Petteri Iivosen WIKI-sivu

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Käsitykseni tietoliikenteestä ei ole kovin syvällinen. Olen ollut asian kanssa tekemisissä lähinnä loppukäyttäjän näkökulmasta. Totuuden nimissä ratkaisut käyttäjälle näkyvän osion takana eivät ole edes kiinnostaneet minua millään lailla. Tietoliikenteellä ymmärrän tietoprosessina tiedon siirtymisen sähköisessä muodossa datana. Ajatukseni on, että tiedon pitää liikkua, jotta kyse olisi tietoliikenteestä. Alan keskeisinä käsitteinä ymmärrän: WLAN, Bluetooth, valokuitukaapeli, protokollat, mobiiliverkot, LAN, WAN, parikaapeli.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Päivän aiheena oli kolme keskeistä kokonaisuutta; tietoliikenteen yleisesittely, kerrosmallit sekä protokollat. TETOLIIKENTEEN YLEISESITTELY: Tietoliikenne on monisyinen ala. Sen keskeisenä ongelmana on, miten toistaa yhdessä pisteessä täsmälleen tai riittävän täsmällisesti toisesta pisteestä lähetetty viesti (Claude Shannon). Yleisiä viimeaikaisia trendejä ovat olleet mobiliteetin lisääntyminen, internetin yleistyminen niin verkkoliikenteen kuin palveluiden määrän kasvuna sekä erilaisten verkkojen yhdistyminen. Tietoliikenteen innovaatiosykleissä on havaittavissa, että uudistukset tapahtuvat tasaisin väliajoin.

• Palvelut ja sovellukset (services) – alle 1 vuosi, esim Angry Birdsin versio

• Käyttöpäätteet (terminals) – alle 2 vuotta, esim kännykkämalli

• Verkot (networks) – noin 7 vuotta, esim käyttöjärjestelmä

• Uudet teknologiat (policies) – vuosikymmen, esim NMT-GSM

Tietoliikenteen aikakaudet voidaan jakaa:

• Keskuskoneaikakausi (mainframe era) – useampi jakaa yhden koneen

• PC-kausi – jokaisella oma tietokone

• (Internet-kausi – siirtymävaihe)

• Ubiikkiteknologian- kausi – Useat tietokoneet jakavat yhden käyttäjän

Tietoliikenteen ja tietotekniikan standardit jakaantuvat perinteisesti maantieteellisesti, 1 Eurooppa, 2 Amerikka, 3 Japani/Korea, (4 Kiina, nouseva tekijä).

Tietoliikennetekniikan viitekehys. Tietoliikenneverkot voidaan jakaa

• Käyttöalueen mukaan (BAN, PAN, LAN, MAN, WAN)

• Sovellusalueen mukaan (Paging, Trunking, Wireless Telephony, Cellular telephony…)

• Verkkotyypin mukaan (P2P, ad hoc, infrastruktuuriverkot, soluverkot)

Kommunikoinnin muodot voidaan jakaa esim 1 kiinteään 2 nomadiin 3 siirtyvään.

KOMMUNIKOINTIMALLIT

Kommunikointi voidaan jakaa osatehtäviin:

  • Siirtojärjestelmän hyödyntäminen
  • Osoitteet
  • Liityntä siirtotiehen
  • Reititys
  • Signaalin luonti
  • Sanoman/ viestin muotoilu
  • Synkronointi
  • Virheestä toipuminen
  • Yhteyden hallinta
  • Turvallisuus
  • Virheen havainnointi ja korjaus
  • Järjestelmän-/verkonhallinta
  • Vuon (liikenteen) valvonta

Kommunikointimallit sisältävät termit:

  • informaatio: datan merkitys jossakin tietyssä tilanteessa
  • data: kommunikointiin sopiva esitysmuoto
  • signaali: tiedon fyysinen esitystapa

Kommunikoinnissa pitää löytää järjestelmä, joka tarjoaa riittävän kapasiteetin, vaaditun luotettavuuden, hyväksyttävällä hinnalla. Yksinkertaisinta kommunikaatio on (point-to-point) kahden toisiinsa kytkeytyneen laitteen välistä. Tämä ei kuitenkaan ole kannattavaa jos laitteita on paljon tai ne ovat kaukana toisistaan. Ratkaisuna on kommunikointiverkon käyttö (WA, MAN, LAN, PAN) Etäverkko voidaan muodostaa piirikytkennällä, pakettikytkennällä tai (ATM) solukytkennällä. Piirikytkentä Pakettikytkentä ATM (Asynchronous Transfer Mode) Muodostetaan varattu kommunikointipolku asemien välille verkon solmujen kautta (solmujen jono), esim puhelinlinja Ei varata erikseen kommunikointipolkua. Data lähetetään pieninä osina (paketteina) siirtyen solmusta toiseen kunnes päätyvät perille. kussakin solmussa paketit vastaanotetaan, talletetaan ja lähetetään eteenpäin. Erityisesti tietokoneiden välistä tiedonsiirtoa. Perustuu soluvälitykseen. kehysvälityksen evoluutio, kiinteän kokoiset paketit (solut). Nopea tiedonsiirto, joka vähentää prosessointia. Yhdistää piirikytkentäajatuksen pakettikytkentään virtuaalipiireillä.

