meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja & kotitehtävät

Oppimispäiväkirja

Tähän kirjailen omaan oppimiseen vaikuttaneita tekijöitä ja tuntemuksia luentojen jälkeen.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Luulen omaavani jo melko hyvän käsityksen tietoliikenteestä kokonaisuutena, mutta uskon myös että minulla on varmasti paljon opittavaa tällä kurssilla.

Tietoliikenne on pohjimmiltaan eri laitteiden välistä kommunikaatiota mitä erilaisimmilla tavoilla (signaalina kuparissa, valona kuidussa, elektromagneettisena säteilynä ilmassa). Käsitteeseen liittyy kuitenkin korkeampien tasojen ongelmia ja kysymyksiä. Miten laitteiden välinen kommunikaatio rakennetaan signaalista ylöspäin tekniselle tasolle ja siitä lopulta ohjelmistotasolle (tekninen toteutus, protokollat, jne…)? Tietoliikenteeseen voidaan katsoa myös liittyvän myös laajemmat ongelmat, kuten esimerkiksi useamman kuin kahden laitteen välinen kommunikaation aikaasaaminen onnistuneesti aina maailmanlaajuiseen tietokoneverkostoon asti. Aihealueeseen liittyy myös ratkaisujen tuomat ongelmat kuten signaalien päällekäisyys ilmateissä tai esimerkiksi tietoturvaseikat.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Luennoilta päällimmäisenä jäi mieleen kerrosmallit joiden läpikäyntiin käytettiin suurin osa ajasta. Ymmärsin, että järjestelmien välisessä kommunikaatiossa on hyvin tarkat ja hierarkiset kerrosmallit, joiden tehtävänä on taata kommunikaation sujuva toiminta. Kerrosmalli pitää huolta siitä ettei eri (laite)tasojen tarvitse huolehtia kuin omasta tehtävästään.

OSI vs. TCP/IP arkkitehtuuriasettelu jäi kuitenkin hieman vaivaamaan, etenkin kysymys siitä mitä hyötyä OSI-mallin ylemmät kerrokset tarjoavat TCP/IP -malliin verrattuna.

Luentopäivä 2: Toisen kerran luennoilla opin protokollien ominaisuuksista. Päällimmaisenä tästä jäi mieleen esimerkiksi virheenkorkaus ja vuon valvonnan liukuvan ikkunan esimerkki. Luennoilla käytettiin myös aika paljon aikaa erilaisten siirtoteiden teknisiin ominaisuuksiin ja esimerkiksi antennikuvioihin. Vaikkakin nämä ovat tärkeitä asioita tietoliikenteen pohjimmaisten perusteiden kannalta, en kokenut niitä henkilökohtaisella tasolla kovin mielenkiintoiseksi.

Luentopäivä 3: En valitettavasti päässyt luennoille paikan päälle, mutta kalvoista sain hyvän yleiskuvan tunneilla käydystä asioista. Kalvoista päälimmäisenä tuli esille monet erilaiset datan enkoodaustapojen perusideat, sekä eriliaisiin koodaustapoihin liittyviä hyviä ja huonoja puolia. Lisäksi erilaisia virheenkorjaustekniikkoita oli selvitetty huomattavasti kakkosluentoa enemmän. Enkoodaustavoista olisi voinut saada ehkä hiukan paremmankin ymmärryksen, jos olisin ollut luennoilla paikan päällä.

Luentopäivä 4: Neljännen kerran asiat keskittyivät erilaisiin kanavointitekniikoihin, verkkojen kytkentätapoihin sekä erilaisten reittien valintatapoihin verkoissa ja myös verkkojen suorituskykyyn tukkeutumiseen ja viiveisiin. Kalvoissa mielenkiintoisimmalta vaikuttivat viimeisempänä käydyt verkkoihin liittyvät suorituskykyongelmat, sekä niiden kontrollointiin hallintaan käytettävät menetelmät. Kanavointitekniikoihin liittynyt materiaali oli hieman työlästä luettavaa, sillä se sisälti runsaasti erilaisiin tekniikkoihin viittaavia lyhenteitä, jotka eivät aina avautuneet täydellisesti.

Luentopäivä 5: Viidennen kerran asioihin lukeutui muun muassa puhelinverkkojen suunnitteluperiaatteita esimerkiksi tukiasemien asettelun ja niiden kapasiteetin ja lähetystehon suhteen. Näihin asioihin liittyviä ongelmia oli myös käyty läpi, kuten signaalissa mahdollisesti tapahtuvia häiriöitä, tai useiden signaalien interferenssin aiheuttamia ongelmia. Lisäksi materiaalissa oli myös lyhyttä katsausta langattomien puhelinverkkojen kehityshistoriasta.

