meta data for this page

Oppimispäiväkirja

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

Tietoliikenne merkitsee hyvin paljon, sillä ympäristömme ja toimintamme yhteiskunnassamme sekä työelämässä edellyttää tiedon siirtoa ja tiedon vastaanottamista eli tietoliikennettä. Henkilökohtainen sosiaalinen viestintä ja asiointi eri tahojen välillä sekä tiedotusvälineiden joukkoviestintä tapahtuu tietoliikenteen välityksellä. Ilman tietoliikennettä nykyisen tyyppinen yhteiskunta tai sivilisaatio ei voisi olla olemassa.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1

Tiedon siirto on informaation siirtoa siirtotien välityksellä vastaanottajalle.

Yksinkertaisimmillaan tiedonsiirto on kahden suoraan toisiinsa kytketyn (point-to-point) laitteen välistä kommunikointia.

Mitä tiedonsiirto on ja miten tietoa siirretään mitkä ovat tiedonsiirron menetelmät.

Tiedon siirrossa käytetään protokollaa eli kyseessä on säännöstö joka määrittelee tiedon siirron pelisäännöt.

Tietoliikenne yleisesti – Teoreettinen malli – OSI / TCP/IP – Protokollan toiminta ja tehtävät

Teoreettinen malli, joka kuvaa tietoliikenneprosessia (tiedonsiirtoa laitteiden välillä)

  • Siirtojärjestelmän hyödyntäminen
  • Synkronointi
  • Yhteyden hallinta
  • Virheen havainnointi ja korjaus
  • Vuon(liikenteen) valvonta
  • Reititys
  • Virheistä toipuminen

WAN, MAN, LAN, PAN (Wide/Metropolitan/ Local/Personal Area Network)

3 kerrosarkkitehtuuri:

1) Verkkokerros 2) Kuljetuskerros 3) Sovelluskerros

  • Protokolla = toteuttaa kerroksen toiminnan
  • Ohjausinformaatio = toteuttaa protokollan

Luentopäivä 2:

  • TCP/IP kerrosmalli
  • Tiedonsiirron perusteita
  • Erilaiset siirtotiet
  • Erilaiset protokollat ja niiden tehtävät tiedonsiirtoprosessissa.
  • Protokollien toimintoja ovat mm.:virheen havainnoin,kanavointi ja kuljetuspalvelut
  • Käytiin läpi langattomien tiedonsiirtomenetelmien toteutuksia.

Protokolla koostuu:

  • Syntaksista (Syntax)mm. sanaston, tiedon muotoilun (pakettien kentät) ja
  • signaalitasot
  • Semantiikasta (Semantics) toimintalogiikka (mitä tehdään kun jokin paketti saapuu,esim. virheenkorjaus)
  • Ajoituksesta (Timing)

Protokollien yleisempiä perustoimintoja (vaihtelee protokollittain):

  • Segmentointi ja kokoaminen (segmentation and reassembly)
  • Paketointi (encapsulation)
  • Yhteyden hallinta (Connection control)
  • Toimitus oikeassa järjestyksessä (ordered delivery)
  • Vuon valvonta (flow control)

Luentopäivä 3:

Siirtoteiden erilaiset koodausmenetelmät. Signaalin käsittelymahdollisuudet. Lähetetysvirheiden tunnistaminen ja korjaus.

Luentopäivä 4:

Kanavointi, piiri- ja pakettikytkentäiset verkot, reititys, matkaviestinverkot.

Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia ⇒ Siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken

  • Tätä jakoa kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi
  • Käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa myös radiotiellä kuten esim. matkaviestinverkoissa
  • Kanavointi perustuu ns. multipleksereiden käyttöön (n syötettä yhdistetään yhdelle linjalle lähetyspäässä ja vastaanottopäässä ne jälleen puretaan)
  • Yhdellä linjalla monta kanavaa käytössä
  • Kustannustehokkuus: mitä suurempi kokonaisdatanopeus, sitä pienempi hinta per bps
  • Yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan siirtojärjestelmän kaistasta

Muuta:

  • ADSL, ISDN, Kaapelimodeemi, GSM
  • Teleliikenne vs. Dataliikenne
  • Piirikytkentä & Pakettikytkentä

Kotitehtävät

Kotitehtävä1:

KOTI: Kotona tietoliikennetekniikkaan liittyy Internet-yhteys ja sen data-liikenteen varsinaiseen siirtoon tarvittavat laitteet. Omakotitaloon tulee ns. tilaajajohto eli kuparikaapeli, joka on OK-talossa yhdistetty kiinteistön puhelinverkkoon. Tilaajajohto on liitetty aluejakamoon ja sieltä edelleen on tietoliikennyhteys (valokuitu) jonnekin tietoliikensolmuun josta on on pääsy WAN:n kautta operaattorille (ISP eli internetpalvelutarjoaja)liikenne reititetään Internet-verkkoon. Kotona on ADSL-modeemi joka on liitetty kiinteistön puhelinverkkokaapelointiin. Tässä ADSL-modeemissa on langaton tukiasema integroituna (WLAN). Kotitietokoneet liittyvät Internettiin WLAN-yhteyden kautta. Kotitietokoneissa on WLAN-verkkokortit joiden avulla liikennöidään WLAN-tukiaseman ja tietokoneiden välillä. Myöskin asukkaiden GSM-puhelimet ovat yhdistetty paikalliseen WLAN:n ja näin voivat hyödyntää Internet-yhteyttä. Internet-yhteys on jaettu kotitietokoneiden ja GMS-puhelimien kanssa. Verkko on suojattu WPA-salauksella, joten ulkopuoliset eivät voi käyttää WLAN-verkkoa ilman salasanaa. Kotona on myöskin ELISAn Digiboksi. Elisa Viihde palvelussa kotikäyttäjällä on Elisan toimittama Digiboksi ja yhdistetty modeemi, joka on liitetty antennikaapelilla talon antenniverkkoon ja lisäksi digiboksin modeemi on liitetty Ethernet-parikaapelilla ADSL-modeemiin RJ45-porttiin. Tämän Elisa viihdepalvelun välityksellä voidaan seurata verkon kautta tulevia ohjelmalähetyksiä tai tilata elokuvia. Lisäksi palvelussa voidaan tallentaa verkkoon Elisan pilvipalveluun ohjelmia. Ohjelmien tallennusta ja katsekua voidaan hallita paikallisesti kaukosäätimellä tai mistä tahansa GSM-puhelimella mobiili-internetyhteyden kautta.

Kysymyksiä:

  1. Miten käytännössä Video On Demand (esim. Elisa videovuokraus) teknisesti kuvattuna toimii?
  2. Mikä on TCP-protokollan ja IP-potokollan suhde toisiinsa?
  3. Kuinka suureen maksimisiirtonopeuteen voidaan päästä käyttämällä ADSL-tekniikkaa datan siirrossa?

Kotitehtävä 2.

Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) on TCP-pohjainen protokolla, jota käytetään viestien välittämiseen sähköpostipalvelimien kesken The Internet Engineering Task Force (IETF): http://www.ietf.org/rfc/rfc2821.txt. Tämä protokolla mahdollistaa sähköpostien välityksen esim. kotikoneella lähetän sähköpostia niin se sähköpostipalvelin johon olen kirjautuneena keskustelee vastaanottajan sähköpostipalvelimen kanssa SMTP -protokollan välityksellä.

TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) on usean Internet-liikennöinnissä käytettävän tietoverkkoprotokollan yhdistelmä. IP-protokolla on alemman tason protokolla, joka vastaa päätelaitteiden osoitteistamisesta ja pakettien reitittämisestä verkossa. Protokollan päällä voidaan ajaa useita muita verkko- tai kuljetuskerroksen protokollia, joista TCP-protokolla on yleisin. Se vastaa kahden päätelaitteen välisestä tiedonsiirtoyhteydestä, pakettien järjestämisestä ja hukkuneiden pakettien uudelleenlähetyksestä. Vaikka TCP/IP-protokollaperheeseen kuuluu monia muitakin protokollia, valtaosa liikenteestä suoritetaan TCP-yhteyksinä IP-protokollien päällä. Protokollaperhe on nimetty TCP/IP.

The Internet Engineering Task Force (IETF):

Internet-liikennöinti perustuu TCP/IP-protokollaan, kun kotitietokoneeni avaa yhteyden internettiin on sen dataliikenne mahdollista TCP/IP protokollan avulla. TCP/IP määrittelyn mukaisesti koneeni tunnistetaan koneelle myönnetyn IP-numeron perusteella eli IP-numero toimii verkossa osoitteena jonne datapaketit ohjataan.

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) HTTP/1.1: http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html HTTP on protokolla, jota asiakasohjelmat ja internetin palvelimet käyttävät www-tiedonsiirtoon. Protokollan toiminta perustuu siihen, että asiakasohjelma (selain, hakurobotti tms.) avaa TCP-yhteyden palvelimelle ja lähettää pyynnön ja palvelin vastaa lähettämällä vastauksen, HTML-sivun tai binääridataa kuten kuvia, ohjelmia tai ääntä. Ilman tätä protokollaa ei www-sivut näkyisi Internet selaimella.

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

Artikkeli kuvaa miten paljon kehitystä on WLAN-tekniikoissa menossa ja minkälaisia teknisiä haasteita on kun nopeuksia pyritään nostamaan. Tällä hetkellä laboratorioissa testataan 100Ghz WLAN-verkkoja. Nopeusten kasvaessa siirtomatka lyhenee ja tekniset vaatimukset toteutuksille kasvavat mm. parempia antenneja ja tarkempaa keilan muodostumista ja suuntausta tarvitaan liikennöin onnistumiseksi. Nopeutta voidaan myös kasvattaa ottamalla yhtäaikaa monia taajuksia samanaikaiseen käyttöön. Tällä hetkellä EU:sa on vapaana 4 kaistaa yli 60GHz alueella jonne 802.11ad mukaan liikenne sijoittuisi. Itse mietin tulisiko kuitenkin jättää joitakin alueita radiotaajuuksista vielä käyttämättä tulevaisuuden tarpeisiin ja mikä todella on tarpeen? Itse en koe tarvitsevani videota tai TV - lähetyksiä matkapuhelimeeni.

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.

GSM, (Global System for Mobile Communications).

http://tools.ietf.org/html/rfc5724

GSM (Global System for Mobile Communications) on digitaalinen matkapuhelin puhelinstandardi, jota käytetään laajalti eri puolilla maailmaa. GMS verkkoja on 850, 900, 1800 tai 1900 MHz taajuuksilla.

WLAN (Wireless Local Area Network) eli langaton lähiverkko.

WLAN perustuu mm. 802.11 IEEE:n standardiin ja siitä on olemassa uudempia nopeampia versioita. IEEE 802.11 -sarjan standardit ovat standardeja 802.11a (54 Mbps), 802.11g (54 Mbps) ja 802.11n (600 Mbps). Koodaustekniikkana: BPSK/QPSK/FSK 802.11 standardi: http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11-2012.pdf

  • 802.11 protokolla taajuus 20Mhz
  • 802.11a protokolla taajuus 20Mhz
  • 802.11g protokolla taajuus 20Mhz
  • 802.11n protokolla taajuus 20Mhz tai 40Mhz

ADSL (engl. Asymmetric Digital Subscriber Line) on tekniikka jolla voidaan jopa 8 Mb/s tavallista kuparista johdinparia eli puhelinlinjaa käyttäen. Tekniikan viimeisin versio, ADSL2+, mahdollistaa jopa 24 Mb/s nopeuden yhdessä puhelinparissa. ADSL toimii 23 000–1 100 000 hertsin taajuusalueella ja käytetty koodaustekniikka on QAM.

http://www.itu.int/rec/T-REC-G.992.1-200010-I!AnnH/en

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.