PROTOKOLLAT JA KERROSARKKITEHTUURI Liittyy kerrosarkkitehtuuriin. Datan siirtämiseksi pitää:

  • Avata kommunikaatiokanava tai tiedottaa verkkoa määränpäästä
  • Varmistaa vastaanottajan valmius vastaanottamiseen
  • Vastaanottosovelluksen on varmistettava tietojärjestelmän valmius vastaanottaa ja tallentaa tiedosto
  • Tarvittaessa datan muodon muuttaminen vastaamaan käyttöjärjestelmän hyväksymää muotoa

Protokolla-arkkitehtuuri jakaa tietokoneen toiminnot vertikaaleihin moduuleihin. Ylempi taso ”laskee sen varaan”, että alempi taso suorittaa omat toimintonsa. Näin ollen muutos yhdellä tasolla ei vaikuta muiden tasojen toimintoihin.

Kuva: Teoreettinen kolmen kerroksen malli. Kommunikointi toisen järjestelmän kanssa toteutetaan aina alimman kerroksen kautta. Sisältää:

  1. Sovellusmoduulin
  2. Kommunikointimoduulin
  3. Verkkomoduulin.

Sovelluskerroksessa käytettävän sovelluksen määrittelee sovellusolioiden osoite, SAP (Service Access Point). Verkkokerroksessa huomioitava verkko-osoite (Network address, esim. IP-nro). Kerrokset toteuttavat omia tehtäviään keskustelemalla vastinolioidensa kanssa, kyseistä protokollaa käyttämällä (peer-to-peer).

Protokolla on sääntökokoelma, jonka keskeiset osat ovat:

  • syntax, eli datapakettien muoto
  • semantics, eli kontrolli-informaatio koordinointiin ja vianhallintaan
  • timing, nopeuden yhteensovitus ja kommunikoinnin jaksotus
  • Esim. tiedonsiirtoprotokolla: FTP File Transmission Protocol
  • Esim. kuljetuskerroksen protokolla: TCP Transmission Control Protocol
  • Esim. verkkokerroksen protokolla: Ethernet

Kunkin kerroksen paketit sisältävät sekä ohjausinformaatiota, että dataa. Paketteja kutsutaan nimellä PDU (protokollan tietoyksikkö).

OSI Open Systems Interconnection – 7 kerroksinen malli

TCP/ IP Transport Control Protocol / Internet Protocol – 5 kerroksinen malli

OSI 3-kerrosmalli TCP/IP

Internet perustuu TCP/IP-arkkitehtuuriin. Vaihtoehto TCP:lle on UDP, User Datagram Protocol. Se on epäluotettavampi kuin TCP, mutta käytettävissä, jos hyväksyy ettei protokolla kerro bittien häviämisestä.

Ensimmäisen luentopäivän oppiminen

Koen saaneeni ensimmäisestä luentopäivästä enemmän kuin osasin odottaa. Lyhenteiden omaksuminen on vielä kesken, mikä tekee luetun tekstin ymmärtämisen vielä hitaaksi.

Luentopäivä 2:

Päivän luennolla käsiteltiin:

  • Tietoliikenteen standardointia
  • Protokollien yleiset toiminnot
  • Erilaiset siirtotiet

STANDARDOINNIT Standardien tarkoitus on varmistaa laitteiden yhteensopivuus. Tämä luo edellytykset massatuotannolle ja laskee sitä kautta kuluttajahintoja. Tärkeimpiä standardointiorganisaatioita ovat:

  • Internet society
  • ISO, International Organization for Standardisation - OSI-mallin kehittäminen
  • ITU-T, International Telecommunication Union - Telecommunications Standardization Sector
  • ATM Forum
  • IEEE, lähiverkot

PROTOKOLLIEN YLEISET TOIMINNOT Käsiteltiin protokollan toiminnan eri vaiheet. Protokolla koostuu yleensä:

  • Syntaksista (sanasto, tiedon muotoilu ja signaalitasot)
  • Semantiikasta (toimintalogiikka, mitä tehdään paketin saapuessa, esim. virheenkorjaus)
  • Ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien oikea järjestys ja siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet)

Protokollien perustoimintoja voivat olla:

  • Segmentointi ja kokoaminen (segmentation and reassembly)
  • Paketointi (encapsulation)
  • Yhteyden hallinta (connection control)
  • Toimitus oikeassa järjestyksessä (ordered delivery)
  • Vuon valvonta (flow control)
  • Virheen havainnointi (error control)
  • Osoitteet (adressing)
  • Kanavointi (multiplexing)
  • Kuljetuspalvelut (transmission services)