Seuraava luennoilla käsitelty asia oli lähiverkkojen toimintaa ja niiden topologiaa, verkkojen muotoa ja niiden toimintaperiaatteita. Materiaalissa oli myös käyty itse fyysisellä tasolla tapahtuvaa verkkojen muodostusperiaatteita sekä varsinaisia verkkolaitteistoja. Kalvoissa oli myös perehdytty siihen millaisilla tekniikoilla useampia verkkoja voidaan yhdistää suuremmaksi kokonaisuudeksi. Materiaalissa oli myös tarkemmin käyty läpi eri Ethernet -teknologioita ja niiden nopeuksia. Tämän lisäksi paneuduttiin myös langattomiin ratkaisuihin ja niihin liittyviin tietoturvaseikkoihin.

Materiaalia hyvin yhdisti lopun suuren mittakaavan Internetin toimintaperiaatteisiin paneutuva kalvomateriaali.

Kotitehtävä 1

1) Mitä kuvan eri tasoilla tapahtuu kun tietokone yhdistää annettuun osoitteeseen, esim. “google.com” ?

2) Millaista kommunikaatiota puhelimen ja tukiasemien välillä tapahtuu? Mitä tapahtuu kun puhelimesta soitetaan toiseen puhelimeen?

3) Kuinka yhteys GPS-satelliiteihin muodostetaan? Perustuuko paikannus vain yksisuuntaisiin satelliitiltä saatuihin signaaleihin?

Kotitehtävä 2

3 protokollaa:

TCP protokolla: http://tools.ietf.org/html/rfc793 Datapakettien luotettava siirto tietokoneiden välillä.

HTTP (HyperText Transfer Protocol) protokolla: http://tools.ietf.org/html/rfc2616 Ohjelmistotason protokolla joka määrittelee tiedonsiirron perusteet verkkosivuille.

DNS protokolla: http://tools.ietf.org/html/rfc1034 Verkkotunnuksien esim. google.fi muuttaminen ip-osoitteiksi.

Wlan -artikkeli: Artikkelissa pohdiskeltiin tulevaisuudennäkymiä langattomien laitteiden nopeuksiin ja niitä koskeviin uusiin protokolliin ja standardeihin. Artikkelissa tuotiin esille, että nykypäivän rajoituksien ylitsepääsemiseksi on kehitetty tekniikoita joissa laitteisiin lisätään antenneja ja siten tietovirtoja. Artikkelin perusteelta ei näistä tekniikoista saanut kuitenkaan kovin kattavaa kuvaa, ja esimerkiksi termit “mimo, spatiaalinen limitys” ja konkreettista käsitystä siitä millaisia vaatimuksia esimerkiksi laitteiden laskutehon suhteen nämä usean antennin tekniikat vaativat ei artikkelin pohjalta voinut oikein muodostaa.

Näkisin, että artikkelissa oli oleellista eri taajuusalueiden tuomat mahdollisuudet kaistanlevedeyden ja datansiirtonopeuksien suhteen, sekä erilaisiin taajuusalueisiin liittyvät ongelmat kuten häiriötekijät ilmassa ja kantavuus.

Kotitehtävä 3

Koodaukset ja siirtotiet:

  • GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) Käytetään esimerkiksi Bluetoothstandardin perusluokan yhteyksissä. Bluetooth toimii ilmateitse radiosignaalilla, joka enimmäkseen sijoittuu taajuusalueelle 2400 - 2484Mhz. GFSK on FSK:sta muokattu moduulaatiojärjestelmä joka perustuu taajuusmodulaatioon (eri taajuudella lähetettävä signaali ykkösille ja nollille).
  • PSK (Phase Shift Keying) Vaiheavainnuksessa signaalin eri vaiheita käytetään sanoman välittämiseen. PSK:ta käytetään esimerkiksi maanpäällisten televisiolähetysten lähetykseen DVB-T.
  • OFDM: (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Käytetään myös esimerkiksi WLAN ja ADSL siirtojärjestelmissä, joissa vastaavasti siirtotienä voi toimia esimerkiksi ilmatie tai kupari. Useita taajuuskanavia. Signaalin muunnosmenetelmät perustuvat Fourier-muunnokseen.

Kotitehtävä 4

Siirtoteiden ja verkkojen tehokkuus

Ensimmäisen kerran esimerkkikuvasta voitaisiin tehokkuuteen liittyen esimerkiksi mainita kanavavointi televisioverkkojen signaalissa missä yksittäiseen jakeluun on yhdistetty kuva, ääni ja muu data kuten esimerkiksi kanavaopas. Kanavointi näkyy myös tehokkuuden osalta ADSL-modeemin avulla luodussa internetyhteydessä, jossa käytössä on taajuusjakokanavointi, kyseessä voisi olla esimerkiksi jopa ADSL2 standardin mukainen modeemi, jossa taajuusaluetta on laajennettu ja myös kanavoinnissa käytettävien kanavien määrää siten lisätty normaalistandardiin nähden.

