meta data for this page
  •  

Tommi Nivanahon wiki-sivut

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Kurssin aluksi opiskelijat kirjaavat näkemyksensä tietoliikenteestä tähän kohtaan omaa oppimispäiväkirjaansa. Näkemys sinällään ei tarvitse olla pitkä selostus max 10 riviä tekstiä ja max 10 avainsanaa.

Ennakkotehtävä 1.

Tietoteknkiikka on tiedon siirtämistä erilaisia menetelmiä käyttäen. Käsittää data siirron laitteesta A laitteeseen B esimerkiksi internetin tai GSM yhteyden kautta. Jotta tieto siirtyisi tarvitaan erilaisia tekniikoita, kuten TCP/IP.

Tietotekniikka koostuu eri kerroksista. Tietopaketit kulkevat eri kerroksien läpi siirron aikana. Tieto siirretään signaaleina, analogisina tai digitaalisina. Signaalin siirtoon liittyy sen koodaamista, vahvistamista, salaamista ja muuntelua analoginen/digitaalinen välillä.

Käsitteitä:

  1. IP
  2. Ping
  3. TCP/IP
  4. UDP/IP
  5. bitti
  6. tavu
  7. http
  8. ISP
  9. DNS
  10. lan

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Johdanto tietoliikenteeseen
  • Päivän tärkeimmät asiat: Tietoliikenne yleisesti, kerrosmalli, protokollat
  • Mitä opin tällä kertaa:

Kerrosmalli:

  1. jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin, saadaan järjestelmästä hallittavampi
  2. kerrokset tarjoavat toisilleen palveluita
  3. tieto kulkee kerroksien läpi
  4. protokollat ovat pinossa ja jokainen protokolla tekee omia toimintojaan(Johtaja-sihteeri-kuriiri esimerkki
  5. kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina alimman kerroksen kautta
  6. OSI(7 kerrosta)- ja TCP/IP(5 kerrosta)-mallit.(Seuraavassa kerrokset alimmasta ylimpään)

OSI:

  1. Fyysinen kerros
  2. laitteiden liitännät ja bittien siirto-säännöt
  3. Linkkikerros
  4. linkkien hallinta, virheiden hallinta
  5. Verkkokerros
    1. tarjoaa verkkopalvelun ylemmille kerroksille(osoitteet, reititys, kytkentä)
  6. Kuljetuskerros
    1. tarjoaa mekanismit tiedon välittämiseksi järjestelmien välillä
  7. Istuntokerros
    1. vuoropuhelut, datan ryhmittely, toipumistoimenpiteet
    2. Esitystapakerros
      1. tiedon esitystapa sovellusten välillä(syntaksi)
    3. Sovelluskerros
      1. sovellusten liittyminen OSIin

TCP/IP:

  1. Fyysinen kerros
  2. Verkkokerros
  3. Internet-kerros
  4. Kuljetuskerros
  5. Solvelluskerros

TCP ja UDP:

  1. siirtoprotokollia
  2. TCP:ssä siirto on luotettavaa ja tiedon pääsy perille taataan. suurempi kehys
  3. UDP:ssä ei taata tiedon pääsy perille eikä sen turvallisuutta, pienempi kehys
  • Jäi epäselväksi: Kuinka kaikki tämä käytännössä toimii? Olisin kaivannut lisää esimerkkejä, kenties käyttön läheisempiä sellaisia.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Protkollat, tietoliikenteen standardointi, siirtotiet
  • Päivän tärkeimmät asiat: Protokollan koostumus ja toiminnot. Standardoinnin edut, haitat ja organisaatiot. Siirtotietyypit ja ominaisuudet.
  • Mitä opin:

Protokollan koostumus:

  1. syntaksi(sanasto, tiedon muotuilu ja signaalitasot)
  2. semantiikka(toimintalogiikka)
  3. ajoitus(siirtonopeus, pakettien järjestys)

Protokollan toimintoja:

  1. segmentointi(lohkoihin jako) ja kokoaminen eri kerroksien käyttöön sopivaksi
  2. paketointi(ohjausinformaation lisäys)
  3. yhteyden hallinta(yhteydetän ja yhteydellinen)
  4. toimitus oikeassa järjestyksessä
  5. vuon valvonta(vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta)
  6. virheen havainnointi
  7. osoitteet
  8. kanavointi(multipleksointi)
  9. kuljetuspalvelut

