Ville Erosen WIKI-sivut

Kopiointi tapahtuu:

  1. Edit this page
  2. Kopioi kaikki mitä sivulla ctrl-a ctrl-c
  3. Paina cancel niin et vahingossakaan tuhoa esimerkkisivua
  4. Mene omalle sivulle
  5. Paina create this page (ylhäällä vasemmalla)
  6. ctrl-v niin saat sen kopioidun osan itselle
  7. Paina save

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Omasta mielestäni minulla on selkeä peruskäsitys nykyisestä tietoliikennetekniikasta, mutta uskon kurssin auttavan minua ymmärtämään kokonaisuutta paremmin. Ymmärrän tietoliikenteen eri teknisten laitteiden välisenä kommunikointina. Näitä laitteita voivat olla esimerkiksi niin lanka- kuin matkapuhelimet, tietokoneet, digipoksit sekä televisiot. Tietoa voidaan siirtää monella tavalla kuten esimerkiksi valona kuitukaapelissa, sähköimpulsseina kuparikaapeleissa sekä radioaaltoina ilmassa. Nykyisin mobiililaitteet sekä niissä käytettävät mobiilisovellukset ovat lisänneet merkittävästi langatonta tiedonsiirtoa. Tietoturva on noussut merkittävään asemaan nykyisessä tietotekniikassa.

Tietoliikennetekniikka jokapäiväisessä elämässä. Nettiyhteys tulee asuntoomme kaapelimodeemin avulla. Tämän yhteyden jaan langattomasti (WLAN) modeemin sisältämän langattoman reitittimen kautta asunnon yläkertaan sekä langallisesti (LAN) asunnon verkkokaappiin asennetulla langallisella reitittimellä asunnon sisäisen verkon kautta alakertaan. Kaapelimodeemin kautta asuntoomme tulee myös IPTV (Elisa Viihde). Tämä mahdollistaaohjelmien tallentamisen pilvipalveluun. Taloudessamme on 3 kannettavaa tietokonetta, kolme dataliittymillä varustettua älypuhelinta sekä kaapelimodeemi ja reititin. Lähiaikojen tavoitteena on liittää kotiin tiedostopalvelin (verkkokovalevy), jonne perheen multimediatiedostot kuten digikuvat, digivideot sekä musiikit voidaan varmuuskopioida.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe:
  • Päivän tärkeimmät asiat:
  • Mitä opin tällä kertaa:
  • Jäi epäselväksi:

Luennoilla käsittelimme yleisesti tietoliikennetekniikkaa ja sen jatkuvaa kasvua. Internet aloitti oikeastaan tietotekniikan leviämisen ja mobiililaitteet ovat lisänneet tietotekniikkaa sekä tietoliikennettä erilaisten palvelujen muodossa. Tietotekniikka on levinnyt jokapäiväiseen elämäämme ja on alettu puhua jokapaikan tietotekniikasta. Luennolla ymmärsin miten paljon ”näkymätöntä” tekniikkaa on tietoliikketekniikan takana eikä perus käyttäjä monesti näe kuin pelkän päätelaitteen. Ottaen huomioon kuinka paljon tekniikkaa, standardeja, eri protokollia eli ”sääntöjä” kätkeytyy tietoliikkentekniikan taakse, niinkin yksinkertainen ja jokapäiväinen asia kuten sähköpostin lähettäminen tarkemmin mietittynä on melko monimutkainen ja monivaiheinen toimenpide. Luennoilla käytettiin paljon aikaa kerrosmallien läpikäyntiin. Kerrosmalli selitettiin luennolla yksinkertaisen johtaja – sihteeri –kuriiri esimerkin avulla. Tässä parhaiten jäi mieleen, että jokainen hoitaa vain oman tehtävänsä tietyn säännön mukaan, kuten kerrosmallissa eri kerrokset eri protokollien mukaan. Eri laitteiden kommunikointiin on kehitetty monimutkainen kerrosmalli, jotta tiedon siirto voitaisiin varmistaa. Jos tiedonsiirrossa tapahtuu yhdellä kerroksella virhe, voidaan viesti mahdollisesti lähettää uudelleen esimerkiksi TCP/IP protokollaan perustuvassa tiedonsiirrossa. Vastaavasti UDP protokollan mukaisessa tiedonsiirrossa viestiä ei varmisteta vastaanottajan päässä niin kuin TCP protokollaan perustuvassa tiedonsiirrossa. Luennolla tuli paljon termejä, joista suurimpaan osaan olen törmännyt lehdissä ja erilaisissa uutisissa. Uskon, että termien merkityksen muistaminen voi osoittautua kurssin edetessä vaikeammaksi.