PROTOKOLLA TOTEUTTAA KERROKSEN TOIMINNAN, OHJAUSINFORMAATIO TOTEUTTAA PROTOKOLLAN

SIIRTOTIET Voidaan jakaa: Johtimellisiin siirtoteihin

  • Parikaapeli
  • Koaksiaalikaapeli
  • Valokuitu
  • Sähköjohto

johtimettomiin siirtoteihin

  • Mikroaaltolinkit
  • Satelliittilinkit
  • Radiotie
  • Infrapunalinkit

Luentopäivä 3:

Luennon aiheet tuntuivat ensimmäistä kertaa kuultuna aika hankalilta. Vasta rauhallinen syventyminen kalvon sisältöön avasi asiat paremmin. Käsitteitä ja lyhenteitä tuli taas todella paljon.

Tiedonsiirron onnistuminen signaalin laadusta ja siirtovälineen ominaisuuksista.

Luennolla käsiteltiin signaalin koodaustekniikoita. Kyse on signaalin muuttamisesta sähköiseen muotoon, siten että se ilmaisee bitin 1 tai 0. Näitä ovat:

  • NRZ-L (positiivinen pulssi on joko 1 tai 0, ei pulssia/neghattivinen pulssi toisinpäin)
  • NRZI (pulssimuutos ilmaisee 1, ei muutosta 0)
  • Bipolar-AMI (kolme tasoa, positiivinen tai negatiivinen taso on 1, keskellä 0)
  • Pseudoternary (sama kuin Bipolar-AMI, mutta toisinpäin, muutos on 0)
  • Manchester (muutos keskellä bittiä, ylhäältä alas 0, alhaalta ylös 1)
  • Differential Manchester (muutos bitin alussa 0, ei muutosta 1)

Haasteena pitkät rivit 1:ä tai 0:a, jolloin niiden määrä saattaa mennä sekaisin. Mahdollisuus scramblingiin, jolla tunnistetaan peräkkäisten bittien määrä.

Digitaalisen datan muuntaminen analogiseen muotoon: 3 tapaa:

  1. ASK (Amplitude Shift Keying) - Amplitudi vaihtelu
  2. FSK (Frequency Shift Keying) - Taajuusvaihtelu
  3. PSK (Phase Shift Keying) - Vaihevaihtelu

QAM (Quadrature Amplitude Modulation) käytetään ADSL-modeemeiden ja joidenkin langattomien verkkojen kanssa. Yhdistelmä ASK:a ja PSK:a

Analoginen data digitaaliseen muotoon: Käytetään esim puheen muuntamisessa digitaaliseen muotoon

  • Pulssikoodimodulaatio (PCM)
  • Deltamodulaatio

Analoginen data analogiseen signaaliksi Miksi: Korkeampi taajuus mahdollistaa tehokkaamman lähetyksen Amplitudimodulaatio Taajuusmodulaatio Vaihemodulaatio

Tiedonsiirto tapahtuu lähettimen ja vastaanottimen välillä johtimellista- tai johtimetonta mediaa pitkin.

  • Simplex - vain toinen lähettää;
  • Puoli-duplex - kumpikin lähettää, mutta vuorotellen (esim. sotilasradiot)
  • Täysduplex - kumpikin lähettää samanaikaisesti (esim puhelin)
  • Taajuusalue - Taajuuksien vaihteluväli
  • Absoluuttinen kaistanleveys - Maksimaalinen taajuusalue
  • Tehokas kaistanleveys - Ohut kaistanleveys, jossa teho on suurimmillaan
  • dc komponentti - komponentti, jossa taajuus on nolla

Tiedonsiirron nopeudella ja kaistanleveydellä on suora yhteys.

Tiedonsiirron virheet Analogisessa viestityksessä signaalin tason alenemista. Digitaalisessa viestityksessä bittivirheitä. Syyt: Vaimeneminen… signaalin voimakkuus heikkenee matkan pidetessä. Korjattavissa vahvistimilla. Viive… erityisen paha digitaaliselle signaalille, sillä bitit voivat mennä päällekkäin. Kohina… valkoinen kohina, satunnainen signaali, jonka arvot eivät ole riippuvaisia toisistaan.

Asynkroninen vs synkroninen tiedonsiirto Asynkroninen - Data lähetetään osa kerrallaan, jonka jälkeen vastaanotin synkronoi itsensä ennen seuraavaa vastaanottoa. Synkroninen - Bittijonot lähetetään jatkuvana virtana, jolloin vastaanottajan ja lähettäjän on oltava synkroonissa keskenään.

Tiedonsiirtovälineestä ja -tavasta riippumatta virheitä tulee. Niitä voi havaita lisäämällä bittijonon perään tarkistusbittejä. Varsinkin langattomassa tiedonsiirossa virheitä syntyy niin paljon, ettei uudelleenlähetys ole järkevää. Tarvitaan virheenkorjausta. Virheenkorjausohjelma tunnistaa virheen ja korjaa sen lähimmän todennäköisen vaihtoehdon mukaiseksi. Tämä tapahtuu kerrosmallin ylemmissä kerroksissa.

