Oskar Paakkarisen WIKI-sivu

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.

Näkemys tietoliikenteestä muuttuu nopeassa tahdissa kehityksen mennessä eteenpäin. Edellisessä opinahjossa saamani opit tullaan todennäköisesti kumoamaan tämän kurssin aikana. Tietoliikenteen merkitys taloudelle on kasvanut huimasti ja sen tehokas hyödyntäminen vaatii paljon resursseja yrityksiltä ja yksilöiltä. Paljon liikkuvia osia ja langattomuuden yleistyminen.

Avainsanat annettu tunnilla.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe:
    • Yleiskatsaus tietoliikenteeseen sisältäen kerrosmallit, protokollat, siirtotiet, verkot ja verkon toiminnot.
    • TCP/IP, OSI ja Stallingsin mallien läpikäynti.

Kirjallisuutta:

  • Luentokalvot
  • Stallings, W.: Data and Computer Communications, 9th Edition, Pearson 2011
  • Kappaleet: 1-10, 12-19, 22-24, enemmän efforttia loppuun, tietoturva-asioita
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Kommunikaation määrittely: Yhdessä pisteessä tuotettu viesti uudelleentuotetaan toisessa pisteessä. HUOM! Kohina/virheet!
    • OSI-, TCP/IP- ja Stallingsin mallin mukaiset kerrosarkkitehtuurit.
    • TIETO KULKEE AINA ALIMMAN KERROKSEN KAUTTA, OSI-MALLISSA KOLMEN ALIMMAN KERROKSEN KAUTTA!!
    • Ideaalitilanne: Kerrokset määritellään niin, että muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta toisen kerrosten määrittelyihin.
    • Protokolla: Toteuttaa toiminnan kahden pisteen välillä, eri pisteissä olevan samantasoisen kerroksen kanssa. HUOM! Yhdessä kerroksessa voi olla useampi protokolla (TCP vs, UDP)
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Näkemään kerrosarkkitehtuurin hieman eri näkökulmasta Stallingsin mallin mukaan, joka on “typistetty” kolmen kerroksen malli.
  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 2:

        ISP = Internet Service Provider eli palveluntarjoaja

Protocol Example - luennolla

Protokolla on sopimus, kuinka jotain tehdään. Eri järjestelmien oliot kommunikoivat keskenään, täytyy sopia mitä, kuinka ja koska kommunikoidaan!

Esimerkkejä:

  1. HTTP - selain
  2. FTP - File transfer
  3. SMTP - Email
  4. IP - Packets across the Internet HUOM! Paketti täytyy purkaa aina IP:hen asti, jotta tiedetään minne sillä on matka!

○ Esimerkkinä kirjeen lähetys: Address = destination, reply-to=lähde, content=payload of packet SSH, FTP, HTTP, SMTP DNS, VoIP TCP UDP Internet Protocol

TCP on verrattavissa puhelinkeskusteluun, UDP postikortin lähettämiseen.

Järjestelmä ja olio

  1. Protokolla on kahden elemntin väillä tapahtuvaa keskustelua - samalla kielellä: mitä, kuinka ja koska

Protokolla koostuu

	○ Syntaksista
		§ sanaston, tiedon muotoilun ja signaalitasot
	○ SEmantiikasta
		§ Toimintologiikka, mitä tehdään kun paketti saapuu. Esim. virheenkorjaus
	○ Ajoituksesta
		§ Pitää sisällään siirtonopeuden, pakettien oikean järjseyksen ja muut siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet

Kommunikointijärjestelmät

d) Protokolla voi olla verkon sisällä eri kuin verkkojen välillä - tähän päästään myöhemmin

Protokollien toimintoja

Perustoimintoja:

Segmentointi <> kokoaminen

  1. Datavirtojen välittäminen kahden olion välillä (datalohkoina riippuen sovelluksesta)
  2. Kaikilla kerroksilla ei kuitenkaan käsitellä samankokoisia datalohkoja, jolloin pienempiä lohkoja käsittelevä kerros voi joutua pilkkomaan datan pienempiin osiin (segmentointi)

○ ATM 53 (5 + 46) tavua, Ethernet max. 1526 tavua.

  1. Virheenkorjaus tehokkaampaa pienellä paketilla, esim. selective repeat -tekniikassa päästään vähemmillä biteillä
  2. Tasaisempi verkon käyttö kun ladataan suuria paketteja pienellä solukoolla. pienemmät lähetys- ja vastaanottopuskurit –> OVERHEAD!
  3. Haittoja:

○ ohjausinformaation määrä kasvaa mitä pienemmät datalohkot

Paketointi

  1. Ohjausinformaation lisäämistä kutsutaan paketoinniksi
  2. Esim. Osoite, pariteettibitti, protokollan ohjausinformaatio

Yhteyden hallinta

  1. Olioiden välinen kommunikointi voi olla:

○ Yhteydetöntä, esim. postikortti

	○ Yhteydellistä, esim. puhelu
- Yhteydellinen kommunikointi on suotavaa, kun
	○ Siirrettävää dataa on jatkuvasti paljon ja/tai vaaditaan reaaliaikaisuutta
- Yhteydellinen kommunikointi koostuu
	○ Yhteyden muodostaminen
	○ Tiedon siirto
	○ Yhteyden purkaminen
  1. Yhteydetön kommunikointi on suotavaa, mikäli

○ Protokollan tulee toimia dynaamisesti (VoIP)

  1. Yhteyden muodostumisessa voidaan neuvotella syntaksiin, semantiikkaan tai ajastukseen liittyvistä asioista
  2. Yhteys voidaan lopettaa kumman tahansa kommunikoijan tai palvelun tarjoajan toimesta
  3. Tärkeä osa yhteyden hallintaa on tietoyksiköiden numerointi (sequencing)

○ Numeroinnilla mahdollistetaan oikea järjestys, virheenkorjaus ja vuon valvonta

	○ Toimitus oikeassa järjestyksessä

Vuon valvonta

  1. Toimenpide, jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta
  2. Vuon valvontaa toteutetaan useiden kerrosten protokollissa
  3. Yksinkertaisimmillaan stop-and-wait

○ Jokaiseen pakettiin tultava vahvistus ennen seuraavan lähetystä

  1. Liukuvan ikkunan menetelmä jo varsin tehokkaita (lähteys-/vastaanottopuskurit, siirretään viisi pakettia kerrallaan ja lähettäjä siirtää ikkunan yhtä eteenpäin.)

Virheen havainnointi ja korjaus HUOM! Kaksi eri asiaa!

  1. Usein virheen havainnointi ja uudelleenlähetys

○ virheenhavainnointikoodi jokaisessa PDU:ssa, tarkistetaan vastaanottaessa

	○ Uudelleenlähetystä ohjataan ajastimilla: mikäli ei saada kuittausta, lähetetään uudestaan
	○ Virheenkorjausta monilla kerroksilla
	○ Havainnointi: Pariteettibitti, lasketaan ykkösten määrä: Ei kovin tehokas tapa havaita virheitä!
		OIIIOII[I]
		IIIOOIO[O]
- Korjaus
	○ koodisana ja koodisanan pituus tärkeitä - jos liikaa virheitä, ei voida löytää oikeaa dataa
- Virheentarkkailun tapoja
	○ VIrheiden havainnointi
	○ SAapuneiden pakettien vahvistus
	○ Uudelleenlähetys tietyn ajan jälkeen
	○ Virheelisten pakettien vahvistus
	○ Automatic repeat request (ARQ)
		§ Stop-and-wait
		§ Go-Back-N
		§ Selective-reject

Osoitteet (lue kelmut!)

  1. Osoitustaso (addressing level) lokaali vai globaali

○ lokaali vai globaali, verkkotaso vai sovellustaso

  1. Osoituksen laajuus (addressing scope)
  2. Yhteystunnisteet (connection identifiers)
  3. Osoitustila (addressing mode)

○ Unicast, Multicast, Broadcast

SAP=portti, vrt. URLin porttinrot, viittaavat palveluun ko. URL:ssä! Multipleksointi!