ADSL -modeemi käyttää kuparikaapelia fyysisenä siirtotienä eli puhelin tilaajajohtoa. ADSL (engl. Asymmetric Digital Subscriber Line) on verkkokytkintekniikka, jonka avulla kyetään siirtämään 8 Mb/s tavallista puhelinlinjaa käyttäen. ADSL2+ mahdollistaa max. 24 Mb/s nopeuden yhdessä puhelinkaapeliparissa. Tavallinen modeemi käyttää taajuuskaistaa 300–3400 hertsin alueella ja ADSL taas toimii 23 000–1 100 000 hertsin taajuusalueella. ADSL:n tiedonsiirto on epäsymmetristä eli tiedonsiirtonopeus on erilainen laskevaan suuntaan (8 Mb/s) ja nousevaan suuntaan (800 kb/s). ADSL-sopii Internetin kotikäyttöön, jossa pääpaino on sisällön siirtäminen verkosta kotiin. ADSL-tekniikat käyttävät nykyisin modulaationa DMT:tä, OFDM:n kantataajuista muunnelmaa. ADSL-modeemi tarkistaa alikanavien kohinasuhteen ennen datan siirtoa ja näin se jakaa parempiin kanaviin enemmän dataa eli käytetään taajuusjakokanavointia (FDMA).

Digitaalisten TV-lähettysten lähettäminen suoritetaan FDMA multipleksotointimementelmää käyttäen. Yhdessä DVB-T kanavanipussa voidaan välittää halutusta laadusta riippuen 3−10 SDTV-kanavaa. Kanavanipun datavirta on 22 Mbit/s, ja jaettu datamäärä per kanava vaihtelee. Laatua per kanava voidaan siis priorisoida lähetyksen sisällön tarpeiden mukaan. Kanavat multipleksataan (FDMA) yhteen datavirtaan niin, että jokaisen kanavan sen hetkinen kuvanlaatu on optimoitua parhaaksi suhteessa toisten kanavien viemään datamäärään. Kanavien kuvan pakkauksessa käytetään MPEG-2-algoritmia.

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.

Tietoturvaa voisi parantaa esim. käyttämällä selaimen liikennöinnissä HTTPS -protokollaa HTTP -protokollan sijaan. HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) on HTTP-protokollan ja SSL/TLS-protokollan yhdistelmä. HTTPS -protokollaa käytetään tiedon suojattuun siirtoon Internetissä. Tiedot salataan ennen lähettämistä SSL-protokollan (tai TLS-protokollan) avulla. HTTPS- suojattuja yhteyksiä käytetään usein maksunvälitysyhteyksiin Internetin välityksellä tapahtuvissa pankkiyhteyksissä. SSL-salausta käytettäessä tarvitaan erillinen varmenne. Varmenteen avulla käyttäjä voi paremmin varmistua, minkä palvelimen kanssa verkossa todellisuudessa asioi eli onko kyseessä aito palvelu johon ollaan yhteydessä.

Ajankäyttö

Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h

Lukeminen/tehtävät: 5 h

Luentoviikko 2

Lähiopetus: 3 h

Lukeminen/tehtävät/opintopäiväkirja: 6h

Luentoviikko 3

Lähiopetus: 0 h (töissä)

Lukeminen/tehtävätopintopäiväkirja: 6h

Luentoviikko 4

Lähiopetus: 0 h (töissä)

Lukeminen/tehtävät/opintopäiväkirja: 7h

Luentoviikko 5

Lähiopetus: 0 h (töissä)

Lukeminen/tehtävät/opintopäiväkirja: 7h