Protokollan toiminta

  • Synkronoi viestintää
  • Vuon valvonta
  • Virheen valvonta
  • Osoittaa osoitteen
  • Hallinnoi linkkiä

Reflektointi Aihe oli haastava. Sivuja sai tuijottaa pitkään, ennen kuin periaatteet aukesivat. Sain kuitenkin mielestäni kokonaiskäsityksen aiheesta. Epäselväksi jäi vielä, mitkä päivän lukemattomasta määrästä lyhenteitä on keskeistä oppia. Esim protokollien toimintaperiaatteet ovat kyllä selviä, mutta niiden nimeäminen tuntuu työläältä. Samoin signaalien koodaustekniikoiden nimeäminen ja erottelu toisistaan nimen perusteella.

Luentopäivä 4:

Neljäs luentopäivä toteutui osaltani itseopiskeluna, koska en päässyt paikalle työkiireiden vuoksi. Perehtyessäni materiaaliin, tuli tunne, että jos jonain päivänä oli poissa, niin tämä oli siihen varmaankin paras. Aihe tuntui hieman helpommin käsitettävältä kuin yllä esitelty kolmas luentopäivä. Tällä luennolla käsiteltiin:

  • Kanavointia
  • Vertailtiin teleliikennettä ja dataliikennettä
  • Esiteltiin piiri- ja pakettikykentöjen erot
  • Reititys
  • Ruuhkautuminen (Congestion)

Kanavointi on siirtokapasiteetin jakoa usemamman siirettävän signaalin kesken, eli multipleksointia. Kanavointi tehdään multiplekseroien avulla ja sillä päästään kustannustehokkuuteen, koska yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain pienen osan kaistasta.Se jakautuu:

  • Taajuusjakokanavointiin (FDMA, Frequency Division Multiple Access). Käytetään TV-signaalin lähettämisessä (6MHz per kanava, vrt. kanavahaku)
  • Aikajakokanavointiin (TDMA, Time…, joka jakautuu synkrooniseen ja asynkrooniseen. Käytetään GSM-verkoissa.
  • Koodijakokanavointiin (CDMA, Code…). Käytetään Bluetooth-yhteyksissä.
  • Aallonpituusjakokanavointiin (WDMA, Wavelength…). Käytetään optisen kuidun välityksellä toteutetussa tiedonsiirrossa.

Synkrooninen Aikajakokanavointi varaa taajuuden käyttöön tietyksi ajaksi, oli lähetettävää pakettia tai ei. Tilastollinen (Asynkrooninen) vastaa tähän ongelmaan, jolla kaistaa menee hukkaan, varaamalla aikavälit tarpeen mukaan.

Teleliikenne tarvitsee piirikytkentäisen verkon, koska puhe vaatii reaaliaikaisen kommunikointiverkon. Dataliikenteessä taas kannattaa käyttää pakettikytkentäistä verkkoa, koska silloin kommunikointiväylä on mahdollisimman tehokkaassa käytössä.

Signaalin reititys voidaan toteuttaa usealla eri tavalla: Kiinteät taulut, tulvitus, satunnainen, mukautuva reititys.

Ruhkautuminen aiheuttaa pakettien katoamista/ verkon kaatumista.

Luentopäivä 5:

Päivän yleisotsikkona oli verkot ja sovellukset. Se jakautui:

  • langattomiin verkkoihin
  • LAN lähiverkkoihin
  • nopeisiin Ethernet-verkkoihin
  • Langattomiin lähiverkkoihin
  • Internetarkkitehtuuriin sekä
  • tietoturvaosioon.

Päivän lopuksi yhdistettiin kurssin sisältö yhteen kuvaan, jossa vaihe vaiheelta piirettiin tietoliikenteen eri elementtejä selittämään kokonaisuutta. Tämä oli kurssin tärkeimmän annin tiivistelmänä erinomainen apu ja kävikin mielessä, että tämän kuvan olisi voinut yhdessä piirtää ensimmäisen luennon aluksi. Tällöin olisi kurssin aikana jo voinut sijoittaa käsiteltävää aihealuetta kokonaiskuvaan. Hyvä se oli joka tapauksessa tehdä nyt lopuksikin.

Langattomat verkot muodostavat perusteet mobiiliviestinnälle. Idea on, että alue jaetaan soluihin, joissa jokaisessa on oma tukiasemansa. Tukiasemat toimivat omalla taajuudella. Taajuuksia voi uusiokäyttää riittävän matkan päässä. Vaimeneminen häiritsee. 3G-verkko: Käyttää pääsääntöisesti koodijakokanavointia (CDMA). Mahdollisti kasvaneen tarpeen dataliikenteelle. 4G-verkko: Perustuu ortogonaaliselle taajuusjakokanavoinnille (OFDMA). On täysin IP-pohjainen (vrs. 3G pakettiverkko). Mahdollistaa kasvaneeseen internet-päätelaitteiden määrään.