Luentopäivä 2:

Valitettavasti toinen luentokerta jäi minulta väliin työesteiden takia. Luennon aiheena oli kerrosmallit ja tiedonsiirron perusteet. Luentomateriaaliin tutustuessani seuraavat asiat jäivät päällimmäisenä mieleen. Protokolla on eri järjestelmissä olevien olioiden (esim. laitteiden) välinen yhteinen kieli. Protokolla koostuu syntaksista, sementiikasta sekä ajoituksesta. Protokollilla on monia eri toimintatapoja. Näistä parhaiten mieleen jäivät segmentointi ja kokoaminen, vuon valvonta sekä virheen tarkkailu.

Segmentoinnilla tarkoitetaan datan pilkkomista pienempiin osiin, jotta sitä voidaan käsitellä eri kerroksissa. Segmentoinnin eli pienien datapakettien etuja ovat virheenkorjauksen helppous, tasaisempi verkon käyttö sekä mahdollisuus käyttää pienempiä lähetys- ja vastaanottopuskureita. Segmentoinnin eli pienien datapakettien haitat ovat vastaavasti siirrettävään dataan nähden paljon ohjausinformaatiota sekä datapakettien käsittelyyn käytetään enemmän aikaa. Kokoaminen on segmentoinnin vastatoimenpide. Segmentointia voisi verrata konepajateollisuuden tavaran logistiikkaan. Pieniä kappaleita kuten pultteja muttereita on helppo käsitellä fyysisesti, mutta niiden hallinta eri järjestelmissä vaatii paljon ohjaustietoa, vastaavasti useasta osasta koostuvan isojen kokoonpanojen käsittely on fyysisesti hankalampaa, mutta sen hallinta eri järjestelmissä vaatii vähen ohjaustietoa. Virheenkorjaus on myös helpompaa pienempien osien kohdalla, sillä yksittäisen mutterin uudelleen tilaamisesta ei ole suuri kustannustekijä, mutta usean osan kokoonpanon uudelleen tilaamisesta syntyy jo suurempia kustannuksia.

Vuon valvonta on toimenpide, jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta. Valvonta toteutetaan useiden kerrosten protokollissa. Vuon valvontaa voidaan toteuttaa yksinkertaisimmillaan stop-and-wait menetelmällä, jossa jokaisesta paketista on tultava vahvistus ennen seuraavan lähetystä. Liukuvan ikkunan menetelmät ovat monimutkaisempia ja tehokkaampia. Virheenkorjausta käytetään pienentämään virheiden vaikutusta. Virheenhavainnointikoodi on jokaisessa PDU:ssa ja se tarkistetaan vastaanotettaessa. Vastaanottajan havaittua virheen, lupaa uuden paketin lähetykselle ei anneta. Tietyn aikaviiveen jälkeen lähetyksessä vioittunut PDU lähetetään uudelleen. Jotkin protokollat voivat myös korjata virheitä virheenkorjauskoodin avulla. Virheenkorjaus voi myös tapahtua monilla kerroksilla. Protokollien toiminta ei näy käyttäjälle millään tavalla. Esimerkiksi Bit torrent käyttää segmentoitua tiedonsiirtoa, jossa käyttäjien jakamia tiedostoja voidaan jakaa niin, että se lähetetään pieninä datapaketteina. Mitä useampi jakaa samaa tiedostoa, sitä nopeammin kyseinen tiedosto latautuu. Segmentoidussa tiedonsiirrossa virheenkorjaus toimii paremmin kuin esimerkiksi FTP-tiedonsiirrossa.

Nykyisin eri laitteiden ja järjestelmien yhteensopivuus on välttämätöntä. Standardien avulla huolehditaan eri järjestelmien välisestä fyysisestä, sähköisestä sekä toiminnallisesta yhteensopivuudesta.Tietotekniikassa standardit ovat monesti laitevalmistajasidonnaisia. Internetin kehitys on ollut valtavan nopeaa, jolloin virallisen standardin eli standardointijärjestön hyväksymän standardin saaminen on mahdotonta. Internet ”standardeja” kutsutaankin teollisuusstandardeiksi. Nämä standardit ovat johtavien valmistajien noudattamia melko vakiintuneita periaatteita ja käytäntöjä. Tavallisesti Internet stndardit ovat RFC (Request For Comments). Nimestään poiketen RFC-asiakirjaa ei saa muokata vaan muutoksen myötä on tehtävä uusi julkaistava RFC. Konetekniikasta tuttujen standardien jäykkyys ei soveltuisi internetin sovelluksiin, vaikka niitä aika-ajoin päivitetäänkin. RFC:n muuttamista voisi verrata esimerkiksi työkuvan tai osaluettelon revisiointiin/muuttamiseen. Tiettyyn pisteeseen asti vanha versio on validi, mutta jatkuvan kehittämisen seurauksena rakenteiden on kehityttävä, jolloin kuviin/osaluetteloihin joudutaan tekemään muutoksia halvemman ja/tai paremman rakenteen aikaansaamiseksi. Muutossykli on huomattavasti nopeampi kuin standardeissa.

