihin signaali kulkeutuu käyttäjä→antenni→tukiasema polun jälkeen?

3. Miksi tietokoneella yhteyden muodostus internettiin ei aina ensimmäisellä kerralla onnistu?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: 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.

0342107_kotitehtava_2.pdf

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.

0342107_kotitehtava3.doc

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.

0342107_kotitehtava4.docx

Kotitehtävä 5

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.

0342107_kotitehtava_5.docx

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät 2 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät 2 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät 2 h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät 2 h

  • Luentoviikko 5

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät 2h

Tenttiin valmistautuminen 6h


Pääsivulle