Tietoliikenteen standardointi: -standardi eli vakiintunut periaate tai käytäntö -edut:

  1. vahvistaa markkinat tuotteille
  2. yhteensopivuus

-haitat:

  1. jäädyttävät teknologiaa
  2. useita standardeja samalle asialle
  3. kompromissit

-organisaatioita:

  1. Internet Society(ISOC)
  2. ISO
  3. ITU-T
  4. ATM Forum
  5. IEEE
  6. IETF
  7. IAB
  8. IESG

-standardin vaatimukset:

  1. vakaa ja ymmärrettävä
  2. teknisesti kilpailukykyinen
  3. tulee olla useita itsenäisiä ja erillisiä yhteensopivia toteutuksia ja kokemusta toimivuudesta
  4. yleisesti tuettu ja hyväksytty
  5. hyödyllinen Internetille

-standardointi prosessi: Internet Draft→Proposed Standard→Draft Standard→Internet Standard

Siirtotiet: -johtimelliset:

  1. digitaalinen tai analoginen signaali
  2. tiedonsiirtonopeus riippuu pitkälti kaistanleveydestä
  3. signaalin vahivistus(vahvistin vs toistin)
  4. tyypit:
    1. parikaapeli
    2. koaksiaalikaapeli
    3. valokuitu
    4. sähköjohto

-johtimettomat

  1. signaali etenee ilmassa
  2. suunnattu tai suuntaamaton
  3. monitie-eteneminen
  4. vaimeneminen
  5. tyypit:
    1. mikroaaltolinkki
    2. satelliittilinkki
    3. radiotie
    4. infrapunalinkki

-siirtotien ja signaalin ominaisuudet vaikuttavat tiedonsiirron laatuun

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirto
  • Päivän tärkeimmät asiat: Tiedonsiirtotekniikat, virheiden havaitseminen/korjaus, datayhteyksien ohjausprotokollat, signaalikoodaus, modulaatio
  • Mitä opin:

Tiedonsiirron kulku:

  1. analoginen-digitaalinen käännös
  2. signaalikoodaus
  3. modulaatio(signaalin yhdistäminen kantoaaltoon)
  4. multipleksaus eli kanavointi(monta signaalia liitetään yhteen kun jaetaan siirtotie)
  5. siirto solmujen kautta
  6. demultipleksaus(signaali jaetaan moneksi)
  7. demodulaatio(signaali erotetaan kantoaallosta)
  8. koodauksen purku
  9. digitaali-analoginen käännös

Tiedonsiirtotekniikat:

  1. simplex(lähetys yhteen suuntaan)
  2. puoli duplex(lähetys molempiin suuntiin, vain yksi kerrallaan)
  3. täysi duplex(yhtäaikainen lähetys)
  4. analoginen vs digitaalinen signaali
  5. kaistanleveys(taajuusalue, jota siirtotie käyttää)
  6. vaimeneminen
  7. vääristyminen
  8. häiriöt

Synkrooninen ja epäsynkrooninen tiedonsiirto:

  1. epäsynkroonisessä data siirretään kirjain kerrallaan, helppo ja halpa
  2. synkroonisessa bittipalikat siirretään yhtenäisessä virrassa, hyvä isoille datapalikoille

Virheiden havainnointi/korjaus:

  1. parillisuuden tarkistus
  2. jakojäännös tarkistus
  3. korjaus yleensä uudelleen lähettämällä tai päätteleminen saadusta koodista

Datayhteyksien ohjausprotokollat:

  1. linkkitaso kerrosmallissa
  2. linkin yli välitettävän data hallitseminen:
    1. kehyksien synkronointi
    2. vuon hallinta(ettei lähettäjä hukuta vastaanottajaa)
    3. virheiden hallinta
    4. ohjaaminen
    5. kontrolli ja data
    6. linkin hallinta

Signaalikoodaus:

  1. signaali koodataan siirtotielle sopivaksi
  2. kellon synkroonissa pysyminen
  3. virheiden havainnointi
  4. tasavirtakomponentti

Tyyppejä:

  1. Nonreturn to Zero-level(NRZ-L)
  2. Nonreturn to Zero Inverted(NRZI)
  3. Bipolar-AMI
  4. Pseudoternary
  5. Manchester
  6. Differential Manchester
  7. B8ZS
  8. HDB3

Modulaatio:

  1. tieto sovitetaan siirtotielle
  2. signaalin yhdistäminen kantoaaltoon
  3. ASK
  4. BFSK
  5. BPSK
  6. DPSK
  7. QAM(käytössä ADSL)
  8. PCM
  9. Delta

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Kanavointi, kytkentäiset verkot
  • Päivän tärkeimmät asiat: kanavointimenetelmät, tele/dataliikenne, piiri/pakettikytkentä, reititysstrategiat
  • Mitä opin:

Kanavointi:

  1. siirtokapasiteetti voidaan jakaa useamman signaalin kesken= kanavointi
  2. kuidut, koaksaalikaapeli, mikroaallot, radiotie
  3. syyt: kustannustehokkuus, yksittäinen sovellus tarvitsee vain osan kapasiteetista
  4. lähetyspäässä yhdistetään linjalle, vastaanottopäässä puretaan

FDMA

  1. taajuusjakokanavointi
  2. signaalit omalla taajuusalueellaan(kanavilla)
  3. signaalit moduloidaan eri taajuuksisille kantoaalloille
  4. kanavien välissä tilaa ettei tule häiriöitä
  5. esim. tv-kanavat, radio-kanavat

TDMA

  1. aikajakokanavointi
  2. signaalit viipaloidaan aikajaksoihin
  3. synkroninen TDMA:
    1. datan oltava digitaalista
    2. data muodostaa kehyksiä
    3. kehykset muodustuvat aikaviipaleista
    4. useita aikaviipaleita voidaan yhdistää jonkun lähteen tiedonsiirron nopeuttamiseksi=kanava
    5. aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi= kapasitettia hukkaan jos dataa ei tarjolla
    6. mahdollistaa eri nopeuksilla toimivien lähteiden yhdistämisen
    7. ei ohjausinformaatiota
  4. tilastollinen(asynkroninen) TDMA
    1. aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan
    2. ohjausinformaatio vaaditaan
    3. esim. kaapelimodeemi

CDMA:

  1. koodijakokanavointi
  2. käytetään johtimettomilla siirtoteillä
  3. käytetään koko taajuusalue sekä kaikki aikaviipaleet
  4. taajuus ja aikajakokanavoinnista huolehtii multiplekseri
  5. koodijakokanavoinnista huolehtii päätelaite
  6. edut:
    1. tehokkaampi, joustavampi
    2. useat CDMA järjestelmät voivat toimia samalla alueella
    3. häiriöiden vaikutus pienenee
    4. laitteet kuluttavat vähemmän tehoa

Kytkentäiset verkot:

  1. koostuu solmupisteistä
  2. käyttävät laitteet asemia
  3. solmut tarjoavat asemille tietoliikenneverkon palvelun
  4. solmujen väliset linkit jaettu kanavoinnin avulla

Tele/Dataliikenne:

  1. teleliikenne:
    1. Puhelinverkot: PSTN, ISDN, GSM
  2. dataliikenne
    1. Dataverkot: X.25, lähiverkot, Internet, GPRS
    2. teleliikenteessä ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän= piirikytkentä
    3. datalle tehokkuus tärkeintä= pakettikytkentä
  1. piirikytkentäiset verkot:
    1. määritelty yhteys pisteyden välillä
    2. resurssit koko ajan yhteydellä
    3. yhteydenmuodostusaika merkittävä
    4. 1. yhteyden muodostus
    5. 2. datan siirto
    6. 3. yhteyden lopetus
  2. pakettikytkentäiset verkot
    1. data pilkotaan pieniin paketteihin
    2. datapaketti sisältää käyttäjän datan+kontrollidatan
    3. paketit kulkevat solmulta solmulle, verkon tilan oltava solmun tiedossa
    4. tehokkuus parempi verrattuna piirikytkentään
    5. datanopeuden muunnos mahdollista
    6. prioriteetit paketeille
    7. tietosähke ja virtuaalipiiri

Reititysstrategiat:

  1. kiinteät taulut(parien välillä vakioreitti)
  2. Flooding(paketti lähetetään joka paikkaan)
  3. satunnainen(paketti lähetetään satunnaisesti, kunnes perillä)
  4. mukautuva reititys(reittivalinnat tehdään verkon informaation mukaan)

Tukkeutuminen:

  1. kun pakettien määrä ylittää verkon suorituskyvyn
  2. 80% käyttö on kritikaalinen taso
  3. pakettien menetys mahdollista(bufferi täyttyy ja täyteen bufferiin saapuva paketti häviää)

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe: Matkapuhelinverkot, LAN, WLAN, Tietoturva
  • Päivän tärkeimmät asiat:
  • Mitä opin:

Matkapuhelinverkot:

  1. soluverkko
  2. yksi lähetin tuottaa oman solun
  3. taajuuksien uudelleenkäyttö
  4. kapasitettin lisääminen: uusia kanavia, taajuuksien lainaaminen, solujen jakaminen
  5. 3G: nopea johtimeton yhteys multimedialle äänen lisäksi

LAN:

  1. 1970
  2. yleisin verkkotyyppi
  3. halpa ja helposti saatavilla oleva
  4. LAN-topologiat: väylä, puu, rengas, tähti
  5. MAC-protokolla: missä ja kuinka
  6. Ethernet tekniikoita: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps

Internetworking:

  1. arkkitehtuuri
  2. tekniikka useiden verkkojen yhdistämiseen yhdeksi suureksi verkoksi

Tietoturva:

  1. uhkia: luvaton pääsy, luvaton tietojen käyttö, salaisen tiedon paljastuminen, tiedon muuttuminen, tiedon häviäminen
  2. virustorjuntaohjelmat aina askeleen jäljessä
  3. tietoturva voidaan jakaa kolmeen osaan:
  4. työaseminen tietoturva: käyttäjän tunnistus ja käyttöoikeudet
  5. palvelimen tietoturva: varmuuskopiointi, levyjärjestelmien kahdennus, auditointi ja verkon käytön rajoitukset
  6. verkon tietoturva: palomuuri, nat-palvelut, verkonhallinta
  7. tietoturvaa voidaan parantaa salakirjoittamalla tieto

Kotitehtävä 1

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

Kuinka modeemi käsittelee eri laitteiden yhteydet yhtäaikaa?

Kuinka monta kännykkää voi olla samaan aikaan verossa samassa solussa?

Kuinka IPTV palvelut kuten Elisa Viihde toimivat?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: 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.

Valitsin seuraavat kolme protokollaa:

  • IP
  • UDP
  • HTTP

IP:

IP eli Internet Protocol on Internetin keskeisin protokolla ja se yhdistää kaikkia Internettiin liitettyjä laitteita. IP on Internet-kerroksen protokolla ja sen tehtävä on huolehtia IP-pakettien perille toimittaminen. Paketit toimitetaan perille IP-osoitteiden avulla.

IP:n määritelmä: https://tools.ietf.org/html/rfc791

UDP:

UDP eli User Datagram Protocol on yhteydetön protokolla, eli se ei vaadi yhteyttä laitteiden välille. UDP mahdollistaa tiedostojen siirron, mutta protokolla ei varmista pakettien perille menoa. UDP:tä käytetään esimerkiksi verkkopeleissä ja reaaliaikaisen videon ja äänen siirrossa.

UDP:n määritelmä: https://tools.ietf.org/html/rfc768

HTTP:

Selaimet ja WWW-palvelimet käyttävät HTTP(Hypertext Transfer Protocol):ta tiedostojen siirtoon. Protokollan toiminta perustuu asiakasohjelman palvelupyyntöön ja palvelimen vastaukseen.

Uusimman HTTP 1.1:n määritelmä: https://tools.ietf.org/html/rfc2616

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

Mitä tarkoittaa mimo, spatiaalinen limitys, modulointi? Onko taajuusalueita vapaana kuinka paljon? Miten paljon signaali vaimenee esteissä ja kuinka paljon sen taajuus vaikuttaa tähän?

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: 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.