LAN-verkot (Local Area Network) järjestelmä korvaa kalliit point-to-point verkot. YLeisin tapa toteuttaa sisäisiä verkkoja. Siltauksella (bridge), kytkimellä (switch) tai reitittimellä (router) voidaan yhdistää useita eri LAN-verkkoja. Silta yhdistää samanlaisia LAN-verkkoja ja käsittelee dataa kerroksessa 2. Silta ei muuta datapaketteja mitenkään. Reititin yhdistää samanlaisia tai erilaisia verkkoja ja käsittelee dataa kerroksessa 3.

MAC (Media Access Control)-protkollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen hallintaan. Toteutus vaihtelee topologian mukaan.

Yhtenä aiheena oli internetin toiminta. Internet yhdistää useita eri verkkoja. Tämän vaatimuksena on linkit verkkojen välillä. Datansiirto verkkojen välillä tapahtuu reitittimien ja siltojen välityksellä. Keskeiset protokollat ovat IP, TCP ja UDP.

Viimeisenä käsiteltävänä asiana oli tietoturva. Se määritellään käsittämään luottamuksellisuus (confidentiality), riippumattomuus (integrity) ja käytettävyys (availability).

Virusten elinkaari jakautuu tartuntavaiheeseen, laukaisemiseen ja toimintaan.

Mitä opin kurssin aikana

Kurssi on ollut erittäin työläs, mutta samalla silmiä avaava. En ole koskaan oikein välittänyt loppukäyttäjän näkökulmasta järjestelmien takana olevista teknisistä ratkaisuista. Vaiheita yksinkertaisimmankin tiedonsiirron takana on ollut juuri niin paljon kuin kuvittelinkin. Nyt osaan kuitenkin nimetä niitä. Valehtelisin, jos väittäisin kokonaisuuden olevan selvä. Sitä se ei tosiaankaan ole. Mutta tunnistan käsitteitä ja osaan laittaa ilmiöitä kontekstiin.

Keskeisimpänä asiana kurssista jäi mieleen kerrosmallit. Sitä painotettiin ensimmäisestä luennosta lähtien ja se säilyi koko kurssin ajan punaisena lankana. Kerrosmallit eivät olleet minulle ennestään tuttuja, mutta niiden merkityksen olen ymmärtänyt. Ne mahdollistavat kehitystyön tiedonsiirron monimutkaisessa kentässä keskittymällä yhteen vaiheeseen. Järjestelmien yhteensovittaminen vaatii tämän lähestymistavan. Muuten kaikki pienetkin muutokset kaatuisivat yhteensopivuusongelmiin.

En voi väittää kurssin olleen minulle kovinkaan innostava. Tämä on aiheena suoraan sanottuna erittäin raskas. Tämä on vaikeuttanut opiskeluani, kun en koe juurikaan mielenkiintoa näitä teknisiä yksityiskohtia kohtaan. En aio aktiivisesti pyrkiä työurallani tekemisiin näiden asioiden kanssa. Tästä huolimatta kurssi on ollut minulle hyödyllinen. Olen kehittänyt ymmärrystäni ja kyennyt sitomaan monia esiin nousseita ilmiöitä omaan kokemuspohjaani sotilasurallani. Ennen kaikkea johtamisjärjestelmien haasteiden ymmärtäminen on kehittynyt. Olen myös entistä vakuuttuneempi siitä, että tulevasiuuden taistelukentän viesti- ja johtamisvälineiden on oltava loppukäyttäjän näkökulmasta helppokäyttöisiä. Sovelluskerroksen taakse ei pitäisi muiden kuin alan erikoisosaajien joutua kurkistamaan.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

Valitsen tarkasteltavaksi kolme tietoliikenneteknsitä järjestelmää:

  1. Facebook-sivuni
  2. Playstation 3 pelikonsolin ohjaimen bluetooth-yhteys
  3. Autoni GPS-navigaattori

Facebook-sivuni täytyy kyetä lähettämään viestejäni (tekstiä tai kuvaa) joko yksittäiselle käyttäjälle tai kaikille yhteisesti seinälle.

PS3 pelikonsolin ohjaimeni lähettää komentoja bluetooth-yhteydellä konsolille ja vastaanottaa konsolin lähettämää tietoa, esim. milloin ohjaimen tulee värähdellä.

Auton GPS-navigaattori vastaanottaa paikkatietoa satelliiteilta. Sen ei tarvitse lähettää tietoa mihinkään.

