Tuomo Norosen WIKI-sivu

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Näkemykseni tietoliikenteessä käsittää sen kaupallisteknologisen kehityskaaren, jonka alkupäässä ensimmäiset sovellutukset jalkautuivat arkikäyttäjän (ei siis IT-ammattilaisen) ulottuville 90-luvulla ja toisessa päässä nykytilan jossa kuka tahansa voi luoda, jakaa ja kehittää sisältöä internetissä. Tulevaisuuden osalta uskon tietotekniikan mahdollistavan älykkään ympäristön koteihin, työpaikkoihin, kouluihin ja ulkopuoliseen maailmaan. Kaikki kehitys ei toki ole tarpeellista eikä ainakaan viimeaikaiset tutkimustulokset puhu mairittelevasti tietoyhteiskunnan puolesta: Ihmisten pitkäkestoinen muisti on esimerkiksi alkanut huonontua, kun tietoa ei enää tarvitse pitää päässä vaan se on ulkoistettu vaikkapa mobiililaitteen sisään. Yhtälailla huolestun lasten vieraantumisesta luontoon - enää ei kerätä kasveja leikekirjan väliin, vaan niistä vain otetaan kuvia! Toinen ilmiö on tietoliikennekapasiteetin akuutti riittämättömyys. Tiedonsiirtonopeus moninkertaistuu muutaman vuoden välein, mutta siirrettävän tiedon määrä samoin. Esimerkiksi nykyaikaiset digitaalikamerat ottavat tarpeettoman suuria kuvia (kaupallisen laatuisella resoluutiolla) mutta sillä ei ole väliä koska kuva siitä huolimatta siirtyy sosiaaliseen mediaan silmän räpäyksessä.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Yleiskatsaus tietoliikenteeseen ja kerrosmalleihin.
  • Päivän tärkeimmät asiat:
  • 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

• 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 käyttäjä 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

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.

Teoreettinen kolmen kerroksen malli.

Kommunikointi toisen järjestelmän kanssa toteutetaan aina alimman kerroksen kautta. Sisältää 1 Sovellusmoduulin 2 Kommunikointimoduulin ja 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.

Kommunikointimalli, Kerrosarkkitehtuuri, protokolla (tärkeimpänä TCP/IP)

  • Mitä opin tällä kertaa: Kommunikointimalli, toisin sanoen toiminnallinen malli tietoliikenteelle jossa lähteeltä tuleva informaatio muuttuu digitaaliseksi signaaliksi, sitten analogiseksi ja siirtämisen jälkeen toistuu kohteessa samansisältöisenä.
  • Opin myös ymmärtämään tiedon siirtämisen mahdollistavien protokollien perusajatuksen.
  • Jäi epäselväksi: Etäverkkojen tekninen toteutus reitittimineen ja solmuineen on vielä täysin abstraktilla tavalla. Samoin TCP/IP-protokollan käyttö käytännössä. Kenties esimerkki johonkin arkipäivän sovellukseen olisi avannut asiaa.

Luentopäivä 2:

Luentopäivä 3:

Luentopäivä 4:

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kuvaan olen valinnut modeemin, tietokoneen, puhelimen, sykemittarin, pelikonsolin, television ja viritin-vahvistimen. Kuvassa on eroteltu langattomat ja langalliset tietoliikenneyhteydet. Kaikki langattomat toimivat myös johtimilla.

Kotitehtävä 2

  1. Kaiken modernin tietoliikenteen perusprotokollia on FTP (File Transfer Protocol) joka mahdollistaa tiedostojen siirron kahden koneen välillä käyttöjärjestelmästä riippumatta. Standardi vuodelta 1985 löytyy osoitteesta http://tools.ietf.org/html/rfc959
  2. Osoitteesta http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11-2007.pdf on saatavilla standardi protokollasta IEEE 802.11 jota langattomissa WLAN-lähiverkoissa (myös nimellä WiFi) käytetään tiedonsiirtoon. Yleisimmät versiot ovat 802.11b ja 802.11g.
  3. Bluetooth on teknologia lyhyen matkan langattomaan tiedonsiirtoon taajuusalueella 2400-2480 MHz. Yksi monista bluetooth-laitteiden käyttämistä tiedonsiirtoprotokollista on AVRCP jota käytetään mm. laitteiden perusasetusten säätämiseen, esimerkiksi television tai äänentoistolaitteen. Lisätietoa saa osoitteesta https://www.bluetooth.org/Building/HowTechnologyWorks/ProfilesAndProtocols/AVRCP.htm.

Kotitehtävä 3

Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista. 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.

Optista kuitua on alettu laajenevasti käyttää kaikenlaisen tiedon kuten äänen, datan, puhesignaalin ja televisiolähetysten siirtoon. Sen etuna muihin siirtoteihin verrattuna on hyvä häiriönsietokyky ja vaimeneminen. Niiden käyttöönotto on kuitenkin hankalaa sillä toisin kuin puhelin- ja sähkojohdot, tällaisia kaapeleita ei ole vanhempaan infrastruktuuriin asennettu joten ne pitää asentaa/kaivaa jälkikäteen. Kaupunkien ja asutuskeskusten väliset yhteydet ovat siten olleet helpompia rakentaa kuin kaupungin sisäiset yhteydet. Optisessa tiedonsiirrossa digitaalinen signaali muutetaan optiseksi signaaliksi esim. LED-valolla tai laser-säteellä joka sitten etenee kuitua pitkin vastaanottimeen. Kotonani minulla on optinen kaapeli joka välittää television äänisignaalin stereovahvistimeen.

