Ennakkotehtävä

“Määrittele oma näkemyksesi tietoliikenteestä.”

Oma näkemykseni tietoliikenteestä liittyy lähinnä internettiin ja siellä tapahtuvaan tiedonsiirtoon. Nykyaikana tietoliikenteen ymmärtäminen on mielestäni tärkeämpää kuin koskaan, sillä nykyään voi tehdä käytännössä mitä vaan tietokoneella, internetin ylitse tai ilman.

“Mieti termejä/käsitteitä/asioita/kokonaisuuksia, joita tietoliikenne tuo mieleesi.”

3G, 4G, EDGE, WLAN, RJ-45, TCP/IP, ROUTER, MODEM, ETHERNET, FIREWALL, BLUETOOTH, GPRS.

Oppimispäiväkirja

Luento 1

Käsitellyt asiat

Luennon pääaiheita olivat: johdatus kurssille, kommunikointimalli, tiedonsiirto, kerrosarkkitehtuuri, protokolla sekä OSI ja TCP/IP.

Johdatus kurssille osuudessa annettiin ennakkotehtävä ja selitettiin kurssin peruspiirteet sekä arvostelumetodit ym. Kommunikointimalli sekä erilaiset kommunikointiverkot olivat mielestäni helppoja ymmärtää, mutta kerrosarkkitehtuuriin ja protokolliin siirryttäessä asioiden sisäistämiseen vierähti jo pidempi tovi. Mielenkiintoisinta olivat juuri kerrosarkkitehtuuri sekä erilaiset protokollat, esimerkiksi TCP/IP:n läpikäyminen. Varsinkin protokollien eri tasoja sekä niiden tehtäviä oli vaikea koettaa muistaa, mutta eiköhän nekin kertauksen myötä mieleen jää.

Kotitehtävä 1

Tehtävänanto 1: Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista.

Tehtävänanto 2: Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää.

Miten internetistä löytyvät stream-palvelut toimivat?

Mitä käytännössä tapahtuu, kun lähetän esimerkiksi tiedoston koneeltani internetin ylitse jollekin toiselle koneelle?

Kuinka langattomat verkot toimivat?

Luento 2

Käsitellyt asiat

Luennon pääaiheita olivat: protokollien toiminnot, tietoliikenteen standardointi, siirtotiet.

Protokollien toiminnot olivat mielestäni erittäin selkeästi esitetty, verrattuna vaikkapa osaan edellisen luennon kalvoista. Siitä huolimatta kaikkien toimintojen kerralla oppiminen tuntuu jopa hieman mahdottomalta, mutta yleiskuvan niistä sai kyllä hyvin. Tietoliikenteen standardointi oli myös varsin kattavasti selitetty ja itse prosessi jäi suhteellisen hyvin mieleen. Erilaiset standardit toisaalta eivät ainakaan ensi lukemalta jääneet päähän, lukuunottamatta tärkeitä 802-standardeja, kuten 802.3 sekä 802.11. Johtimelliset sekä johtimettomat siirtotiet olivat mielestäni luennon mielenkiintoisin aihe. Verrattuna muihin osuuksiin, siirtoteistä oli selkeästi eniten kalvoja (ja samalla toki tietoa). Oli erittäin mielenkiintoista oppia uutta asioista, joita on pitänyt aina itsestäänselvyytenä, ilman sen kummempia pohdiskeluja. Johtimettomien siirtoteiden eri taajuudet sekä siirtonopeudet tuntuivat melko monimutkaisilta, joten niitä pitänee kerrata vielä jatkossa.

