Oppimispäiväkirja Katri Peuhkuri, Valmis

Ennakkonäkemys aihealueesta

Oma käsitykseni tietoliikennetekniikasta on erittäin suppea, koska en ole kokenut asiaa itselleni läheiseksi tai mielenkiintoiseksi. Olen kuitenkin käyttänyt tietotekniikkaa aiemmissa opinnoissani sekä kotona, mutta en ole rutinoitunut käyttäjä läheskään kaikissa tietotekniikkaan liittyvissä asioissa. Oma tietämykseni rajoittuu siis perusohjelmistojen käyttöön sekä internetin hyödyntämiseen. Sana tietoliikennetekniikka tarkoittaa minulle jotain sellaista, jonka koen haasteelliseksi oppia.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Koomunikointimallit, protokollat sekä yleiskuva verkoista
  • Päivän tärkeimmät asiat:verkkojen rakentuminen, kommunikoinnin muodot, kommunikointimalli, tiedonsiirto, kerrosarkkitehtuuri (TCP/IP ja OSI)
  • Mitä opin tällä kertaa: Kommunikointimallien toimintaperiaate, tieto siirtyy eri osien välillä aina alinta reittiä käyttäen. Kommunikointi tapahtuu aina saman kerroksen kesken, ei koskaan ristiin ts. johtajat jutteelee keskenään, kuten myös sihteerit ja kuriirit. Hyvä esimerkki oli johtaja, sihteeri ja kuriiri, jossa johtajan saneleman viestin toimittaa eteenpäin sihteeri, joka puolestaan välittää tiedon eteenpäin kuriirille, joka välittää tiedon jälleen eteenpäin. Tällä voidaan kuvata tiedonsiirtoesimerkkiä eri tietokoneiden välillä esim. sähköpostin välityksellä. Ensimmäisellä ja ylimmällä tasolla on sovellusmoduuli esim. sähköpostiin kirjautuminen (johtaja), toisella tasolla on esim. sähköpostiohjelma (sihteeri) ja alimmalla tasolla on verkkomoduuli esim. sonera internet (kuriiri). Tätä mallia kutsutaan myös 3 kerroksen teoreettiseksi malliksi. Kommunikointiin liittyy aina kolme osatekijää eli: sovellukset, laitteet ja verkot. Protokolla on määritelty tapa toimia eli tietoliikenteessä on tietyt ennalta määritellyt tavat toimia ja joita tiedonsiirrossa, kommunikoinnissa sekä viestinnässä noudatetaan. Näin on mahdollista purkaa osiin esim. lähetetyt viestit aina biteiksi asti. TCP/IP ja OSI ovat keinoja määritellä mistä viesti kulkee, miten se kulkee ja minne se kulkee.

Luentopäivä 2: Dataa liikutellaan kahden kommunikoivan olion välillä tiettyjen protokollien mukaan. Lähettävässä päässä data paketoidaan sopivankokoisiksi paketeiksi, välittäjä lisää siihen ohjausinformaatiota, jotta vastaanottaja voi tulkita datan halutulla tavalla. Hyvänä esimerkkinä käytettiin kirjeen lähettämistä: kuoreen tulee sisälle kirje, päälle sen nimi kenelle kirje lähetetään sekä postimerkki; postissa kuoreen lyödään leima ja se toimitetaan postinkantajalle, joka toimittaa kirjeen perille.

Kommunikointi voidaan toteuttaa joko yhteydettömästi tai yhteydellisesti. Datan siirrossa puolestaan voidaan käyttää johtimellisia tai johtimettomia tiedonsiirtokanavia. Tiedon siirtoon ja siirron nopeuteen vaikuttavat useat eri tekijät, kuten kaistan leveys, häiriöt, onko käytetty kanava johtimellinen vai johtimeton sekä mm. etäisyys, joka pidetessään aihaeuttaa signaalien heikkenemistä. Tähän olen törmännyt kotonani, jossa ei kunnolla kuulu tietyn operaattorin matkapuheliliittymät, koska tukiasemat on väärin suunnattu ja mahdollisesti myös liian kaukana. Osin etäisyyteen liittyen talossamme oli samaisen operaattoron tarjoama internet-liittymä, joka myös pätki mahdollisesti samaisesta syystä.