KYSYMYKSET:

  1. Miten facebook-kaverilleni lähetetty yksityisviesti päätyy hänen postilaatikkoonsa
  2. Miten bluetooth yhteys toimii?
  3. Millä tavalla GPS-satelliitti viestii navigaattorini kanssa?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue ja etsi siihen liittyvä protokolla. Tutustu protokollaan ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

Selvitin bluetooth tiedonsiirtoon liittyvää protokollaa L2CAP (logical link control and adaption protocol). L2CAP toteuttaa tiedon segmentointia ja uudelleenkokoamista kuljetuskerroksessa. Se paketoi datan sellaiseen muotoon, että se voidaan verkkokerroksen kautta lähettää bluetooth-radiolaitteen kautta. Vastaanottajan päässä protokolla yhdistää datan uudelleen siirtääkseen sen sovelluskerrokseen. Prorokolla saatavilla osoitteessa: http://www.imd.uni-rostock.de/ma/gol/lectures/wirlec/bluetooth_info/l2cap.html

Toinen mielenkiintoni kohteena oleva aihealue on GPS:n toiminta. Sen taustalla toimivia protokollia on useita riippuen laitteesta. Kaksi sotilaskäytössä olevaa, omia protokollia käyttäviä malleja ovat PLGR (precision lightweight GPS receiver) ja DAGR (defence advanced GPS receiver). PLGR oli Yhdysvaltain armeijan alunperin käyttämä malli, jonka DAGR myöhemmin korvasi. Niiden protokollia en intensiivisestä etsimisestä huolimatta löytänyt. Se liittynee niiden luonteeseen sotavarusteina.

Viimeisenä protokollana tarkastelen internetissä keskeisessä roolissa olevaa HTTP-protokollaa (hypertext transfer protocol). Se muodostaa www-sivujen pohjan sovelluskerroksessa. Siinä internet-selain muodostaa käyttäjän ja internetsivun sisältävä tietokone palvelimen. Protokollan standardit on saatavilla osoitteessa: http://www.w3.org/Protocols/

WLAN ARTIKKELI

Luennolla jaettu Pertti Hämäläisen artikkeli oli ensilukemalla täyttä hepreaa. Nyt kun kirjoitan tätä reflektointia kaikkien luentojen ollessa jo takanapäin ja tietämyksen ollessa hieman syvempi, se aukeaa minulle paremmin. Artikkeli käsittelee johtimettoman siirtotien tiedonsiirtonopeuden kasvua tuelvaisuuden uusilla järjestelmillä ja standardeilla.

Avainkäsitteitä tässä ovat mimo (multiple input multiple output), spatiaalinen limitys ja signaalin monitie-eteneminen. Käytännössä tämä tarkoittaa, että lähettimen ja vastaanottimen useampaa antennia hyödyntäen voidaan lähettää samalla taajuudella lähettää useampaa tietovirtaa. Ne tulevat perille fyysisistä esteistä ja heijastuspinnoista johtuen hieman eriaikaisesti. Artikkelin taulukko esittää selkeästi, että tiedonsiirtonopeus kasvaa taajuusalueen ja kaistanleveyden kasvaessa. Haasteena on taajuusalueen riittäminen kaistanleveyden kasvaessa.

Käytännön sovellusmahdollisuudet uusille monigigabittisille yhteyksille ovat vielä muokkautumassa. Joka tapauksessa dramaattisesti kohoavat tiedonsiirtonopeudet mahdollistavat aivan uuden tyyppisiä langattomia palveluita etenkin HD-kuvayhteyden puolella viihdeteollisuudessa. Aloin miettimään sotilaallisia sovellusmahdollisuuksia näille tiedonsiirtonopeuksille. Esimerkiksi UAV-lennokkien tarjoamaa reaaliaikaista tilannekuvaa HD-tarkkuudella voisi hyödyntää huomattavan paljon tehokkaammin kuin nykyistä vielä aika rakeista kuvaa. Kun salaamisen suhteen nousevat ongelmat saadaan ratkaistua voitaisi myös päästä eroon työläästä ja hitaasta valokuitukaapelin rakentamisesta esikuntien johtamisyhteyksien mahdollistamiseksi.

Kotitehtävä 3

Tehtävänanto: Selvitä esimerkkitapausten käyttämä siirtotie ja koodaus.

Ensimmäinen mielenkiinnon kohde on Playstation-ohjaimen bluetoothyhteys. Ohjain käyttää Bluetooth versiota 2.0. Se on hieman tehokkaampi, kuin edeltäjänsä maksimilähetystehon ollessa 3 Mbps. Bluetooth-yhteys on johtimeton siirtotie, joka toimii noin 2,4 GHz taajuudella. Kyseessä on point-to-point yhteys, jossa pelikonsoli on isäntä. Bluetooth koostuu kolmesta osasto, jotka ovat radio-osa, radiolinkin hallintaosa sekä yhteydenhallinta. Laitteen käyttämää koodausta en saanut selville pitkästä etsinnästä huolimatta. Modulaatiotekniikkana on taajuusvaihtelu (FSK).