Kotitehtävä 2

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

TCP (Transmission Control Protocol) on tietoliikenneprotokolla, jolla luodaan yhteyksiä tietokoneiden välille, joilla on pääsy Internetiin. (http://fi.wikipedia.org/wiki/TCP)

IP (Internet Protocol) on TCP/IP-mallin Internet-kerroksen protokolla, joka huolehtii IP-tietoliikennepakettien toimittamisesta perille pakettikytkentäisessä Internet-verkossa. (http://fi.wikipedia.org/wiki/IP)

FTP (File Transfer Protocol) on TCP-protokollaa käyttävä tiedostonsiirtomenetelmä kahden tietokoneen välille. (http://fi.wikipedia.org/wiki/FTP)

Artikkelissa käsitellään (ajoittain hieman skeptisesti) langattoman tiedonsiirron tulevaisuutta. Monet artikkelissa olleet standardit sekä taajuusalueet olivat mainittuna luentokalvoissa, mutta tarjosi artikkeli myös uuttakin tietoa. Onkin mielenkiintoista nähdä, miten uudet standardit onnistuvat ihannenopeuksien saavuttamisessa sekä kaikkien mahdollisten esteiden/hidasteiden voittamisessa.

Luento 3

Käsitellyt asiat

Luennon pääaiheena oli tiedonsiirto: sen teoria (analoginen sekä digitaalinen), siihen liittyvät ongelmat sekä koodausmetodit ja virheiden havainnointi sekä -käsittely.

Tiedonsiirtoon liittyvät laskukaavat olivat - ainakin osittain - tuttuja fysiikan aalto-opista. Tämä ei kuitenkaan tehnyt niistä yhtään sen helpompia, varsinkaan kun aalto-oppi ei ole koskaan ollut allekirjoittaneen vahva aihealue. Tiedonsiirron ongelmista oli muuten hyvin tietoa, mutta en ainakaan mielestäni nähnyt juurikaan mainintaa siitä, miten niitä voitaisiin välttää / lieventää. Salausmenetelmien selvennykset olivat mielestäni suhteellisen monimutkaisia, eikä niistä ensi lukemalta jäänyt mieleen juurikaan asiaa. Ensimmäinen kalvosetti (luento3_2.pdf) koskien virheenkäsittelyä oli mielestäni myöskin suhteellisen monimutkainen, mutta toinen (luento3_3.pdf) oli jo paljon helpompi ymmärtää. Kaikki luennon asiat pitänee vielä kerrata pariin otteeseen ennen tenttiä.

Kotitehtävä 3

Tehtävänanto: Käsitellään 3 eri tapausta ja niistä käytetty siirtotie ja sillä käytetty koodaus. Jos käytetään ilmatietä niin olisi hyvä selvittää taajuusalue jolla toimitaan.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) käyttää siirtotienään parikaapelia. Se toimii 23kHz - 1.1Mhz taajuusalueella. Modulaatioinaan se käyttää DMT:tä sekä QAM:ää.

DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) on DVB-standardi digitaalisen televisiokuvan lähettämiseksi kaapeliverkossa (=siirtotie). DVB-C käyttää MPEG-2 tai MPEG-4 pakkausta ja QAM-modulaatiota. Sillä suositellaan käytettävän seuraavia taajuusalueita: 5-65MHz, 70-130MHz sekä 300-862MHz.

WLAN (Wireless Local Area Network), jonka yleisin standardi on 802.11g, käyttää siirtotienään ilmaa. Se toimii 2.4GHz taajuudella. Se käyttää OFDM-modulaatiota 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, ja 54 Mbit/s nopeuksille, CCK-modulaatiota 5.5 ja 11Mbit/s nopeuksille sekä DBPSK/DQPSK+DSSS -modulaatioita 1 ja 2Mbit/s nopeuksille.

Luento 4

Käsitellyt asiat

Luennon pääaiheita olivat: kanavointi, teleliikenne vs. dataliikenne, piirikytkentä ja pakettikytkentä, reititys sekä ruuhkautuminen.