Kanavointi

  1. Multipleksointi
  2. Voidaan käsittää useina yhteyksnä yksittäiseen järjestelmään tai yksittäisellä siirtotiellä

○ Esim. portit TCP/IP:ssä

	○ Sovellukset käyttää koneella samaa ADSL-yhteyttä, se on siis multipleksoitu

Kuljetuspalvelut

  1. Protokollat voivat tarjota niitä käyttävlle olioille erilaisia palveluita mainittujen ns- peruspalveluiden lisälsi:

§ Proriteetti: viesti-/yhteyskohtainen (esim. tietyn yhteyden paketit mahd. nopeasti perille

		§ Palvelutaso, palvelun laatu (QoS)
		§ Tietoturva
	○ Riippuvat siirtojärjestelmästä ja alemman tason kerroksista

HUOM! PROTOKOLLA TOTEUTTAA KERROKSEN TOIMINNAN!! HUOM! OHJAUSINFORMAATIO TOTEUTTAA PROTOKOLLAN!!

IMAP = tilapohjainen, kaikki viestit palvelimella POP3 = tilaton, download-and-delete tai download-and-preserve -tyyppinen. Jos vaihdetaan clientiä, viestit katoavat?

TILAKONE: TCP/IP: vastaanottaja ja lähettäjä ovat samassa tilassa

KELMUSARJA 2:

STANDARDOINTI

Tullakseen standardiksi määrittelyn tulee olla: – vakaa ja ymmärrettävä – teknisesti kilpailukykyinen – määrittelyllä tulee olla useita itsenäisiä ja erillisiä yhteensopivia toteutuksia ja kokemusta määrittelyn toimivuudesta – yleisesti tuettu ja hyväksytty – tunnistettavasti hyödyllinen Internetille, joko osalle tai kokonaisuudelle

TSEKKAA RFC:t uusien standardien osalta!

  1. RFC:t ovat joukko asiakirjoja, jotka kuvaavat Internetin erilaisia käytäntöjä ja teknisiä määrittelyjä eli protokollia

KELMUSARJA 3:

SIIRTOTIET (SIIRTOMEDIA)

Käydään läpi fyysiset ominaisuudet, sovelluskohteet ja pääpiirteet siirron kannalta

Siirtotiet, joilla tietoa siirretään eri järjestelmien välillä, voidaa jakaa kahteen kategoriaan: Johtimellisessa (ohjatussa) siirtotiessä fyysinen johdin

• parikaapeli
• koaksiaali
• valokuitu
• sähköjohto

Johtimeton (ohjaamaton) siirtotie on langaton

• Mikroaaltolinkit
• satelliittilinkit
• radiotie
• infrapunalinkit

ATTENUATION = VAIMENEMINEN

Johtimelliset siirtotiet

Johtimellisessa siirtotiessä tiedonsiirtonopeus tai laitteiden välinen etäisyys riippuu pitkälti käytettävissä olevasta kaistanleveydestä

  1. Runkoverkot, tilaajaliittymät (DSL)
  2. Voidaan välittää sekä digitaalisia että analogisia signaaleita
  3. Siirtorien pituuden kasvattamiseksi suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää parantaa (vahvistaa/tahdistaa)

○ Analogisella signaalilla käytetään vahvistimia

	○ Digitaalisilla signaaleilla toistimia

Parikaapeli

  1. Käytetään yleisesti niin puhelin- kuin dataverkoissa
  2. Mitä suurempi tiedonsiirtonopeus, sitä lyhyempi etäisyys. Mitä suurempi taajuus, sitä suurempi signaalin vaimeneminen.
  3. Johtimien kiertäminen vähentää matalan taajudeen häiriöitä

○ Eri mittaisten kierteden käyttö pinentää taas ylikuulumista (vierekkäisten parien)

  1. Eri tyyppejä: suojattu (STP), suojaamaton (UTP), foliosuojattu (FTP)
  2. Eri kategorioita: CAT1-CAT7
  3. NEXT= Tehoero lähetys- ja vastaanottopäissä!, Near End Crosstalk

Koaksiaalikaapeli

  1. Kaksi johdinta sisäkkäin
  2. Parempi häiriönsieto jo luontaisesti
  3. Anat ja digit! Vahvistimet ja toistimet 1 km välein.

Optinen kuitu

  1. Optinen kuitu on 2-125mikrometrin paksuista valoa läpäisevää materiaalia
  2. Kuitu koostuu ytimestä, heijastuskerroksesta ja kuoresta
  3. Ytimessä (Core) siirretään valoaallot, yleensä aina digitaalinen signaali
  4. Heijastuskerroksen (cladding) tarkoituksen aon pitää valo ytimessä
  5. Kuori (jacket) suojaa kuitua kosteudelta ja vaurioilta
  1. Suuri kapasiteetti (Kelmu 28.)

○ satoja gigatavuja

  1. Pieni koko ja kevyt

○ Vähentää rakenteellisia vaatimuksia

  1. Pienempi vaimentuminen
  2. Elektromagneettinen eristys
  3. Pidempi toistimien etäisyys. Pienemmät kustannukset ja vähemmän häiriöitä
  4. Valonlähteenä LED tai ILD-laser
  5. Kaikki aallon pituudet eivät sovi tiedonsiirtoon
  6. Käyttökohteita:

○ Runkoverkot

	○ Kaupunkiverkot
	○ Lähiverkot
	○ Tilaajajohdot
- Optiset kuidut toimivat 100-1000Thz taajuudella
- Voidaan jakaa monimuoto- ja yksimuotokuituihin. Monimuotokuituja on askeltaitekertoimisia ja asteittaiskertoimisia:
	○ Signaalipulssin leveneminen ja vaimeneminen = dispersio, hajonta. Muotodispersio/materiaalidispersio=eri valon aallonpituudet vaimenevat eri tavalla.
Kelmusarja 3bertta:

Johtimettomat siirtotiet

Signaali etenee ilmassa tai muussa väliaineessa antennien välityksellä
Jako
	○ Suunnattu directional
	○ suuntaamaton ominidirectional

Tärkeimmät etenemismekanismit

1. Eteneminen näköyhteysreittiä pitkin, line of sight propagation
	a. Aallon kaartumisen takia radiohorisontti on geometristä horisonttia kauempana
		d) 3,57*sqrt h
	b. Tärkein etenemismekanisti UHF, SHF, EHF-alueilla (n. 20 MHz- 300 GHz)
2. Eteneminen ilmakehän heterogeenisuuksista tapahtuvat sironnan (scattering) avulla
	a. 0,3-10 GHz
3. Eteneminen ionosfäärin kautt, sky wave propagation
	a. Radioaalto voi heijastua ionosfäärin kautta alle 30 MHz: taajuuksilla
	b. Heijastuminen johtuu aaltojen taittumisesta (refraction)
4. Eteneminen maanpinta-aaltona: Ground wave propagation
	a. Matalat taajuudet vaimenemisen takia

Kolme perustaajuusaluetta:

  1. 30 MHz - 1 GHz - käytetään ympärisäteilevissä sovelluksissa (radioaallot)
  2. 1 - 40 GHz mikroaallot - käytetään erittäin tarkasti suunnatuissa antenneissa
  3. 300 GHz - 200 THz infrapuna-alue - käytetään esim. toimistoympäristöissä yhden huoneen sisällä point-to-point kommunikointiin

Erilaisia antennityyppejä – Ympärisäteilevä – Eri tavoin suuntaavat antennit – Sektoriantennit – Satelliittiantenni

  1. On myös hyvä muistaa, että antennien suuntakuviot ovat kolmiulotteisia

-ISOTROOPPINEN ANTENNI SÄTEILEE JOKA SUUNTAAN TASAISESTI

  1. Antennivahvistus ilmoitetaan dB:nä ja se on suhteessa isotrooppiseen antenniin

Johtimettomat siirtotiet

MIKROAALTOLINKIT

  1. Tarkasti suunnatut lautasantennit
  2. Antennit sijaitsevat riittävän korkealla, jotta “näköyhteysvaatimus” saavutettaisiin
  3. max. etäisyys d antennien välillä on