Internetyhteyteni on laajakaistamodeemi, joka yhdistyy WLAN-yhteyden kautta tietokoneeseeni. WLAN-yhteys on johtimeton ja modeemista eteenpäin puhelinverkkoon tukeutuva yhteys johtimellinen. WLAN perustuu IEEE 802.11 standardiin ja käyttää vaiheavainnusta (PSK), differentiaalivaiheavainnusta (DPSK)tai taajuusavainnusta. Laajakaistayhteyden taajuus on puhelinverkossa huomattavasti puhetaajuutta korkeampi. Se käyttää taajuuksia 138 KHz ylöspäin, puheen ollessa alle 3,3 KHz. Laajakaistamodeemini on ADSL modeemi (Asymmetric Digital, Subscriber Line). Se kykenee siirtämään 8Mbps tavallista puhelinväylää käyttäen. Tämä onkin yhteysnopeuteni. Ulospäin kodistani linja kykenee siirtämään 800 Kbps, eli kymmenyksen vastaanottamastaan. Tämä sopii kuitenkin kotikäyttöön, koska pääosa tietoliikenteestä on verkosta minuun päin. En ole internetin sisällöntuottaja.

GPS:kin käyttää johtimetonta siirtotietä. Taivaalla olevat sateliitit ilmoittavat jatkuvasti oman sijaintinsa ja lähettämänsä signaalin ajan. Jokainen sateliitti lähettää signaalia 50 bps. Jokainen täysi viesti, jonka sateliitti lähettää on 37500 bittiä pitkä. Tämän vuoksi veistin lähetys kestää siis 12½ minuuttia. Aika pitkään? Kaikki GPS sateliitit lähettävät kahta eri signaalia. Yhtä julkista, hieman epätarkempaa sekä yhtä Yhdysvaltojen sotilaskäyttöön suunniteltua tarkempaa. Kaikki sateliitit lähettävät kahdella taajuudella: 1.57542 GHz (L1 signal) ja 1.2276 GHz (L2 signal).

Kotitehtävä 4

Tässä kotitehtävässä tiedonsiirron haasteet konkretisoituivat ikävällä tavalla. Kun olin puolentoista tunnin työskenteöyn jälkeen saanut tehtävän kirjoitettua libanonilainen 50 euroa kuussa maksava yhteys katkesi. Siinä hässäkässä katosi myös illan aikaansaannokset. Eli alla oleva on nyt toiseen kertaan kirjoitettua…

Kotitehtävän tarkoituksena oli arvioida tiedonsiirtotapojen siirtotien/ verkon hyödyntämisen tehokkuutta. Ensimmäisenä arvioidaan internetyhteyteni ADSL kaistaa. Sen asymmetrisuus (eli upstream ja downstream eri nopeudella) mahdollistaa nopeamman tiedonsiirron tietokoneeni suuntaan. Tämä on hyäv, sillä pääosa internetin käyttäjistä (kuten minäkin) siirtää sieltä tietoa itselleen. Se käyttää taajuusjakokanavointia niin, että sekä ylös että alaspäin suuntautuva liikenne on FDMA moduloitu. ADSL käyttää DMT (Discrete Multitone) tekniikkaa, jossa bitit jaetaan tasan 4KHz:n alikanaville. Tällä kasvatetaan tiedonsiirtonopeutta.

Käyttämäni Playstation-konsolin bluetooth-tiedonsiirtoon tukeutuva ohjain käyttä koodijakokanavointia (CDMA). Siinä hyödynnetään koko siirtotie ja taajuusalue. Lähettimen käyttämä koodausavain, joka vastaanottimen on tunnistettava on sen osoitetiedot. Samalla Bluetooth-taajuusalueella voi tomia yhteensä kahdeksan eri laitetta. Tämä on riittävästi tähän käyttötarkoitukseen. Muutama peliohjain, langattomat mikrofonit sekä uudemmat liiketunnistinohjaimet, eivät ylitä kahdeksan laitteen rajaa. Taajuus- ja aikajakokanavointia hyödyntävien laitteiden kanavoinnista huolehtii multiplekseri, jota bluetooth-yhteydessä ei tarvita, koska lähetin tekee modulaation itse.

GPS:n signaali on koodijakokanavointia. Jokainen sateliitti lähettää samalla taajuudella yksilöllisesti koodattua alhaisen bittinopeuden signaalia. Jokaisen sateliitin lähettämä tieto on koodattu yksilöllisellä PRN (Pseudo Random) avaimella. Vastaanottimen, eli GPS lukijan täytyy tunnistaa nämä PRN avaimet voidakseen tulkita tätä tietoa. Sotilaskäyttöön, Yhdysvaltain asevoimille, on tarjolla eri taajuudella saman toimintaperiaatteen mukaisesti salattua tarkempaa paikkatietoa. GPS:n toimintaperiaatteeseen käytetty siirtotapa on mitä sopivin. Se on lähettävälle sateliitille helppo. Päätelaitteen on maan kamaralla tunnistettava signaali.