Luentopäivä 3: Singnaalin koodaustekniikat: signaalien tulkintaan vaikuttavat datanopeus, kaistaleveys ja uudelleen koodauksen suunnitelma lisäksi täytyy tietää milloin bitit alkavat ja loppuvat sekä signaalitasot. Uudellen kodaus voidaan toteuttaa usealla eri tavalla esim. NRZ-L, NRZI tai Manchester. Luennoilla puhuttiin myös kuinka digitaalinen data muutetaan analogiseksi signaaliksi; uudelleen koodauksessa käytetään kolmea eri tekniikkaa ASK:ta jossa digitaalinen data siirretään optisessa kuidussa, FSK:ta eli taajuutta muutetaan sekä PK:ta jossa kuljettavan signaalin vaihe on muutettu edustamaan dataa. Näitä uudellen koodaustekniikoita käytetään pääsääntöisesti julkisessa puhelinjärjestelmässä ja välissä on modeemi joka toimii modulaattorina. Samaan tematiikkaan liittyi myös analoogisen datan muuntaminen digitaaliseksi signaaliksi; jonka jälkeen signaali voidaan voidaan välittää esimerkiksi käyttämällä uudelleen koodaustekniikkana NRZ-L:ää. Analogisen datan muuntamisessa digitaaliseksi käytetään mm. pulssikoodimodulaatiota. Pulssikoodimodulaation avulla voidaan alkuperäinen viesti rekonstruida vastaanottopäässä alkuperäisen kaltaiseksi. Tämä on mahdollista näytteenotto teoreeman perusteel. Tästä esimerkkinä puhelin, jossa kummassakin päässä on mahdollista kuulla lähetetty puheviesti alkuperäisessä mudossaa, tästä ei häviä bittejä välistä.

Tiedonsiirtoon vaikuttavista tekijöistä puhuttiin myös luennoilla ja niistä tärkeimpinä mainittiin välittävän signaalin laatu ja siirtokanavan ominaisuudet. Siirtokanava voi johtimellinen tai johtimeton. Signaaleja voidaan siirtää moneen suuntaan; yhteen suuntaan lähettynä esim. TV, molemmat asemat lähettävät, mutta yksi kerrallaan eim. poliisi radio sekä samanaikaisesti lähettävät esim. puhelin. Se miten nopeasti data kulkee on suoraan yhteydessä kaistanleveyteen. Esille nostettiin myös digitaalisen signaalin edut ja haitat; halvempaa, vähemmän häiriöaltista, suurempi heikkeneminen ja nykyisin digitaalinen on suositumpi vaihtoehto. Lähetetty ja vastaanotettu signaali voivat olla erilaisia esim. kun bittejä katoaa matkalla. Datan lähettämiseen liittyy aina myös kontrolliprotokolla, jonka avulla kontrolloidaan bittivirtaa. Näitä protokollia ovat mm. stop and wait ja sliding windows.