○ d= 3,57 * sqrt Kh, jossa K on korjauskerroin

  1. Suurin häiriötekijä signaalin vaimennus

○ Vaimennus on etäisyyden ja aallonpituuden funktio:

		§ vaimennus on etäisyyden neliön funktio, kun parikaapelilla ja koaksiaalilla vaimennus on eksponentiaalinen etäisyyden suhteen
- Taajuusalueuiuden käyttö on hyvin säänneltyä
- Mitä suurempi taajuus, sitä pienempi antenni

SATELLIITTILINKIT

  1. Eräänlaisia mikroaaltolinkkejä
  2. Maassa sijaitsevatlähettimet ja vastaanottimet linkittyvät satelliittien kautta
  3. Kaksi taajuusaluetta satelliitilla

○ vastaanotto uplink-kaistalla

	○ lähettää lähettää downlinkllä
- Toiminta voi olla
	○ point-to-point
	○ broadcast - TV
- Kiertoratatyypit
	○ Geostationaariset satelliitit, korkeudella 35784 km (GEO, earth orbit)
	○ LEO=Low earth orbit, MEO=Medium earth orbit, myös HEOja on olemassa
- Samalla kaistalla toimivat satelliitit eivät saa olla liian lähellä toisiaan häiriöiden vuoksi
	○ 4 astetta 4/6 GHz kaistalla
	○ 3 astetta 12/14 GHz kaistalla
- Paras taajuusalue 1-10 GHz
	○ Yleisesti käytössä 4/6 GHz  kaista: D/U
- Huomattava viive etäisyyden takia: latenssi 270ms GEO

RADIOTIE

  1. Eroaa mikroaalto- ja satelliittilinkeistä lähinnä aaltojen suuntaamattomuudessa

○ Antennien ei tarvitse olla lautasantenneja

  1. Taajuusalueet 3 kHz - 300 GHz radioaaltoja
  2. Tehokkaimmillaan radiotie on 30 MHz - 1 GHz alueella

○ Aallot eivät vaimene niin herkästi

  1. Ongelmana monitie-eteneminen

○ Muut häiriöt vastaavia kuin mikroaalloilla

  1. Ominaisuuksia:

○ Vaimeneminen

	○ Sironta
	○ Häipyminen
	○ Monitie-eteneminen
	○ Heijastuminen, taipuminen ja taittuminen
	○ Doppler

Vaimeneminen (attenuation/path loss)

  1. Signaalin tehon väheneminenn
  2. Signaalin amplitudi pienenee
  3. Johtimellisella siirtotiellä lasku logaritmistä ja voidaan ilmoittaa db:nä etäisyyden suhteen
  4. Johtimettomalla siirtotiellä on useampia tekijöitä
  5. Vastaanotettavan signaalin pitää olla tarpeeksi voimakas, jotta vastaanotin tunnistaa sen

○ Signaalin pitää olla voimakkaampi kuin kohinan S/N-ratio

  1. Vahvistaminen tai toistaminen tietyin välimatkoin

○ Korkeampia taajuuksia voidaan vahvistaa enemmän jotta vaimeneminen olisikaikilla taajuuksillä yhtä voimakasta

  1. Liian voimakas S voi aiheuttaa vääristymiä vastaanottimessa
  2. Vapaan tilan vaimeneminen: edetessään signaali hajaantuu laajemmalle alueelle

○ ilmoitetaan joko lähetetyn ja vastaanotetun tehon suhteena tai desibeleinä

INTERFERENSSI = AALLOT VOIMISTAVAT TAI HEIKENTÄVÄT TOISIAAN. Konstruktiivinen ja destkruktiivinen

GPS-TEASER

  1. User segment - Control segment - Space segment
  2. Space segment

○ 24 satellites

	○ 6 planes with 55 degree inclination
	○ Each plane has 4-5 satellites
	○ Broadcasting position anf time info on 2 freqs
	○ VHO=20,200km

Luentopäivä 3:

Stallings: Chapter 3

Data transmission

Tänään esiteltävissä malleissa voidaan olettaa, että kaksi laitetta on suoraan yhteydessä toisiinsa. Seuraavalla luennolla multipleksointi!

  1. Oikea signaali oikeaan siirtotiehen
  2. Encoding, modulation, AD/DA

TIEDONSIIRTO

Onnistuminen kiinni kahdesta asiasta

1) Signaalin laatu
2) Siirtotie = Tx medium

Tyypit:

a) Johtimellinen/johdoton
b) Direct link
	a. no intermediate devices
c) P2P
	a. direct, 2 devices
d) Multi-point

Terminologiaa:

1) Simplex - yhteen suuntaan, esim. televisio
2) Half duplex - molemmat lähettää, yksi kerrallaan - poliisiradio
3) Full duplex - samanaikainen lähetys/vastaanotto, esim. puhelin

Analoginen&digitaalinen signaali

TAAJUUS, SPEKTRI ja KAISTANLEVEYS

  1. Time domain

○ analoginen signaali - varies oner time

	○ digitaalinen signaali - maintains constant level then changes to another constant level
	○ Jaksollinen signaali/periodic signal - jakso toistuu s(t+T) = s(t)
	○ Jaksoton/aperiodic signal - pattern not repeated over time



- Amplitudi A - signaalin voimakkuus
- Taajuus f - muutostiheys, yksikkö hertsi Hz
	○ T = 1/f = jaksonaika
- Vaihe ɸ - suhteellinen paikka ajan suhteen
- Aallonpituus λ
	○ yhden jaksonajan etäisyys
	○ between two points of corresponding phase in 2 consecutive cycles
	○ λf = v, λ = vT, λ = c/f
	


- Signaalit koostuu monista taajuuksista


- Spektri - kaikki signaalin taajuudet
- absoluuttinen kaistanleveys: spektrin leveys
- tehollinen kaistanleveys: kapea kaista taajuksia, joissa suurin energia määrä
- dc component - component of zero frequency
	○ nollataajuuskonponentti, "nostaa nollatasoa", signaali tarvitsee enemmän kaistaa

DATA RATE & BANDWIDTH

Analog & Digital data transmission

Data Signals&signalling Transmission

Most significant impairments are

  1. attenuation
  2. delay distortion
  3. noise

○ thermal noise –> white noise

	○ intermodulation, sinaalien summia tai erotuksia
	○ crosstalk - ylikuuluminen
	○ impulse noise - piikkejä

Vaimeneminen on taajuuden funktio!

  1. taajudesta riippuvaa –> ekvalisointi

Delay distortion

  1. johtimellisella siirtotiellä
  2. eri taajuudet etenee eri nopeudella
  3. Ikävä erityisesti digipuolella

Kanavan kapasiteetti

Nyquistin teoreema Nyquist Bandwidth • consider noise free channels • if rate of signal transmission is 2B then can carry signal with frequencies no greater than B – ie. given bandwidth B, highest signal rate is 2B • for binary signals, 2B bps needs bandwidth B Hz • can increase rate by using M signal levels • Nyquist Formula is: C = 2B log2M • so increase rate by increasing signals – at cost of receiver complexity – limited by noise & other impairments

Shannon Capacity Formula

• consider relation of data rate, noise & error rate – faster data rate shortens each bit so bursts of noise affects more bits – given noise level, higher rates means higher errors • Shannon developed formula relating these to signal to noise ratio (in decibels) • SNRdb =10 log10 (signal/noise) • Capacity C=B log2(1+SNR) – theoretical maximum capacity – get lower in practise

CHAPTER 5 - Signal Encoding Techniques

Digital data - Digital signal

  1. diskreettiä, epäjatkuvia jännitepulsseja
  2. each pulse is a signal element

Termejä

  1. unipolar
  2. polar
  3. data rate, bps
  4. duration or length of a bit
  5. modulation rate, baud
  6. mark (1) and space (0)

Jos tasoja 2, modulation rate = data rate Jos tasoja 4, modulation rate = 2*data rate

Interpreting signals

  1. timing of bits - when they start and end
  2. signal levels
  3. Tekijät jotka vaikuttavat

○ SNR

	○ data rate
	○ bandwidth
	○ encoding scheme
  1. Scrambling

○ Korvataan pitkiä bittisarjoja esim. pitkä 0 tai 1

	○ muutos samanpituinen kuin alkuperäinen

Digital data, Analog signal

Encoding techniques

  1. ASK
  2. FSK
  3. PSK

Analog data, Digital signal

  1. Digitization
  2. AD-conversion using a codec

○ PCM, DM

Analog data, Analog signal

  1. why modulate analog signals?