Tämä harjoitustehtävä oli hieman tuskainen, johtuen mainitusta netti-yhteyden katkeamisesta ja sivun kaatumisesta. Mutta kahteen kertaan asian prosessoiminen helpotti ymmärtämistä, vaikkakin tällä kertaa “ikävämmän kautta”.

Kotitehtävä 5

Viimeisessä kotitehtävässä pyritään luomaan kokoanaiskuva tiedonsiirrosta. Tarkasteluun tulee ottaa yksi sovellus, jonka vaiheet tulee avata sovellukskerroksesta bittien siirtymiseen.

Tämä on haastava tehtävä, joten helpotan sitä itselleni ottamalla tarkasteluun kurssin aikana esimerkkinä käytettyä sähköpostin välitystä. Se ei ollut tarkasteltavien sovellusten listalla, mutta mielestäni riittävän lähellä facebookin toimintaa kotikoneellani. Lisäksi koen sen selkeänä kokonaisuutena, jonka avulla kykenen parhaiten valmistautumaan lähestyvään tenttiin.

Selvitän siis sähköpostiohjelmani viestin liikettä modeemini kautta ADSL-verkossa.

  1. Sähköpostiohjelmani, jota käytän internetselaimellani http-protokollaa hyödyntäen sovelluskerroksessa.
  2. Viesti siirtyy kuljetuskerrokseen ja lähetetään TCP-protokollaa käyttäen vastaanottajan kuljetuskerrokseen saakka.
  3. Verkkokerroksessa viesti reititetään IP-osoitteen avulla
  4. Linkkikerros huolehtii viestin siirrosta verkkoon
  5. Fyysisessä kerroksessa viesti siirtyy siirtotielle, joka tässä tapauksessa on WLAN-yhteys modeemiini. Koneessani on sisäänrakennettu WLAN lähetin-vastaanotin. Modulaationa tässä langattomassa tiedonsiirrossa digitalisesta datasta analogiseksi kantoaalloksi lienee PSK tai FSK.
  6. Saapuessaan modeemiin, viesti välitetään puhelinlinjaa pitkin ADSL-verkossa pienemmän siirtoväylän linjaa pitkin postiserverille, joka on hotmail-serveri.
  7. Yhteys tapahtuu reitittimien kautta, jossa selvitetään vastaanottajan IP-osoite, eli data puretaan verkko-kerrokseen asti.
  8. Postiserveriltä avataan yhteys vastaanottajan postiserverille
  9. Vastaanottajan postiserveri asettaa sähköpostin vastaanottajan postilaatikkoon.

Tietoturva Teitoturva toteutuu henkilökohtaisella koneellani kaikkein eniten omien valintojeni kautta. Käyttämäni salasanat, joilla esim. sähköpostiohjelmaan kirjaudun eivät ole kovin monimutkaiset. Lisäksi sähköpostini on jatkuvasti auki myös kännykkäni kautta mobiilisovelluksena, enkä jatkuvasti vahdi kännykkääni vaikka työpaikalla ollessani. Näin ollen ensimmäinen tietoturvariski ilmenee jo sähköpostiohjelmani luvattoman käytön kautta. Tietokoneellani on F-Securen tietoturvaohjelmisto, jota pidän päivitettynä. Se ennaltaehkäisee suurissa määrin haittaohjelmien pääsyn koneelleni. Tämä mahdollistaa sen, että koneeni ylipäätään on käytettävissä. Toisaalta tietokoneeni suodattaa myös saapuvaa sähköpostiani valvotaan tietoturvaohjelmiston ja Windowsin palomuurin kautta.

Keskeisin tietoturvariski kohdistuu tietokoneeseeni hardwarena. Sew voidaan varastaa tai se voi hajota. Tämä ei kuitenkaan vaikuttaisi mahdollisuuksiini käyttää sähköpostia, sillä se on käytettävissä myös muilla tietokoneilla tai kännykälläni. Omat valinnat vaikuttavat suojautumiseeni, enkä voi väittää tekeväni siitä näkökulmasta kovinkaan rationaalisia valintoja. Tietoturvaan panostaminen kun ei anna välitöntä palkintoa, vaan sen huomaa vasta siinä vaiheessa, kun tietoturvallisuus on haavoittunut.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Luentopäiväkirja, aiheen kertaus ja harjoitustehtävät: 5h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus 6 h Luentopäiväkirja, aiheen kertaus ja harjoitustehtävät: 5h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus 6 h Luentopäiväkirja, aiheen kertaus ja harjoitustehtävät: 5h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus 8 h (itseopiskeluna, en päässyt luennolle) Luentopäiväkirja, aiheen kertaus ja harjoitustehtävät: 5h

  • Luentoviikko 5

Lähiopetus 6 h Luentopäiväkirja, aiheen kertaus ja harjoitustehtävät: 5h

Tenttiin valmistautuminen 20 h


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