Tietoliikennetekniikan perusteet - Liisa Janssonin kotisivu

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkonäkymys tietoliikenteestä perustuu usean vuoden työkokemukseen matkapuhelinverkkojen sekä matkapuhelinten laadunvarmistukseen liittyvissä työtehtävissä. Päällimmäisenä mieleeni tulee liikkuvuudenhallinnassa (Mobility Management), VoIP:ssa ja videopuheluissa käytettävien protokollien ja sovellusten testaaminen.

Päivittäin vapaa-aikana tulee käytettyä langatonta (WLAN) yhteyttä kannettavalta tietokoneelta internetiin iltapäivälehtien lukemiseen ja sosiaalisen median seuraamiseen ja päivityksiin. Puhelimella tulee myös surffailtua internetissä, luettua sähköpostia ja jakamalla ottamiani valokuvia sosiaalisessa mediassa tai siirrettäessä valokuvia ja muita tiedostoja bluetoothilla kannettavalle tietokoneelleni.

Oppimispäiväkirja

Luentopäivä 1:

Päivän aihe: Tietoliikenne yleisesti, kerrosmalli ja protokolla

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Verkkojen jaottelua käyttöalueiden, sovellusalueiden ja verkkotyyppien mukaan
  • Kommunikointimalli ja sen osatehtävät
  • Protokolla, 3 kerroksen malli ja OSI malli ja niiden eri kerrosten tehtävä
  • TCP/IP arkkitehtuuri

Mitä opin tällä kertaa:

  • Innovaatiosyklit
  • Tietoliikenne sisältää tänä päivänä paljon eri teknologioita
  • Kerrosmallit ja protokollat

Jäi epäselväksi:

  • Miten Email esimerkissä käytännössä data siirretään lähettimelle jännitevaihteluna
  • Samoin miten ääniaallot muutetaan Puhelinkeskustelu esimerkissä samalla taajuudella toimivaksi sähköisesksi signaaliksi

Luentopäivä 2:

Päivän aihe: Kerrosmallit ja tiedonsiirron perusteet

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Protokollat ja niiden toimintoja
  • Tietoliikennestandardit ja standardointiorganisaatiot
  • Johtimelliset ja johtimettomat siirtotiet
  • Optinen näköyhteys
  • Vaimeneminen, esteiden vaikutus ja interferenssi

Luentopäivä 3:

Päivän aihe: Linkit

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Datan enkoodaus ja dekoodaus
  • Modulointi
  • Virheenkorjaus

Luentopäivä 4:

Päivän aihe: Tietoverkot

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Kanavointi
  • Piirikytkentäinen ja pakettikytkentäinen
  • Reititysstrategiat
  • Ruuhka (congestion), viive, pakettien häviäminen

Luentopäivä 5:

Päivän aihe: Verkot ja Sovellukset

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Langattomat mobiiliverkoti
  • Lähiverkot (LLC, MAC, kytkimet, VLAN)
  • Nopeat lähiverkot (Ethernetit teknologiat)
  • WLAN verkot
  • Internetworking, Internet Protocols (ipv4, ipv6, IPSec, tunnelointi, security, kapselointi)

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

  1. Milloin ja mihin hintaan Netflix on saatavilla Suomessa. Mitä se vaatii päätelaitteelta teknisiltä ominaisuuksiltaan?
  2. Kuinka käyttää järkevästi internettia siten, että yksityisyyden suoja säilyy?
  3. Mikä tulee olemaan uusi tekninen läpimurto kotitietoliikenteessä?

Kotitehtävä 2

DHCP

24.007

WLAN

WLAN artikkeli:

WLAN tekniikoita kehitetään nopeaa vauhtia. WLAN verkon nopeuden kasvaessa siirtoetäisyys lyhenee, ja myös antennien tekniset vaatimukset kasvavat ja niitä tarvitaan nykyistä enemmän. Tämän johdosta laitteilta vaaditaan myös lisää prosessointitehoa. Artikkelissa epäillään myös käyttäjille luvattujen siirtonopeuksien jäävän murto-osiin luvatuista maksimeista. Käytännön olosuhteet ja laitteiden toteutus rajoittavat siirtonopeuksia. Artikkelista käy ilmi että nykyisten sovellusten käyttöön nykyiset WLAN tekniikat riittävät hyvin eikä välttämätöntä tarvetta suurempi taajuisille WLAN verkoille ole. Koska standardit eivät ole vielä valmiita, laitteita valmistetaan keskeneräisten speksien mukaisesti. Moni uusimmasta teknologiasta innostunut varmaan näitä laitteita ostaa.