○ Higher freq can give more effcient transmission

  1. Types of modulation

○ Amplitude

	○ Frequency
	○ Phase

CHAPTER 6

Asynchronous and synchronous Tx

  1. timing probs require mechanism to sync Tx&Rx
  2. 2 solutions

○ asynchronous Tx & Synchronous tx

VIRHEEN KORJAUS YM TÄRKEÄÄ

Luentopäivä 4:

KANAVOINTI - Multiplexing

Missä mennään? - Jouko ja Kosti! Kerrosmallit

  1. aloitettiin läpikäynti

○ siirtotiet: langalliset/langattomat

	○ Siirtotie--> Tieto sinne: signaalin avulla
		§ Siirtotie rajoittaa kaistanleveyttä ja signaalia
		§ Signaalin hallintaa katsottiin, tehtiin biteistä kehyksiä
		§ Yksittäisen piuhan yli puhuttiin: virheen havainnoinnista, virheenkorjauksesta, vuonvalvonnasta. Kuinka yksittäisen linkin yli hallitaan kommunikointia.
	○ TÄNÄÄN: Yksittäistä linkkiä/siirtotietä ei välttämättä käytä vain yksi yhteys
		§ Meillä on kanavia, joita yhteys käyttää
		§ Televisio, radio, eduroam, ADSL(Suodatin joka jakaa kanavan)
		§ GSM-puhelin, viistoista ottaa puhelun, miten onnistuu? KANAVOINNILLA! Yhtäaikaisia käyttäjiä siirtotielle.

Multiple Access Links&Protocols

  1. P2P -links
  2. Broadcast (shared wire or medium)

○ old-fashioned Ethernet

	○ upstream HFC
	○ 802.11 wireless LAN
	○ Humans@cocktail party - shared air, acoustical!

YLEISTÄ

  1. Kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia ⇒ Siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken
  2. Tätä jakoa kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi
  3. Käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa
  4. Perustuu multipleksereiden käyttöön, n syötettä yhdistetään yhdelle linjalle ja vastaanottopäässä ne puretaan

Kanavoinnin jaottelu

FDMA - Taajuusjakokanavointi

  1. Kukin signaali keskittyy omalle taajuusalueelle eli kanavalle
  2. Perustuu eri signaalien modulointii eri taajuisille kantoaalloille

○ kanava = kantoaallon kohdalle keskittynyt kaistanleveys

  1. Kanavien väliin jätetään varmuusväli häiriöiden estämiseksi
  2. vaatimus FDMA:lle

○ Siirtotien kapasiteetin tulee ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset

  1. Data voi olla digi tai ana
  2. perustuu modulointiin, joten signaali on aina analoginen
  3. Käytetään esim. TV-kanavien välittämiseen (ennen 6 MHz/taajuuskanava ennen)
  4. Vastaanottopäässä käytetään kaistanpäästösuodattimia erottamaan oikea signaali, band pass filters

FDMA-käyttökohteita

  1. Analogiset kuljetusjärjestelmät, analog carrier systems
  2. Hierarrkinen FDMA, muodostuu eri tason FDM-ryhmistä (

(group = 12*kanava; supergroup = 5* group, 60 kanavaa;

mastergroup = 10*supergroup, 600 kanavaa, jumbogroup
= 4 * mastergroup)
	○ Slide 14 taulukko

ADSL

  1. Asymmetric digital subscriber line

○ jakelusuunta laajempi kuin paluusuunta

  1. Tarjoaa ratkaisun tilaajan ja etäverkon välille
  2. Käyttäää olemassa olevaa puhelinkäyttöön (4 kHz) tarkoitettua parikaapelia

○ Kaapeleissa voidaan kuitenkin siirtää paljon laajempikaistaista signaalia (yli 1 MHz)

  1. Alun perin suunniteltu VOD -palveluille –> nyk. internet

HYVÄ KUVA:

  1. POTS = Plain old telephone system
  2. Kaiun poistossa lähtein poistaa oman lähetyksen poiston tulevasta signaalista
  3. Kaiun poistoa käytettäessä upstream ja downstream limittyvät

○ pienempi taajuus –> pienempi vaimentuma

	○ sujuvampi upstreamin kapasiteetin muutos
- Käyttää siis sitä osaa kaistasta joka ei puheella käytössä! NEROKASTA!
- Tyypilliseen Internet-käyttöön asymmetriset kaistat sopivia
– http-pyynnöt palvelimelle (upstream)
– www-sivut palvelimelta (downstream)
• Käyttää taajuusjakokanavointia
– 25 kHz varattu puheelle (sis. suojakaistan)
– kaiun poistolla tai taajuusjakokanavoinnilla
upstream/downstream –jako
– käytetään FDM:ää vielä sisäisesti
downstream- ja upstream –kanavilla
• Toimintamatka noin 5,5 km
  1. ADSL käyttää discrete multitone (DMT-tekniikkaa)

○ monta kantosignaalia eri taajuuksilla - bitit jaetaan tasan 4 kHz alikanaville

DISCRETE MULTITONE - DMT

l • multiple carrier signals at different frequencies
l • divide into 4kHz subchannels
l • test and use subchannels with better SNR
l • 256 downstream subchannels at 4kHz (60kbps)
l – in theory 15.36Mbps, in practice 1.5-9Mbps

xDSL (Ei tärkeähkö)

  1. ADSL on osa nopeiden digitaalista DSL:ien joukkoa
  2. HDSL symmetrinen
  3. SDSL kuten HDSL, mutta 1 kaapelipari, max 3km
  4. VDSL on kehitettävä standardi, käyttää analogista signalointia

KTS. TAULUKKO KELMU 24

TDMA

  1. Voidaan käyttä digitaalisille signaaleille tai digitaalista signaalia kuvaaville analogisille signaaleille
  2. Perustuu eri signaalien viipalointiin –> aikajako
  3. Viipalointi voi tapahtua

○ bittitasolla

	○ tavutasolla
	○ suuremmissa yksiköissä
- Siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset
- Sykroninen/tilastollinen TDMA

Synkroninen TDMA

  1. N syötettä yhdistetän siirtotielle

○ tuleva data puskuroidaan

	○ mux käy puskureita läpi
- Datan oltava digitaalista
- signaali voi olla digi tai ana
- Siirrettävä data muodostaa kehyksiä (frame)
	○ kehykset muodostuvat aikaviipaleista
  1. Synkronisessa TDMA:ssa aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi

○ hukkaa kapasiteettia jos dataa ei joskus olekaan tarjolla

  1. Synkroninen TDMA mahdollistaa eri nopeuksilla toimivien lähteiden yhteyksien

○ Vartaan eri määrä aikaviipaleita kullkein yhteydelle nopeuden mukaan

  1. Ei tarvita yhteysinformaatiota datan yhteydessä

○ ei tarvita siis linkkiprotokollaa

  1. Linkin vuonvalvonta tarpeetonta, kiinteä nopeus
  2. HUOM!: Kehystason tahdistus vaaditaan esim. vaihteleva 010101 tai jokin muu tahdistettava bittijono merkkinä yhdessä viipaleessa
  3. signalointi= voidaan välittää ohjausinformaatiota lähettäjän ja vastaanottajan välillä

HYVÄ KUVA 2:

ISDN

  1. toimi puhtaasti aikajakoperiaatteella
  2. ajatus analogisen puhelinliikenteen siirtymisestä digitaaliseen

GSM

  1. Perustuu myös aikajakokanavointiin (myös taajuuskanavointi)
  2. Näytteenottoteoreema: kun otetaan näytteitä tarpeeksi (PCM) suurella taajuudella, se voidaan rekonstruoimaan vastaanottajan päässä alkuperäinen signaali

○ 8 kHz on näytteenottotaajuus! Puhe kulkuu 4 kHz:n kaistalla! TÄRKEÄÄ!