Siirtoteiden avulla siirretään tietoa eri järjestelmien välillä. Siirtotiet voidaan jakaa kahteen kategoriaan: johtimellisiin ja johtimettomiin siirtoteihin. Johtimellisia siirtoteitä ovat parikaapeli, koaksiaalikaapeli, valokuitu sekä sähköjohto. Johtimettomia siirtoteitä ovat mikroaaltolinkit, satelliittilinkit, radiotie sekä infrapunalinkit. Tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin vaikuttavat siirtotien sekä signaalin ominaisuudet. Johtimellisessa tiedonsiirrossa siirtotiellä on suurempi vaikutus tiedonsiirron laatuun ja johtimettomassa tiedonsiirrossa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet vaikuttavat enemmän tiedonsiirron laatuun. Johtimelliset siirtotiet ovat suurimmalle osalle tuttuja jo perinteisten kotielektroniikan kautta. Sähköverkon käyttö tiedonsiirrossa on useimmille vieraampaa, vaikkakin kodin sisäisessä tiedonsiirrossa sen käyttö voisi olla perusteltua jos tiedonsiirtoa ei voida toteuttaa langattomasti ja halutaan välttää ylimääräsiä johtoja.

Luentopäivä 3:

Kolmaskin luentokerta jäi valitettavasti väliin työkiireiden takia. Toivottavasti pääsen osallistumaan lopuille luennoille. Lukiessani itsekseni luentomateriaalia toivoin, että olisin päässyt osallistumaan luennoille. Pakko sanoa, että konetekniikan pohjakoulutuksella siirtoteitä, signaaleita sekä niiden koodausta käsittelevät englanninkieliset kalvot eivät ihan täysin avautuneet. Tuttuja termejä ja mielenkiintoisia kuvioita luentomateriaalista löytyi, mutta näin työssäkäyvänä opiskelijana 90 prosenttisesti vieras aihe ja englannin kielinen aineisto ei tuntunut ajankäytöllisesti tehokkaalta vaihtoehdolta, joten turvauduin Kaj Granlundin kotimaiseen Tietoliikenne teoksen kolmanteen painokseen.

Aineistoon tutustuessani mielenkiintoinen pieni yksityiskohta jäi mieleen yksisuuntaisesta (simplex), vuorosuuntaisesta (half duplex) sekä kaksisuuntaisesta (full duplex) tiedonsiirrosta. Todellisuudessa käyttäjälle näkyvä kaksisuuntainen tiedonsiirto voikin pitää sisällään yksi- tai vuorosuuntaista tiedonsiirtoa, joka tapahtuu kerrosarkkitehtuurin alimmilla kerroksilla. Tästä hyvänä esimerkkinä on GSM-puhelin, joka toimii vuorosuuntaisesti (half duplex), vaikka käyttäjille se näkyy kaksisuuntaisena (full duplex) tiedonsiirtona.

Olen monesti miettinyt miksi analoginen signaali muutetaan digitaaliseksi ja milloin käytetään vain analogista singnaalia. Ensimmäisenä tulee mieleen soittimissa käytetty vanha RCA-liitäntään perustuva analoginen tiedonsiirto, jonka on nykyiisn syrjäyttänyt digitaalinen HDMI-liitäntä. Ensimmäisenä digitaalisesta tiedonsiirrosta mieleen tulee äänen -ja kuvanlaadun paraneminen.Granlundin mukaan (2007) on neljä syytä miksi analoginen signaali muutetaan digitaaliseksi:

1.) Jotta vastaanottaja saisi lähettäjän “viestin”, lähettäjän saama analogisen signaalin tulisi olla identtinen tai hyvä kopio lähettäjän lähettämästä signaalista. Analogisen signaalin heikkoutena on, että se vaimenee, muuttaa muotoaan sekä kerää häiriöitä siirtotieltä, jolloin lähetetty tieto vääristyy eikä niitä jälkikäteen voida korjata.