Kanavoinnin kalvot olivat erittäin selkeät ja aihe oli mielestäni kaikin puolin mielenkiintoinen. Lähettimiä ja vastaanottimia koskevat kuvat tosin pitänee kerrata vielä uudestaan, sillä kaikkien eri komponentit eivät kerralla kuitenkaan mieleen jääneet. Eri kytkennät ja niissä käytettävä liikenne oli myös kuvattu selkeästi ja suurin osa tiedosta tuntui jäävän kerralla muistiin, kun ajattelee periaatteessa piirikytkennän ja datagrammi-pakettikytkennän erikseen ja virtuaalisen piirin pakettikytkennän kahden edellä mainitun yhdisteenä. Mukautuvan reitityksen algoritmeissa meni hetki ymmärtää, mutta ahaa-elämyksen jälkeen totesin, että mielestäni flooding (tulvauttava?) ja adaptive (käyttäen Bellman-Fordia) ovat parhaat reititys-tekniikat. Ruuhkautuminen on erittäin yleistä internet-palveluissa, joten sen käsittely ja erilaiset ilmoitus-/ratkaisutavat olivat erittäin mielenkiintoisia, sillä en koskaan ollut ajatellut asiaa sen kummemmin.

Kotitehtävä 4

Tehtävänanto: 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 (Asymmetric Digital Subscriber Line) käyttää DMT-modulaatiota ja lisäksi FDM:ää sisäisesti downstream- ja upstream -kanavilla. Downstream- ja upstream -kanavat käyttävät eri taajuusalueita. Downstreamin taajuusalue on jaettu 255 kanavaan ja upstreamin 32 kanavaan.

DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) käyttää QAM-modulaatiota. Siinä moduloidaan samanaikaisesti ja toisistaan riippumatta signaalin amplitudia ja vaihekulmaa. Käytännössä QAM signaali usein koostetaan moduloimalla erikseen kahta keskenään 90 asteen vaihesiirrossa olevaa kantoaaltoa ja summaamalla tulokset QAM-signaaliksi.

WLAN (Wireless Local Area Network), jonka yleisin standardi on 802.11g, käyttää siirtotienään ilmaa. Sen eri standardeissa on eri kanavointi- sekä koodaus -tekniikoita käytössä. Esimerkiksi 802.11g standardi käyttää useimmille nopeuksille OFDM-modulaatiota, joka perustuu eri signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille, jotka lähetetään samaan aikaan.

Luento 5

Käsitellyt asiat

Luennon pääaiheita olivat: matkapuhelinverkot, lähiverkot, langattomat verkot, internetworking ja tietoturva.

Matkapuhelinverkoista kertova osuus oli erittäin mielenkiintoista ja oikeastaan melkein kaikki asiat tulivat uutena. Lähiverkoista toisaalta perustietoa löytyikin jo ihan hyvin, joten kalvot lähinnä syvensivät niitä alueita, joista en vielä hirveämmin tiennyt, esim. erilaiset topologiat. Internetworking -kalvoissa tuli samalla hyvää kertausta TCP/IP -protokollasta ja myös paljon uutta tietoa aiheesta. Tietoturvasta tiesin oikeastaan jo jonkin verran, esim. erilaisista haittaohjelmista ja ns. “murtautumiskeinoista”, eikä kalvoissa mielestäni oikeastaan kovinkaan syvällisesti asioita käyty läpi.

Kotitehtävä 5

Tehtävänanto 1: Pohtikaa yksittäisen sovelluksen toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.