Asynkroninen TDM - tilastollinen TDM

  1. Synkronisen ongelma kehyksen aikavälien tuhlaaminen –> ratkaistuna tilastollinen l. asynkroninen l. älykäs TDMA

○ Aikavälit dynaamisesti

ESIM. kaapelimodeemit KELMUT 54→

  1. toimii hyvin kun asiakkaita ei paljon juurikin lisäkaistanleveyden takia asynkronisessa TDMA:ssa
  2. Kaapelimodeemissa sisäinen taajuuskanavointi, nämä kavanat vielä jaettu aikakanavoinnilla

OSA 2: CDMA & SPREAD SPECTRUM

KOODIJAKOINEN KANAVOINTI

  1. Lähtenyt sotilastarpeista
  2. Hajauttaa datan laajemmalle alueelle
  3. Tässä signaali saadaan esiin, vaikka melutaso suurempi kuin signaalin voimakkuus

Pseudorandom numbers

  1. annetaan initial seed, esim “2012”

○ tietyllä elgoritmilla saadaan aina samat satunnaisluvut

Hajaspektrin hyödyt

  1. immunity from noise&multipath distortion
  2. can hide/encrypt signals
  3. several users can share same higher bandwidth w/little interference

○ CDM/CDMA Mobile telephones

TAAJUUSHYPPELY - Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS

  1. Signaali lähetetään näennäisesti randomein taajuuksin

○ vastaanotin hyppii taajuudelta toidelle synkassa lähettäjän kanssa

		§ Salakuuntelija kuulee satunnaisia blipsejä
			□ Yhden taajuuden jumittaminen vaikuttaa vain muutamiin bitteihin

Slow And Fast FHSS

  1. Commonly use multiple FSK, MSFK
  2. Hidas Tc > Ts
  3. Nopea Tc < Ts

Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS

  1. jokainen bitti esitetään useampana bittinä käyttäen spreading codea
  2. tämä jakaa signaalin usealmmalle laajemmalle taajuuskaistalle
  3. samanlainen suorituskyky kuin FHSS:llä
  4. MITÄ HYÖTYÄ TÄSTÄ ON, OTA SELVÄÄ!

○ Nyt ehkä ymmärrän: Jos tulee häiriöpiikki, leveämpi kaista antaa mahdollisuuden silti havaita data häiriöstä huolimatta

	○ Tsekkaa tää kuva:
	○ 

ORTOGONAALINEN CDMASSA:

  1. Jos A yrittää ottaa B:ltä signaalia, tasona on 0. Nämä ovat ortogonaalisia keskenään!

○ KELMU 75!

WCDMA

  1. laajakaistainen koodijakokanavointi
  2. Kanavat 5 MHz

Aallonpituusjakokanavointi

  1. optinen kuitu saadaan tehokkaasti käytötön vasta kun saadaan siirrettyä useita signaalija samassa kuidussa
  2. käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostava kukin oman kanavansa
  3. Käytetään yksimuotokuidussa
  4. Monta valonsädettä eri taajuuksilla
  5. Optisen kuitulinkkien yli

○ Kaupalliset 160 kanavaa 10 GBps

	○ lab demo of 256 channels 39,8 GBps --> vanhaa tietoa
- Arkkitehtuuri samanlainen muihin FDM-systeemeihin
	○ multiplexeri konsolidoi laserlähteet 1550 nm yhdelle kuidulle
	○ optisen vahvistimet vahvistavat kaikkia aallonpituuksia
	○ demux erottelee kanavat kohteessa
- DWDM
	○ useampien kanavien käyttö, jotka lähekkäin
		§ Väli noin 200 Ghz normaalissa, tässä noin 50 Ghz!

KANAVOINTI = PYRITÄÄN YHTÄ SIIRTOTIETÄ KÄYTTÄMÄÄN MAHDOLLISIMMAN TEHOKKAASTI

SETTI 2 Askel ylöspäin - Up we go! Linkkien ketjujen rakentamiseen! Puhutaan kohta verkoista…next level.

  1. Teleliikenne vs. Dataliikenne
  2. Piirikytkentä & Pakettikytkentä

Yksinkertainen kytkentäinen verkko

  1. koostuu solmupisteistä (node) ja asemista (Station)
  2. Solmut tarjotavat asemille tietoliikenneverkon palvelun ja siirtävät asemien dataa

○ Data siirretään solmusta solmuu (kytkentä) kunnes saapuu vastaanottavan aseman liitäntäsolmuum, joka toimittaa datan perille

PIIRIKYTKENTÄISET VERKOT - CIRCUIT SWITCH (sähköinen piiri)

  1. Piirikytkentä:

○ Varatuilla resursseilla päästään tavoitteeseen eli reaaliaikaiseen tiedonsiirtoon

	○ kehitetty puheen siirtoon
	○ Kommunikaatio pitkin piirikytkentäistä verkkoa edellyttää määriteltyä yhteyspolkua kahden aseman välillä
	○ Yhteyspolku on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä
	○ Jokaisessa fyysisessä linkissä loogisia kanavia omistettu viestinvälitykselle ja eri yhteyksille
	○ Viestinvälitys pitkin piirikytkentäistä verkkoa sisältää kolme vaihetta:
	1. Yhteyden muodostus (piirin muodostus)
	2. Datan siirto
	3. Yhteyden lopetus (piirin purku)
	
- Signalointitavat
	○ Varsinaisen puheen kanssa samalla kanavalla
		§ kaistansisäisesti (sekaisin puheen kanssa)
		§ kaistan ulkopuolella
	○ Omalla kanavallaan - yhteiskanavamerkinanto
		§ yhteinen kanava eri datavirroille

PAKETTIKYTKENTÄISET VERKOT

• Esimerkki: Paketin Iähetys asemasta A asemaan E — Paketti sisãltãä kontrolli-informaatiota, joka ilmaisee halutun päämäãrän — Paketti Iãhetetään solmusta A solmuun 4 — Solmu 4 varastoi paketin ja mããrïttelee seuraavan etapin reitillã (olkoon 5) — Solmu 4 Iaittaa paketin jonoon — Kun Iinkki solmuun 5 on vapaana paketti Iähetetäãn — Proseduufl toistuu samalla tavoin solmulle 6

Pakettikytkennän etuja piirikytkentään verrattuna – Verkon tehokkuus on parempi • solmusta solmuun –linkit voidaan jakaa dynaamisesti kaikilta asemilta tulevien pakettien kesken • Piirikytkennässä linkin kanava on koko ajan varattuna vain tietylle yhteydelle vaikka dataa ei liikkuisikaan – Pakettikytkentäinen verkko voi suorittaa datanopeuden muunnoksen siinä tapauksessa, jos kaksi asemalla on eri nopeuksiset yhteydet – Piirikytkentäisessä verkossa liikenteen kasvaessa suureksi uudet yhteydet estetään kunnes liikennemäärä alenee kun taas pakettikytkentäisessä verkossa paketit hyväksytään välitysviiveen kasvun hinnalla – Pakettikytkentäisessä verkossa voidaan määrätä eri prioriteetteja paketeille • korkeamman prioriteetin paketeille etuajo-oikeus