2.) Yksi analoginen siirtotie eli johdin voi sisältää vain yhden loogisen yhteyden. Jos analoginen tieto muutetaan digitaaliseksi ennen siirtoa, voi yhdessä kanavassa siirtää useamman eri lähteen tietoja käyttämällä aikajakokanavointia.

3.) A/D-muunnoksessa analogisesta signaalista muodostetaan kuvaajia, jotka kertovat alkuperäisen analogisen signaalin muodon. Digitaalista tietoa voidaan suojata siirtotiellä erilaisilla menetelmillä, havaitaan vastaanottajan päässä mahdolliset siirrossa tapahtuneet virheet ja ne voidaan korjata. Tästä hyvä esimerkki on digi-tv:n tuoma huomattava parannus etenkin kuvanlaatuun.

4.) Tärkein syy A/D-muunnoksella on kuitenkin se, että meillä on paljon sovelluksia, joiden tieto on analogista. Tyypillisimpiä tällaisia sovelluksia ovat puheen ja kuvan käsittely sekä erilaisten luonnonilmiöiden mittaus (esim. lämpö). Edellämainitut tiedot käsitellään ja tallenetaan yleensä tietokoneella, jolloin A/D-muunnos on tarpeen.

Luentomateriaalista tarkempaa tutkimista vaativat digitaalisen signaalin koodaus ja siihen liittyvät termit.

Luentopäivä 4:

Tällä kerralla jouduin jättämään luennot väliin, koska olin sairaana. 240km koulumatka ei houkutellut kuumeisena. Toisaalta sairastellessa oli mahdollisuus perehtyä luentomateriaaliin. Tälläkin kertaa käytin luentomateriaalin rinnalla Kaj Granlundin Tietoliikenne kirjaa. Neljännen luennon materiaali käsitteli kanavointia, piiri- ja pakettikytkentäiset verkkoja, reititystä ja matkaviestintää. Henkilökohtaisesti kanavointi ja matkaviestintä olivat mielenkiintoisimpia aiheita. Kanavointia (Multiplexing) ei huomaa jokapäiväisessä toiminnassa. Etenkään kotona sille ei välttämättä ole tarvetta, mutta kun puhutaan laajemmista kokonaisuuksista esimerkiksi yrityksen tietoliikenteen infrastruktuurista ei ole järkevä rakentaa jokaiselle käyttäjälle omaa siirtotietä. Kanavoinnissa useiden käyttäjien tietoliikenne lomitetaan samalle siirtotielle nopeisiin tiedonsiirtokanaviin. Näin jokaisella käyttäjällä on näennäisesti käytössä koko siirtotien kapasiteetti. Erilaisia kanavointimenetelmiä ovat taajudenjako kanavointi (FDM, Frequency Division Multiplexing), aallonpituuskanavointi (WDM, Wawelenght Division Multiplexing), synkrooninen aikajakokanavointi (TDM, Time Division Multiplexing) sekä koodinjako kanavointi (CDM, Code Division Multiplexing). Kanavoinneista helpoiten ymmärrettäviä olivat taajuudenjako (FDM) sekä aallonpituus kanavointi (WDM), joiden toimintaperiaate on sama. Elisa Viihteen kaapelimodeemissa olen törmännyt koodinjako kanavoinnin vastaavaan saantimenetelmään (CDMA, Code Division Multi Access). WLAN-ja GSM- verkoissa käytetään taajuudenjakokanavointia (FDM). Aallonpituuskanavointia (WDM) käytetään nykyisin optisiin siirtoteihin perustuvissa runkoyhteyksien infrastruktuurissa.

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

Kotitehtävä 2

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. Tutustukaa WLAN artikkeliin (wikissä pääsivulla kohdassa muuta materiaalia) ja pohtikaa mikä on kurssin kannalta tärkeää, millaisia kysymyksiä, epäselvyyksiä artikkeli herättää ?

WLAN:

IEEE 802.11

Lainaus IEEE dokumentista:

This revision specifies technical corrections and clarifications to IEEE Std 802.11 for wireless local area networks (WLANS) as well as enhancements to the existing medium access control (MAC) and physical layer (PHY) functions. It also incorporates Amendments 1 to 10 published in 2008 to 2011.

http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.11-2012.html

IP:

RFC:791

Lainaus RFC-dokumentista:

The Internet Protocol is designed for use in interconnected systems of packet-switched computer communication networks. Such a system has been called a “catenet” The internet protocol is specifically limited in scope to provide the functions necessary to deliver a package of bits (an internet datagram) from a source to a destination over an interconnected system of networks.

http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt

HTTP:

RFC:2616

Lainaus RFC-dokumentista:

The Hypertext Transfer Protocol (HTTP) is an application-level protocol for distributed, collaborative, hypermedia information systems. It is a generic, stateless, protocol which can be used for many tasks beyond its use for hypertext, such as name servers and distributed object management systems, through extension of its request methods, error codes and headers. A feature of HTTP is the typing and negotiation of data representation, allowing systems to be built independently of the data being transferred.

http://tools.ietf.org/html/rfc2616

Ajatuksia artikkelista “Kohti terahertsin verkkoja”:

Artikkelista huokuu eri tahojen kilpajuoksu uuden ja mahtavan tekniikan kehittämiseen. Kilpailutilanne tehostaa uusien tekniikoiden kehittämistä, mutta vaarana on, että syntyy useampi kilpaileva tekniikka tai standardi, kuten artikkelissa 802.11ac ja 802.11ad. Henkilökohtaisesti olen pettynyt langattomien verkkojen todellisiin nopeuksiin ja eritoten esteiden vaikutukseen nopeuteen. Kaksi kerroksisessa asunnossa yläkerrassa olevan langattoman verkon kantama ei riitä alakertaan asti. Artikkelin mukaan uudet monien gigabittien nopeuksia lupaavat tekniikat eivät sovellu kuin esimerkiksi oheislaitteiden liittämiseen mobiililaitteisiin. Suuret nopeudet ja datamäärät vaativat laitteilta suurempaa prosessointitehoa mikä entisestään heikentää mobiililaitteiden käytettävyyttä vähentyneellä akunkestolla. Suurista tiedonsiirtonopeuksista ei juurikaan ole hyötyä jos niiden seurauksena mobiililaitteen akku kestää alle vuorokauden.

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. Jos käytetään ilmatietä niin olisi hyvä selvittää taajuusalue jolla toimitaan.

Meidän asuntoon internet yhteys tulee kaapelimodeemin kautta eli analogista siirtotietä pitkin. Modeemissa analoginen signaali muutetaan digitaaliseksi signaaliksi demoduloimalla. Vastaavasti kotona olevasta tietokoneesta lähetetty digitaalinen signaali muunnetaan modeemissa moduloimalla analogiseksi signaaliksi, jolloin se voidaan siirtää kaapeliverkkoa pitkin eteenpäin. Yleisimpi analogisen signaalin modulointimenetelmiä ovat kantoaalto-, amplitudimodulointi-, taajuusmodulointi- ja vaihemodulointimenetelmä. Modulointimenetelmiä voidaan myös yhdistää. Tällainen yhdistetty modulointimenetelmä on QAM (Quadrature Amplitude Modulation), joka on vaihemoduloinnin ja aplitudimoduloinnin yhdistetty menetelmä.

WLAN yhteys (IEEE 802.11a/g) jaetaan modeemin langattomalla reitittimellä OFDM-modulointia (Orthogonal Frequency Division Modulation), joka mahdollistaa jopa 54Mbit/s siirtonopeuden taajuuksilla 2,4 GHz-2,485 GHz.

GSM verkko on langaton siirtotie joka käyttää GMSK-modulointia (Gaussian Minimum Shift Keying). Siinä siirretään yksi bitti jokaista symbolia (baund) kohti.

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.

Elisa Viihteen kaapelimodeemissa käytetään koodinjakokanavointia (TDM). Grandlundin mukaan statistinen aikajakokanavoinnissa runkolinjalla oleva kuormitus vaikuttaa käyttäjän siirtonopeuteen. Tämän ilmiön olen huomannut, etenkin olympialaisten aikaan kun kolme konetta kiinni verkossa ja HD-lähetys IPTV:n kautta. Äkkiseltään tuntuisi, että 100Mbps yhteys on maksimi koaksiaalikaapelilla toteutettuna ja siihen on päästy vain kanavoinnin avulla. WLAN-ja GSM- verkoissa käytetään taajuudenjakokanavointia (FDM).

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.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h

Luentopäiväkirja ja luentomateriaalin kertaus: 4h

Kotitehtävä: 2h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 0 h (töissä)

Luentopäiväkirja ja luentomateriaalin kertaus: 6h

Kotitehtävä: 2h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 0 h (töissä)

Luentopäiväkirja ja luentomateriaalin kertaus: 10h

Kotitehtävä: 2h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 0 h (sairaana)

Luentopäiväkirja ja luentomateriaalin kertaus: 6h

Kotitehtävä: 3h


http://www2.it.lut.fi/wiki/doku.php/courses/ct30a2001/start