Kotitehtävä 5

Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä:

Olipa sovellus mikä hyvänsä (esimerkiksi sähköpostiohjelma, tiedonsiirto FTP:llä, selain tai jokin eksoottisempi) on sovelluksen perustarpeena lähettää jonkinlainen viesti toiselle osapuolelle toimintojen suorittamiseksi. Periaatteessa asiakassovellus lähettää vain kasan bittejä toiselle ohjelmalle (palvelinsovellus) joilla on oma merkityksensä sovellustasolla.

Viesti pakataan sovellustasolta tasoittain alaspäin aina fyysiselle tasolle asti, niin että viestiin liittyy aina kunkin tason omat tason toimintaan liittyvät lisätiedot.

Viesti kulkeutuu verkkokortille missä digitaalinen signaali muunnetaan analogiseksi tavalla tai toisella. Tämän analogisen signaalin lähetyksessä ja vastaanotossa on omat ongelmansa esimerkiksi signaalin muunnoksessa digitaalisesta analogiseksi ja päinvastoin. Lisäksi analogisen signaalin lähetyksessä törmätään ongelmiin esim. vaimentumisen ja kaikumisen vaikutuksien johdosta. On myös huomioitavaa miten signaali saadaan lähetettyä jo olemassa olevan linkin kautta, niin ettei koko yhteyttä tarvitsisi varata yhden viestin kuljetusta varten. Tämän kanavoinnin huomioonotto toistuu aina käyttäjän kotikoneelta lähtevästä yhteydestä suurempiin mannertenvälisiin kantayhteyksiin asti.

Viestipakettia kuljetetaan fyysisestä laitteesta toiseen, kukin purkaen ja tulkiten viestiä vain sen verran että se saa tietää sen oikean määränpään. Laitteistotasolla on myös omat protokollansa siitä, miten viestejä kuljetetaan ja miten ongelmatilanteissa toimitaan ja miten virheitä korjataan. Oman kerrostuksensa soppaan tuovat myös useiden verkkojen hierarkkinen, ja kaikenlisäksi maailmanlaajuinen rakenne, johon on omat standardinsa ja protokollansa.

Lopulta viesti saapunee sen odotettuun määränpäähän, jossa paketti tulkitaan päinvastaisessa järjestyksessä takaisin sovellustasolle asti, missä sovellus suorittaa jonkinnäköisiä toimenpiteitä viestistä riippuen ja hyvin todennäköisesti lähettää jonkinlaisen vastauksen sovelluksien oman sisäisen protokollan mukaan, jolloin koko tietoliikennepolun kulku alkaa taas uudelleen.

Tietoturva-asioista:

Oman ongelmansa tietoliikenteeseen tuovat tietoturva-aspektit. Ongelmat jakautuvat periaatteessa kahteen luokkaan: aktiivisiin ja passiivisiin uhkiin. Passiivisien uhat korostuvat etenkin ilmateitse tapahtuvassa lähetyksessä, jossa periaatteessa kuka vain voisi kuunnella ilmassa liikkuvia viestejä. Toisaalta sama ongelma ei ole täysin vältetty myöskään langallisessa viestinnässä, sillä viestien lähettäminen ei yleensä tapahdu vaan kahden osapuolen välillä, vaan lähettäjän ja vastaanottajan välissä on useampia reitityssolmuja. Periaatteessa nämä reitityssolmut voisivat olla vihamielisiä ja tutkiskella välittämiään paketteja ylemmille tasoille aivan viestin sisältöön asti etenkin jos lähettettyä dataa ei ole millään tapaa salattu.

Aktiiviset uhat taas liittyvät luottamukseen ja siihen, miten voidaan olla varma siitä onko verkossa kulkevat paketit ja viestit oikeasti tulleet sellaisenaan niiden väitetyltä lähettäjältä, tai onko väitettyä viestin lähettäjää oikeasti edes olemassakaan? Lähettääkö joku palvelupyyntöjä vaan kiusallaan verkkoa rasittaakseen? Kaikki nämä ovat vaikeita ongelmia johon on kuitenkin olemassa jonkinlaisia ratkaisuja, kuten lähetettyjen viestien salaaminen ja erilaiset yhteysistunnot ja niihin liittyvät salausavaimet.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1
Lähiopetus: 6 h
Kotitehtävät: 2 h

Luentoviikko 2
Lähiopetus: 6 h
Kotitehtävät: 2 h

Luentoviikko 3
Lähiopetus: 0 h
Kotitehtävät: 2 h

Luentoviikko 4
Lähiopetus: 0 h
Kotitehtävät: 1,5 h

Luentoviikko 5
Lähiopetus: 0 h
Kotitehtävät: 3 h

Itseopiskelu x h
Tenttiin valmistautuminen y h


Pääsivulle