Pakettikoko

  1. Paketin koossa on otettava huoioon se, että solmun täytyy vastaanotaa paketti kokonaisuudessaan ennen kuin se voidaan lähettää seuraavalle solmulle
  2. Usein kannattaa suosia pienempiä paketteja suurien sijaan koska silloin datavirran siirto nopeutuu
  3. pakettikoossa on opitmi, jonka jälkeen dataosaa ei kannata enää pilkkoa

○ tietty määrä ohjausinfoa joka paketissa Viiveet: dia 33

  1. etenemisviive
  2. siirtoviive
  3. solmuviive
3. SETTI

DATA SIGNAALI DIGITAALINEN Koodaus (esim. NRZ) ANALOGINEN DIGITAALINEN Avainnus (esim. PSK). Tähän liittyy myös kantoaalto. DIGITAALINEN ANALOGINEN Modulointi (esim. PCM) DIGITAALINEN DIGITAALINEN Modulointi (FM). Tähän liittyy myös kantoaalto. Datalla muokataan kantoaaltoa = modulointia. ANALOGINEN

PC - ADSL - DSLAM → ULOS PC: alin kerros huolehtii, että oikeanlainen signaali kulkee. Sopiva modulointi tmv. –> ADSL ADSL –> DSLAM vain omassa käytössä, multipleksointi jos lankapuhelin DSLAM: Multipleksointi, tilastollinen aikajakokanavointi (asynkroninen)

REITITYS LYHYESTI:

  1. Menetelmä, jolla tehdään päätös mihin suuntaan paketti kulloinkin lähetetään.
  2. Reititys algoritmien avulla

○ Yksinkertainen

	○ Tehokas
	○ stabiilisuus, robusti - verkon virheet
	○ optimaalisuus - oikeudenmukaisuus

- Performance criteria
	○ simplest to choose minimum hop
	○ can be generalized as least cost routing
		§ more flexible thus more common than minimum hop

Luentopäivä 5

Läpikäytyjä asioita&omia ajatuksia

Viime kerralla jäi osa asioista käsittelemättä ja aloitimme käymällä läpi:

  • Reititys: Tapa löytää paras mahdollinen reitti siirrettävälle datalle
  • Avainsanoja: Oikeellisuus, oikeudenmukaisuus, robustius, vakaus, optimaalisuus, tehokkuus
  • Pakettikytkentäinen verkko ja sen reitityselementit
  • Reitityssolmun eli noden toiminta
  • Ruuhkajonot: kun sisääntuleva datamäärä suurempi kuin pystyy lähettämään –> Puskurit täyttyvät –> Dataa hävitetään TAI ilmoitetaan naapurille ettei lähetä enää
  • Congestion control = ruuhkan hallinta: Yleisesti 80% kuorma ok
  • Neljä pakettiviiveen lähdettä:
    • Nodal processing
    • Jonotus
    • Tx delay
    • Propagation delay
  • Karavaanianalogia! Muista!
  • LOPUKSI PIIRRETTIIN BIG PICTURE tsekkaa se!

5. luennon kelmut

  • Matkapuhelinverkon perusteet - solukkoverkot
    • perustuu tukiasemaan
    • Makro-, mikro-, piko-, ja femtosolut(huonetason solu)
      • solut yhä pienempiä koska käyttäjiä enemmän - kapasiteetti ja siirtonopeus!!
    • Tietty määrä taajuuksia - uudelleenkäyttökuvio - hexagonal pattern!
    • Kapasiteetin lisääminen: uusia kanavia, taajuuslainaus, cell splitting
  • LAN Overview
    • halpa ja helppo
    • topologia: väylä, puu, rengas
      • erotettava fyysinen ja looginen
    • Siirtotie: eri siirtotie, eri laitteisto
    • MAC - Medium Access Control = Kuka saa käyttää milloinkin
    • OSI-mallin 2 alinta kerrosta, 3. eli verkkokerros on jo lähiverkosta riippumaton!!!!!
      • Fyysinen kerros/Linkkikerros: käyttövuorot MACille, kehyksen purku
    • MAC-protokolla
      • Missä ja kuinka?
      • Keskitetty:Yksi asema jakaa lähetysvuorot, hajautettu: Kaikki asemat toteuttavat hallintaprotokollaa
      • Kuinka toteutetaan?
        • Topologian mukaan
        • kompromissi:
          • kustannus
          • suorituskyky
          • monimutkaisuus
        • Synkroninen: staattinen kapasiteetin varaus, verrannollinen synk TDM
        • Asynkroninen: dynaaminen kapasiteetin varatus
          • Round robin, varaus, kilpailu
    • LAN-verkkojen laajennus
      • yhdistämällä kaksi verkkoa sama MAC ja LLC
    • VLAN = softapohjainen virtuaalinen, MAC-layer, fyysisesti hajautettua mutta säilyttää ryhmäidentiteetin

5_3

  • CSMA/CD edeltäjät
    • ALOHA: no re-Tx if ignored, no sync
    • slotted ALOHA: time divided, nodes are synced
    • CSMA: asema kuuntelee onko toinen lähetys käynnissä, jos ei se lähettää. Odottaa ACK:ta, jos ei tule, reTx. HUOM! Propagation delay: kaksi asemaa ei kuule toisiaan.
  • ETHERNET
    • 10 Mbps - 10 Gbps
    • 802.3ae, ak, an, ap, aq
      • SR, LR, LRM, ER, ZR

Level 3 Headline

  • WLAN Overview
    • LAN extension
    • ad hoc networking
    • nomadic access
    • cross-building interconnect
    • Uusin lähestymistapa: OFDM = ortogonaalinen taajuusjakokanavointi
    • MAC - kuinka siirtotietä käytetään
      • Reliable data delivery - linkkitason luotettavuus
      • Neljän asekeleen kohta RTS-CTS-lähetystapa
    • 802.11n
      • MIMO antennas
      • MAC enhancements

5_extra3 tietoturva

  • CIA - triangeli:
  • Luottamuksellisuus - confidentiality
    • Data
    • yksityisyys
  • Eheys - Integrity
    • Data integrity
    • system integrity
  • Saatavuus - Availability
    • AuthZ
    • assures that system works promptly
  • Loss of Security
  • AuthN, AuthZ, Accountability

Mitä opin kurssin aikana

Kurssi käsitteli paljon asioita, jotka kiinnostavat itseäni. Opin periaatteellisella tasolla miten eri viestintäkanavat toimivat normaalissa arjessa. Ne on asioita, joita harvemmin tulee mietittyä näin syvällisellä tasolla. Oppimiani asioita pystyy varmasti hyödyntämään työssäni sekä kodin laitteistohankintoja tehdessä. Kokonaiskuvan tietoliikennetekniikasta antava kurssi, jolle toivoisi muutaman luentokerran enemmän, jotta asiat voisi oikeasti sisäistää kunnolla.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kotitehtävä1: Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Valitse selkeästi erillisiä laitteita tyyliin tietokone, puhelin, sykemittari, gps, televisio, … ja erilaisista palveluista tyyliin urho-tv, facebook, …. Ajatuksena on, että tässä vaiheessa luodaan kuva tietoliikennetarpeista ja sovelluksista ilman, että vielä pohditaan alla olevia teknologioita. Tämän kuvan olisi hyvä herättää ajatuksia ja kysymyksiä siitä kuinka kaikki toimiikaan. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää. Kurssin edetessä tätä kuvaa laajennetaan sitä mukaan kun uusia osia malliin ilmenee ja lopulta arvioimme saatiiko kysymyksiin vastaukset kurssin aikana.