Sähköposti

Aluksi käyttäjä kirjoittaa viestin tietokoneellaan. Painallukset tallentuvat tietokoneelle digitaalisessa muodossa, joten muutosta analogisesta digitaaliseen tietoon ei tarvitse tehdä. Sähköposti käyttää STMP-protokollaa viisikerroksisessa järjestelmässä. Lähettäjän ja vastaanottajan postipalvelimet ottavat yhteyden toisiinsa neljännen (alhaalta laskettuna) kerroksen TCP-protokollalla. IP-protokolla antaa laitteille omat IP-osoitteet, joiden avulla varmistetaan, että tieto menee oikeaan kohteeseen. Verkkokerros huolehtii siitä, että tieto saadaan fyysiseen kerrokseen ja fyysisen kerroksen kautta tieto lähtee liikkeelle kohti sähköpostipalvelinta. Fyysisessä kerroksessa datapaketit signaalikoodataan, moduloidaan kantoaaltoon ja kanavoidaan siirtotielle. Data kulkee lähettäjän sähköpostipalvelimen kautta vastaanottajan sähköpostipalvelimelle, josta lähtee tieto uudesta viestistä vastaanottajalle. Vastaanottaja voi hakea viestin sähköpostiohjelmalla, joka hyödyntää IMAP/POP-protokollaa tai Webmaililla, joka hyödyntää HTTP-protokollaa. Tämän jälkeen datapaketit kulkevat vastaanottajan kerrosmallissa ylöspäin ja lopulta vastaanottaja saa luettavan viestin.

Tehtävänanto 2: Tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

Sähköpostin kanssa toimiessa paras tietoturva on oikeastaan käyttäjän oma järki. Palveluntarjoajien puolesta sähköpostipalvelimille on estetty luvaton pääsy, viestit yleensä tarkastetaan automaattisesti viirusten varalta (ei välttämättä aina toimi) ja liikkuva tieto voidaan suojata koodaamalla. Suurin osa uhkista löytyykin siis haitallisista viesteistä, joissa koitetaan kalastella käyttäjältä esim. tunnuksia ja salasanoja tai halutaan, että käyttäjä lataa mahdollisesti haitallisen liitetiedoston koneelleen (esim. keylogger). Esimerkkinä vaikkapa viesti, joka väittää tulleensa Battle.Netiltä, mutta jonka sähköpostiosoite on vaikka support@eu.battlenet.tk, kun sen pitäisi olla support@eu.battle.net. Viestissä voi olla myös linkki “password-recoveryyn”, jossa käyttäjä olevinaan vaihtaa tunnukselleen uuden salasanan aidolta vaikuttavalla sivulla, mutta oikeasti syötetyt tunnukset ja salasanat vain päätyvät vääriin käsiin.

Yhteenveto

Kurssi oli kokonaisuutena erittäin mielenkiintoinen, vaikkakin ehkä hieman “ylivoimainen” kerralla opittavaksi (opiskelin siis itseopiskeluna koko sisällön muutamassa päivässä). Kaikista asioista ainakin perusteet jäivät hyvin mieleen, mutta syvällisemmät tiedot vain asioista, jotka satuin kokemaan mielenkiintoisiksi / helpoiksi. Ensimmäisen kotitehtävän kolmeen kysymykseen sain kaikkiin mielestäni hyvän vastauksen luentomateriaaleista ja moneen muuhunkin, joita mielessäni oli. Englanninkielisiä kalvoja olisi ehkä voinut hieman karsia ja jättää vain suomenkieliset vastineet ja kalvosetteihin, joissa ei suomenkielisiä käännöksiä vielä ollut, ne olisivat hyvä lisä.

Ajankäyttö

Viikko 1: Itseopiskelu & kotitehtävät: 2h

Viikko 2: Lähiopetus: 6h, Itseopiskelu & kotitehtävät: 3h

Viikko 3: Lähiopetus: 2h, Itseopiskelu & kotitehtävät: 3h

Viikko 4: Itseopiskelu & kotitehtävät: 2h

Viikko 5: Itseopiskelu & kotitehtävät: 3h

Tenttiin valmistautuminen: 4h

Yhteensä: 25h

(En ole varma ovatko nuo lähiopetus-tunnit oikein, sillä en kunnolla muista millä kahdella luentokerralla olin paikalla. Muistan vain, että toisella kerralla olin täydet 6 tuntia ja toisella vain 2 tuntia.)