Autossani on radio jolla kuuntelen ilmateitse radiolähetystä. Radio vastaanottaa taajuusmoduloitua radiosignaalia, kanavat löytyvät taajuusalueelta 87,5 MHz - 108,0 MHz. Kanavien väli on yleensä vähintään 0,5 MHz jotta vältyttäisiin ristiin kuulumiselta ja häiriöiltä. Ilmateitse voidaan analogisella radioaallolla siirtää sekä digitaalista dataa että analogista signaalia.

Television kaukosäädin hyödyntää tyypillisesti johtimetonta siirtotietä infrapunasäteilyn muodossa. Kaukosäätimen napin painallus lähettää digitaalisen signaalin LED-valolle josta se oikein osoitettuna säteilee pulssin televisiota kohti. Television ollessa valmiustilassa se vastaanottaa signaalin joka voi olla esim. 14-bittinen napin painallusta kohden ja suorittaa halutun toiminnon.

Kotitehtävä 4

Ethernetillä tarkoitetaan lähiverkkoja joiden toteutuksessa käytetään CSMA/CD-kilpavaraustekniikkaa siirtotien jakamiseen työasemien kesken. Ethernet toteuttaa OSI-mallin kerrokset 1 ja 2 (fyysinen- ja siirtoyhteyskerros). IEEE on standardoinut Ethernet-tekniikoita 802.3-työryhmässä. Ethernet noudattaa väylätopologiaa.

Ethernetin kaistanvarausmenetelmä on CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection). Se on kilpavarausmenetelmä: jos mikään muu laite ei lähetä (Carrier Sense), kaikilla laitteilla on oikeus aloittaa lähetys (Multiple Access). Jos kaksi tai useampi laite alkaa lähettää samanaikaisesti, ne havaitsevat törmäyksen (Collision Detection) ja keskeyttävät lähetyksen. Törmäykseen osallistuneet laitteet odottavat satunnaisen ajan, jonka jälkeen ne yrittävät uudelleen lähettämistä. CSMA/CD -menetelmässä suoritetaan kanavanvaraus kuuntelemalla kaapelisegmentin liikennetilannetta, joka tapahtuu käytännössä mittaamalla kaapelin jännitetasoja, ja mikäli segmentti vaikuttaa vapaalta, voidaan lähettää. Mikäli tapahtuu törmäys samaan Ethernet-segmenttiin kytkettyjen asemien alkaessa lähettää samanaikaisesti, se voidaan huomata johdon jännitetasojen epänormaaliudesta. Tällöin ensimmäinen törmäyksen havainnut asema lähettää jam-signaalin, joka viestittää segmentin kaikille laitteille tapahtuneesta törmäyksestä. Jam-signaalin vastaanotettuaan kaikki segmentin aseman vaikenevat ja odottavat satunnaisen ajan. Se asema, jonka satunnainen odotusaika on lyhin, aloittaa lähettämisen uudelleen ensimmäisenä. Koska odotusajat ovat satunnaisia, on epätodennäköistä, että joku toinen asema alkaisi jälleen lähettää samaan aikaan, mutta jos näin käy, tapahtuu jälleen törmäys ja toipumisprosessi jam-signaaleineen alkaa uudestaan.

Ethernet perustuu nykyisin parikaapeliin ja järjestelmä sopii hyvin lyhyen etäisyyden johtimelliseen tiedonsiirtoon. Ethernetissä pakettidatan kehyksen koko on enintään 1518 tavua, josta hyötykuormaa on 1500 tavua.

Kotitehtävä 5

Skype on VOIP-(voice over internet protocol) tyyppinen hyödyntävä videopuhelusovellus. Sen käyttämä protokolla on SIP (session initiation protocol), joka käyttää yhteydellistä pakettikytkentäistä tiedonsiirtoa.

Mikrofonin vastaanottama analoginen äänisignaali muuttuu digitaaliseksi ja digitaalisesta äänidatasta karsitaan vielä kaikki ylimääräinen pois, jotta saadaan mahdollisimman pieni paketti. Skypen käyttämä äänikoodaus on nykyään nimeltä SILK, videon koodaukseen käytetään VP7:ää. Pakettiin lisätään tiedonsiirtoon tarvittavat osoitetiedot sekä muu ohjausinformaatio, jonka jälkeen valmis paketti lähtee internetiin. Vastaanottavassa päässä oleva sovellus kokoaa saapuvat paketit oikeaan järjestykseen ja toistaa äänen sitä mukaa kun paketteja saapuu. Siirron aikana saattaa paketteja kadota, jolloin vastaanottajan kuuleman äänen laatu heikkenee ja pätkii.

Tietoturvan näkökulmasta tavanomaiset tunnus- ja salasanavarkaudet ovat mahdollisia. Puhelun aikainen tietoturva on myös huomioitava: Puhelun datapaketit salataan AES(advanced encryption standard)-menetelmällä. Skypen käyttämä protokolla on mahdollista havaita ja siten ainakin teoriassa kolmannen osapuolen salakuuntelu ja -katselu on mahdollista esimerkiksi vakoiluohjelman avulla. Skypestä julkaistiin 2012 valeversio, joka näytti oikealta ohjelmalta, mutta sisälsikin “troijalaisen” haittaohjelman. Tässä mielessä ilmaiset, verkosta ladattavat ohjelmat ovat riski; mistä voi tietää asentavansa alkuperäisen ohjelman eikä näköiskopiota? Kuten yleensä, ajantasainen virustorjuntaohjelma on välttämätön.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h

  • Luentoviikko 2
  • Luentoviikko 3
  • Luentoviikko 4

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