Kodin tietoliikenneverkosto:

1) Tietokone *3
	a. Tietokone pääasiassa kaksihenkisessä perheessä
		i. Työkäyttö VPN-yhteyden yli yritysverkkoon
		ii. Facebook/twitter/Yammer
		iii. Endomondo yhdistettynä puhelimen GPS-dataan: Ylläpidetään juoksupäiväkirjaa
		 
2) Tulostin
	a. Verkkotulostimena yhteys reitittimen kautta kotiverkon päätelaitteisiin
	
3) Playstation 3
	a. WLAN-yhteys reitittimen kautta
	b. Mediatoistin-ominaisuus
	c. YLE Areena/nettisurffailu
	
4) Matkapuhelimet
	a. Läppärin korvikkeena kotiverkossa/datayhteyden yli
	b. Tiedonhaku, facebook, sanakirja
	c. GPS: Endomondo, navigointi, 
	d. Karttasovellukset
	
5) Langaton modeemi/reititin VDSL2
	a. Muodostaa kotona suojatun verkon, jota muut laitteet hyödyntävät 100/10 kiinteistökuitu
	b. Pöytäkone LAN
	c. Muut laitteet WLAN
	
6) IPTV
	a. Langaton vastaanotin kiinni IPTV-boksissa
	b. TV suoraan netin kautta --> Ongelmia usein, palvelun tasoa ei pystytä säilyttämään. Langattoman yhteyden häiriöherkkyys
	c. Erinomaiset hakutoiminnot TV-ohjelmista/Kahden viikon tallennus kaikilta kanavilta
7) Bluetooth
	a. yhteys tarvittaessa esim. kännykän ja tietokoneen välillä, jäänyt muiden langattomien yhteyksien varjoon
8) NFC
	a. puhelinten välillä esim. yhteystietojen nopeaan siirtämiseen

Kysymyksiä:

a) Matkapuhelinverkon datayhteyden jakaminen käyttäjille
b) WLAN-modeemin taajuuksien jakaminen eri laitteille
c) Mobiilidatan nopeuteen vaikuttavat tekijät 

Kotitehtävä 2

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.

Internet Explorer -selain: HTTP-protokolla

HTTP (lyhenne sanoista Hypertext Transfer Protocol eli hypertekstin siirtoprotokolla) on protokolla, jota selaimet ja WWW-palvelimet käyttävät tiedonsiirtoon.[1] Protokolla perustuu siihen, että asiakasohjelma (selain, hakurobotti tms.) avaa TCP-yhteyden palvelimelle ja lähettää pyynnön. Palvelin vastaa lähettämällä sopivan vastauksen, tavallisimmin HTML-sivun tai binääridataa kuten kuvia, ohjelmia tai ääntä. HTTP:n määritelmä w3-konsortion mukaan: http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html RFC 2616: http://tools.ietf.org/html/rfc2616

TCP/IP-protokolla: Internetiin yhdistetyt laitteet

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. Sen 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, pääosa liikennöinnistä tapahtuu TCP-yhteyksinä IP-protokollien päällä. Tämän takia protokollaperhe yleensä tunnetaan nimellä TCP/IP. http://fi.wikipedia.org/wiki/TCP/IP

=== PS3-nettiyhteys WLAN-purkin kautta: IEEE 802.11 -protokolla, PS3 käyttää tästä g-protokollaa.

==

802.11g-standardi on käytännössä syrjäyttänyt vanhemman b-standardin yleisessä käytössä. Tämän standardin mukaiset laitteet toimivat a-version tapaan 54 Mbps:n nopeudella, mutta 2,4 GHz:n taajuudella. Lisäksi se on täysin yhteensopiva aikaisemman 802.11b-standardin kanssa. a-versio ei ollut yhteensopiva b-standardin kanssa. 802.11g-laitteet sopivat paikkoihin, joissa vaaditaan suurta kaistaa, esimerkiksi messuhalleihin tai auditorioihin. Vuonna 2000 IEEE-työryhmä perusti erillisen tutkimusryhmän kehittämään 802.11b-standardin laajennusta. Vuonna 2003 IEEE ratifioi tutkimustyön tuloksena 802.11g-standardinsa. 802.11g-standardi on risteytys 802.11a- ja 802.11b-standardeista, koska se käyttää tiedonsiirtoon CCK-OFDM-tekniikkaa ja tarjoaa vaihtoehtoiseksi siirtotavaksi PBCC-tekniikan. Standardi määrittää radiotaajuustekniikoista DSSS-, HR-DSSS- ja OFDM-tekniikat. Se kykenee liikennöimään nopeuksilla 54 Mbps ja 11 Mbps, käyttää 2,4 GHz:n taajuutta, ja on siksi täysin yhteensopiva vanhemman 802.11b-standardin kanssa. http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

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.

Tapaus 1: FM-radio Radio käsittelee analogista signaalia ja se kulkee ilmatietä pitkin. Suomessa on pääosin käytössä taajuusmoduloidut (FM) lähetykset. Radioaallot ovat taajuusalueen 3 Hz–300 GHz sähkömagneettista säteilyä ja siten osa sähkömagneettista spektriä. Radioaaltojen välityksellä voidaan välittää esimerkiksi radio- ja tv-lähetyksiä ja käyttää matkapuhelinta. Myös tutka ja mikroaaltouuni toimivat radioaalloilla. ULA-aallot

VHF-alueelle sijoittuvat myös ULA-aallot eli ultralyhyet aallot. Niitä käytetään paljon yleis­radio­lähetyksiin.

Suomessa ULA-aaltojen käytöstä määrätään liikenne- ja viestintäministeriön asetuksella, joista viimeinen on annettu 23. kesäkuuta 2010 voimaan astuvaksi 1. elokuuta 2010 alkaen. Siinä yleisradioasemien taajuudet on määritelty radiotaajuuksien käyttösuunnitelman perusteella kymmenessä taajuuskokonaisuudessa, minkä lisäksi on määrätty alueellisen ja paikallisen toimiluvanvaraisen radioitoiminnan käyttämät taajuudet.[2]

Tapaus 2: Matkapuhelin Siirtotienä ilma. GSM-puhelimet eivät kuitenkaan tue jokaista taajuutta eikä niitä voi käyttää verkoissa, jotka käyttävät erilaisia taajuuksia. Vuonna (2007) kaikissa merkittävissä GSM-verkoissa (850, 900, 1800 tai 1900 MHz) toimivat nelitaajuuspuhelimet olivat melko tavallisia. GSM-verkoissa on käytössä erilaisia puheenpakkausstandardeja. Alkuperäisen täysnopeuskoodekin (FR, GSM 06.10) lisäksi käytössä on ollut puolinopeuskoodekki (HR, GSM 06.20), parannettu täysnopeuskoodekki (EFR, GSM 06.60) sekä adaptiivinen moninopeuskoodekki (AMR, GSM 06.90). Lähde: Wikipedia. http://fi.wikipedia.org/wiki/GSM#Puheenpakkaus

Tapaus 3: Digiboksi IPTV-digiboksi vastaanottaa RJ-45-kaapelilla internetistä dataa. Data tulee pakattuna; These digital outputs from the various receivers will be injected into an encoding device to be assigned a multicast IP address. In a standard definition environment, these streams can be encoded in MPEG2 format or in MPEG4 format. The higher cost of MPEG4 encoding equipment encourages the encoding as MPEG2 if sufficient bandwidth on the distribution network is available. We will discuss this in detail later on. If the content in question is High Definition (HD), then without question it will need to be encoded in MPEG4 not to overwhelm the distribution network. (A typical HD MPEG2 steam consumes about 20 Megabits per Second.) The process of converting analog SD to MPEG2 or MPEG4 includes the single extra step of analog to digital conversion before being assigned a Multicast IP address. This extra step normally requires different, encoding equipment that tends to be less efficient. As more and more content streams are becoming available on the same ASI connection, the size of the digital headend is being compressed through the application of modern processing power. The limiting factor is the space required for the ports. A single analog stream consuming an entire port on the input of the encoding equipment seems wasteful in this day of the digital headend. Lähde: http://www.worleyconsulting.com/publications/2007/IPTVhow.html

Kotitehtävä 4

Kotitehtävä 4

Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista. 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.