Kotitehtävä 3

WLAN

  • Johtimeton siirtotie, radiotie
  • NRZ-L koodaus
  • Koodaustekniikat: BPSK/QPSK/FSK
  • 2.4 GHz, 5 GHz

ADSL

  • Johdollinen siirtotie, parikaapeli
  • DTM (Discrete multitone)
  • 8-QAM/PSK

Bluetooth

  • Johtimeton siirtotie, radiotie
  • Koodaus: FSK
  • 2.4 GHz

Kotitehtävä 4

Kanavoinnin eli multipleksoinnin avulla voidaan jakaa siirtokapasitettia useamman siirrettävän signaalin kesken. Kanavointia voidaan käytää kuituihin, koaksaalikaapeleihin ja mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa ja radioteillä mm. matkavistinverkoissa.

FDMA:ta käytetään analogisissa kuljetusjärjestelmissä esim. ADSL:ssa. Se poistaa kaiun ja mahdollistaa upstream (http requestit)/downstream (www sivut) jaon. Downstream liikenteessä käytetään enemmän kaistaa kuin upstreamissa mikä on tehokasta kotikäytössä esimerkiksi surfatessa internetissä.

3G/UMTS mobiiliverkoissa käytetään johtimettomalla siirtotielle hyvin soveltuvaa WCDMA teknologiaa. Se on teoreettisesti tehokkaampi ja taajuuksien käytöltään joustavampi. Myös laitteet kuluttavat vähemmän tehoa. Useat järjestelmät voivat voivat toimia samalla alueella ja verkkosuunnittelu helpottuu.

Skype käyttää verkossa olevia Skype-palveluun kirjautuneita koneita välittäjinä. Tämä valtuutus kysytään Skypen asennuksessa, mutta harvat huomaavat saati ymmärtävät, mitä se tarkoittaa. Haittana on koneen resurssien käyttö, jolloin kone voi hidastua, vaikkei itse käyttäisi Skypeä sillä lainkaan.

Verkkojen jakaminen piiri- ja pakettikytkentäisiin verkkoihin perustuu ääni- ja datasovellusten erilaiset vaatimukset. Teleliikenteessä tarvitaan reaaliaikainen piirikytkentäinen kommunikointiväylä kun taas dataliikenteelle suunniteltu pakettikytkentäisen kommunikointiväylän pitää olla mahdollisimman tehokas. Piirikytkentäisessä verkossa reaaliaikainen tiedonsiirto varmistetaan varatuilla resursseilla. Jos verkon liikenne kasvaa liiaksi, resursseja ei enää myönnetä. Pakettikytkentäisessä verkossa data pilkotaan pieniin paketteihin, jotka lähetetään kohteeseen eri solmujen kautta riippuen verkon tilasta. Dataverkoissa on erilaisia tekniikoita hallita liikennettä ja ruuhkaa (congestion).

Kotitehtävä 5

VoIP puhelun, videon streamin tai pikaviestien muodostamisessa voidaan käyttää SIP (Session Initiation Protocol) protokollaa. SIP protokollan on kehittänyt IETF ja se on julkaistu RFC3261 dokumentissa. SIP on tekstipohjainen protokolla ja muistuttaa HTTP:tä.

SIP ja RTP protokollapinot:

  • Sovelluskerros: SIP, RTP
  • Kuljetuskerros: TCP/UDP
  • Verkkokerros: IP (ipv4, ipv6, IPSec)

SIP:in sisällä menevässä SDP:ssä välitetään mm. käytössä olevien kodekkien tiedot mitä on käytettävissä. Kodekki muuntaa analogisen puheen digitaaliseksi pakettikytkentäistä IP verkkoa varten. Puhe siirtyyy digitaalisessa muodossa RTP (Real Time Transport Protocol, RFC 1889) protokollaa käyttäen.

Ennen puhelun muodostusta sovelluksen (SIP User Agent) pitää rekisteröityä SIP REGISTER metodia käyttäen. Tässä esimerkki:

  SIP User Agent         Registrar
                  REGISTER
           -------------------->
           401 Send Authentication
           <--------------------
           REGISTER (authorization)
           -------------------->
                   200 OK
           <--------------------

SIP ei ole helppo protokolla tietoturvata. Ei ole olemassa yksittäistä ratkaisua vaan tarvitaan useita eri toimintoihin soveltuvia erillisiä mekanismeja. Kaikkia otsakekenttiä ei ole mahdollista salata koska SIP palvelinten tulee pystyä lukemaan ja muokkaamaan niitä. Kuten aiemmin todettiin koko SIP-viestin salaus ei ole mahdollista. S/MIME kuitenkin mahdollistaa SIP-käyttäjäagenttien salata MIME rungot.

Käyttäjä autentikoidaan rekisteröityessä. IPSec protokolla toimii OSI mallin verkkokerroksen tasolla ja se sopii SIP sanomien suojaamiseen. Myös TLS protokollaa voidaan käyttäää.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  • Itseopiskelu: 6 h

Luentoviikko 2

  • Itseopiskelu: 6 h

Luentoviikko 3

  • Itseopiskelu: 8 h

Luentoviikko 4

  • Itseopiskelu: 8 h

Luentoviikko 5

  • Lähiopetus: 6 h
  • Itseopiskelu: 12 h
  • Tentti: 3 h

Pääsivulle