ADSL:

  1. siirtotie: parikaapeli
  2. koodaus: DMT (Dicrete Multi-Tone) ja CAP Carrierless Amplitude and Phase modulation)

GSM:

  1. siirotie: radioaallot
  2. taajuusalue: Suomessa 900MHz ja 1800MHz
  3. koodaus: FR GSM 06.10, HR GSM 06.20, EFR GSM 06.60

Bluetooth:

  1. siirtotie: radioaalto
  2. taajuusalue: 2,45 GHz
  3. koodaus: GFSK

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: 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:ssä käytetään DMT-modulaatiota, joka mahdollistaa tiedon yhtäaikaisen siirron useilla kanavilla ilman että ne häiritsevät toisiaan. Download ja upload suunnat käyttävät eri taajuusalueita. Download taajuusalue on jaettu 255 kanavaan ja upload 32 kanavaan. Kanavien häiriönsiirtokykyä ja tiedonsiirtonopeutta voidaan erikseen säätää.

GSM:ssä taajuusalue on jaettu aikajaksoihin joita yksittäiset puhelimet voivat käyttää. Tällä saavutetaan 8 full-rate tai 16 half-rate puhekanavaa per radiotaajuus. Aikajaksot on jaettu kehyksiin. Kehyksen pituus on 4,615 millisekunttia ja kanavan datanopeus on 270,833 kilobittiä/sekuntti.

Bluetoothin käyttämä taajuuslue on jaettu 79 kanavaan. Bluetooth käyttää taajuushyppelyä eli vaihtelee lähetystaajuutta jatkuvasti. Taajuutta vaihdetaan 1600 kertaa sekunnissa. Bluetoothin käyttämä tietoliikenne on siis pakettikytkennäistä ja yhden paketin lähetysaika on 625 mikrosekunttia.

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: 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.

Käsittelen sähköpostin lähettämistä.

Sähköpostiviesti kirjoitetaan tietokoneella. Käyttäjän näppäimistön painallukset tallentuvat tietokoneelle digitaalisena tietona joten analogis-digitaalista muunnosta ei tarvitse tehdä tässä vaiheessa. Sähköpostiohjelman tuottama viesti kulkee sovelluskerroksesta alaspäin. Matkalla sähköpostin sisältämä data laitetaan datablockeihin ja sen headeriin lisätään ohjausinformaatiota ja muuta informaatiota. Sähköpostiviestin lähettämiseen käytetään nykyään ESMTP-protokollaa. Datapakettien päästyä fyysiseen kerrokseen ne signaalikoodataan, moduloidaan kantoaaltoon ja kanavoidaan siirtotielle. Data kulkee siirtotietä pitkin lähettäjän sähköpostipalvelimelle ja sieltä vastaanottajan sähköpostipalvelimelle. Sähköpostipalvelin viestittää vastaanottajalle uudesta viestistä. Vastaanottajan sähköposti ohjelma voi hakea viestin käyttämällä POP-protokollaa. Datapaketit kulkevat kerrosmallin fyysiseltä kerrokselta ylöspäin ja matkalla niistä kootaan taas viesti jonka ihminen voi lukea.

Tietoturva otetaan sähköpostin tapauksessa huomioon estämällä luvaton pääsy sähköpostipalvelimelle, tarkistamlla sähköposti viiruksien varalta ja salakirjoittamalla sisältö. Käyttäjän ladattua sähköpostin omalle koneelleen, pysyy siitä vielä kopio palvelimalla tiedon katoamisen varalta.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Luentomateriaalin selaus: 0,5 h

Oppimispäiväkirjan täyttö: 0,5 h

Kotitehtävän teko: 1 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 6 h Luentomateriaalin selaus: 1,5 h

Oppimispäiväkirjan täyttö: 1,0 h

Kotitehtävän teko: 1 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 6h Luentomateriaalin selaus: 1,0h

Oppimispäiväkirjan täyttö: 1,0h

Kotitehtävien teko: 0,5h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 6h Luentomateriaalin selaus: 2,0h

Oppimispäiväkirjan täyttö: 1,0h

Kotitehtävien teko: 0,5h

  • Luentoviikko 5

Lähiopetus: 6h Luentomateriaalin selaus: 3,0h

Oppimispäiväkirjan täyttö: 2,0h

Kotitehtävien teko: 0,5h


Pääsivulle