Kiinteistöömme on vedetty valokuitu joka jaetaan asukkaiden kesken asuntoihin tulee kuparijohdin ja reitittimenä toimii TeleWellin VDSL2-reititin. Mikä on kiinteistöön tulevan valokuidun siitonopeus ja miten se jaetaan asukkaiden kesken. Miten jos jollakin henkillöllä on eri palveluntarjoajan yhteys, ilmeisesti valokuitua ei käytetä, vaan yhteys kuparia pitkin ja käytössä ADSL-modeemi.

Kanavoinnilla (WDM) ja verkkotekniikoilla optista kuitua pitkin tuleva signaali jaetaan keskittimessä useille käyttäjille ja muunnetaan samalla signaaliksi joka sopii kuparijohtimelle, ts. jännitteiseksi.

VDSL2: Very High Speed Digital Subscriber Line

  1. Hyödyntää olemassa olevaa kuparia jota käytettiin POTS:n aikana
  2. Runkoverkko on optinen kuitu joka päättyy keskittimeen lähellä asiakasta (Tässä: FTTN, Fiber to the Node)

○ tästä kupari kuljettaa dataa vain lyhyen jäljellä olevan matkan asiakkaalle ja takaisin

  1. Määritelty standardissa ITU-T G.993.2 joka valmistui 2005
  2. 2-versio on 1-version parannettu versio

○ Sallii symmetriset ja asymmetriset lähetykset

	○ data rates up to 200 Mbit/s, kierretyllä parikaapeloinnilla aina 30 MHz:iin asti
	○ 2-versio nopeus heikentyy nopeasti teoreettisesta 250Mbit/s nopeudesta 100 Mbit/s nopeuteen 500m:n jälkeen ja 50 Mbit/s 1 km:n jälkeen, mutta tämän jälkeen hidastuminen ei niin nopeaa. Pesee silti VDSL-yhteyden.
- Standardi määrittelee laajan skaalan profiileja, joita voidaan käyttää eri arkkitehtuureissa: keskuksissa, kabineteissa ja rakennuksissa:
Profile	Bandwidth (MHz)	Number of carriers	Carrier bandwidth (kHz)	Power (dBm)	Max. downstream throughput (Mbit/s)
8a	8.832	2048	4.3125	+17.5	50
8b	8.832	2048	4.3125	+20.5	50
8c	8.5	1972	4.3125	+11.5	50
8d	8.832	2048	4.3125	+14.5	50
12a	12	2783	4.3125	+14.5	68
12b	12	2783	4.3125	+14.5	68
17a	17.664	4096	4.3125	+14.5	100
30a	30	3479	8.625	+14.5	200

From <http://en.wikipedia.org/wiki/Very_high_speed_digital_subscriber_line_2> 
	
VDSL2 ITU G.993.2	100,000 kbit/s	13,000 kB/s	2006
BPON (G.983) fiber optic service	622,000/155,000 kbit/s	77,700/19,300 kB/s	2005[14]
GPON (G.984) fiber optic service	2,488,000/1,244,000 kbit/s	311,000/155,500 kB/s (~3 billion+ wpm)	2008[15]

From <http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_device_bandwidths> 


**Vektorointi**
Vektorointimetodia käytetään signaalien koordinointiin jotta ylikuulumista saadaan pienennettyä ja suorituskykyä parannettua. Perustuu noise-cancellation -konseptiin ( vastakkaisia taajuuksia?). 

	
- Very wide bandwidth (1013 to 1016 Hz)
- minimal interference from neighboring sources
- Low transmission losses
- Increased signal security, because it is harder for an “adversary” to “eavesdrop” a light signal 

From <http://www.alfaphonet.gr/en/Couplerssplitters_644-31-1.html> 


MULTIPLEKSOINTI VALOKUITUVERKOSSA

**Wavelength Division Multiplexing** 
WDM (Wavelength Division Multiplexing) is a technique similar to FDM (Frequency Division Multiplexing) which is used widely in Fiber To The Home networks While FDM combines various frequency carriers and sends them through a single copper cable, WDM combines various wavelengths and couples them into a single optical fibre. The two multiplexing techniques are similar because frequency and wavelength are connected by the equation λ=V/F , where V is the monochromatic beam's speed. The adoption of WDM enables the operator to expand the network's capacity without deployment of extra fiber cable. Furthermore A WDM optical channel can carry any transmission format. 

The wavelength multiplexer at transmitter's side merges the input signals and passes them through the optical fiber. The signal is amplified by an EDFA or Raman amplifier and is separated back into individual output wavelengths at the wavelength demultiplexer at receiver's side. The separation of wavelengths at the demultiplexer is achieved by the use of interference Fabry–Pérot optical filters. These filters are two plane reflecting surfaces which contain air or other material between them. The separation of wavelengths is based on interference between the 
reflected beam and the two surfaces. The interference can be either constructive or distructive. Constructive interference occurs when the phase difference of transmitted waves is zero while distructive when δ≠0, where δ is the phase difference. 

**CWDM multiplexer** 
The Coarse wavelength division multiplexer has a channel spacing of 20nm and using the wavelengths from 1270 up to 1570nm. It features low insertion loss and low polarization depended loss (PDL)<= 0.1dB. When the polarization state of an incident wave changes, the output power is also changes. This is the concept of PDL and its calculated by the equation: 
PDL = 10log(Pmax/Pmin)
where the fraction Pmax/Pmin is the peak to peak difference in power of an optical signal with respect to its polarization state. CWDM multiply the capacity of existing singlemode fibers by combining up to 16 ITU-T G.694.2 compatible channels in metropolitan access and enterprise networks and for CATV applications. They are a low cost approach for systems that use imprecise laser sources and are an alternative to more expensive DWDM components. 

**DWDM multiplexer** 
Dense wavelength division multiplexer (DWDM) has channel spacing of 100 or 200 GHz. It uses precise laser source which creates channels with very close spacing. It operates within the 1550 nm band and can drastically increase the capacity of an optical network. The equipment which is used in a DWDM system consists of high precision lasers, multi wavelength optical repeaters (MOR) and Erbium doped Fiber Amplifiers (EDFA). Nowadays the MOR became obsolete and EDFA are used instead, for signal amplification. 

From <http://www.alfaphonet.gr/en/Couplerssplitters_644-31-1.html> 

Kotitehtävä 5

Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista.

  1. Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.
    1. HTML-selain sovelluksena, tiedon haku Googlesta (OSI-mallissa):
      1. Käyttäjä avaa selaimen ja hakee hakusanalla X
      2. Tieto lähtee sovelluskerrokselta (HTTP-protokolla) ja kulkee esitystapakerroksen (vastaa merkistökoodauksesta) ja istuntokerroksen kautta, jolloin dataaan lisätään ohjausinformaatiota
      3. Data saapuu kuljetuskerrokselle (TCP, ruuhkan ja vuonhallinta), joka huolehtii datapakettien(kysely googlen palvelimelle) oikeasta järjesteyksestä ja huolehtii vuonhallinnasta
      4. Verkkokerros välittää ylempien kerrosten tietoliikennepaketin tietokoneiden välillä, liittäen lisää ohjausinformaatiota (Internet protokolla - IP)
      5. Siirtokerros kehystää datapaketin fyysisen kerroksen siirtoa varten
      6. Fyysinen kerros määrittelee siirtotien datalle
    2. Data kulkee googlen palvelimelle ja läpikäy samat kerrokset toiseen suuntaan, tämän jälkeen palvelimella muodostettu vastaus lähetetään takaisin “samaa” reittiä
  1. Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.
    1. Tietoturvakysymys edellä olevassa tehtävänannossa on kriittinen jos ajatellaan selaimen tietoturva-aukkoja.
      1. Lähetetyn kyselyn muokkaus, esiintyminen toisena entiteettinä, datan kaappaus,
      2. Aktiivinen ja passiivinen tietoturvahyökkäys
      3. Malicious software - naamioitu softa, applikaatio tmv.
    2. Tietoturvaan vaikuttavia asioita:
      1. Ihmisten välinpitämättömyys - ei omat laitteistot, laiskuus, turhautuneisuus

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h

  • Luentoviikko 2
  • Luentoviikko 3
  • Luentoviikko 4

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