Luentopäivä 4: Tällä kertaa puhuttiin kanavoinnista eli multiplexoinnista, jonka avulla mahdollistetaan siirtotien käyttö yhtäaikaisesti useammalle eri käyttäjälle, jakajan siirtotiellä toimii esim. ADSL. Siirtoteillä tarvitaan protokollia; ohjaavat liikennettä, kenen vuoro on nyt. Kanavoinnin jako voidaan tehdä seuraavasti: taajuusjaon (sopii ilma- ja radiotiellä), aikajaon (sopii digitaaliseen tiedon siirtoon), koodijaon (sopii 3.:nen sukupolven matkaviestin verkkoon) sekä aallonpituusjaon avulla (sopii valokaapeleihin). Taajuusjaon (FDMA) ideana on, että jokaisella signaalilla on oma taajuusalue esim. autoradiokanava tai TV-kanava, data voi olla joko digitaalista tai analogista. Aikajakokanavoinnissa (TDMA) lähetys tapahtuu vuorotellen ja signaali on digitaalista tai digitaalista dataa kuvaavaa analogista signaalia. Perustana on signaalien viipalointi; bitti-, tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä. Jokaisella kanavalla on tietty tiedonsiirtonopeus ja kanavat on jaettu ajan suhteen, toistuen tietyn ajan jälkeen. Kanavointilaitteesta käytetään nimeä multiplekseri. Aikajakokanavoinnissa voidaan käyttää synkronista aikajakoa, jossa signaali voi olla ditgitaalinen tai analoginen, riippuen siirtotiestä; johtimellisessa signaalin tulee olla digitaalista ja johtimettomissa (ilmatie) analogista. Siirrettävä data puolestaa muodostaa kehyksiä, frame, jotka ovat eri datojen aikaviipaleiden muodostamia kokonaisuuksia, jotka ohjataan oikealle vastaanottajalle vastaanottopääsä. Nämä kehehykset toistuvat tietyin välein. Dataan ei tarvitse liittää ohjausinformaatiota. Aikajakokanavoinnissa puhutaan signaloinnista, jolla tarkoitetaan ohjausinformaation välittämistä lähettäjän ja vastaanottajan välillä esim. matkapuhelimen soiminen. GSM:n toimintaperiaattesta puhuttiin myös. Kysymykseski nousi, kuinka puhe voi kuulua toisessa päässä jatkuvana, vaikka puhe kulkee 8 bitin paketeissa? Näytteenottoteoreeman mukaan: näytteet puheesta otetaan riittävän korkealla taajuudella, jolloin voidaan rekonstruoida vastaanottopäässä alkuperäinen viestin signaali yhtenäisenä. Koodijakokanavointia (CDMA) käytetään johtimettomalla siirtotiellä ja signaali on analogista, datan ollessa joko analogista tai digitaalista. Käytettäessä tätä kanavointitapaa mm. häiriöiden vaikutus pienenee.

Neljännellä luennolla puhuttiin myös teleliikenteestä, jossa käytetään piirikytkentää ja dataliikenteestä, jossa käytetään pakettikytkentää (voidaan pitää tehokkaampana)Luennolla puhuttiin myös verkoista ja miten data siirtyy verkoissa. Piirikytkentäisessä verkossa viesti välittyy seuraavasti: yhteyden muodostus, datan siirto, yhteyden loptus, esimerkkinä puhelin ja sentraalisantra. Piirikytkennässä signalointi tapahtuu varsinaisen puheen kanssa samalla kanavalla tai omalla kanavallaan. Pakettikytkenässä puolestaan data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten, se minkä kokoinen paketti on, riippuu siirtoverkosta. Datapaketissa on sekä itse siirrettävä tieto että kontrolli-informaatio esim. osoitetiedot. Pakettikytkentäisisä verkoissa olevat laitteet sisältävät reitittimiä, jotka määritävät siirtotien. Reitittiminä voivat toimia esim. optinen kuitu ja parikaapeli. Reititys oli myös luennon aiheena. Reititytystä tarvitaan verkoissa, joissa on useampia linkkejä peräkkäin, jolloin voidaan ohjata oikeaan suuntaan. Reititykseen on olemassa useita strategioita esim. tulviminen (paketti lähetetään kaikille) tai mukautuva (reitityspäätös muuttuu kun olosuhteet verkossa muuttuvat epäonnistumisen vuoksi). Myös ruuhkanhallinnasta puhuttiin.

Luentopäivä 5: Kannettavat langattomat tietoverkot, jotka on kehitetty kannettavien puhelinten kapasiteetin parantamiseksi ja ne perustuvat useisiin matalatehoisiin lähettimiin. Lisäksi puhuttiin 3G systeemeistä, joiden tarkoitus on tukea multimediaa, dataa sekä videoita, liitettynä ääneen. Kaikki tämä tapahtuu langattomasti ja suurilla nopeuksilla. Esille nostettiin myös 4G, jolla voidaan mm. tukea reaaliaikaisia palveluita.

Tällä kertaa puhuttiin LAN:sta ja MAN:sta, jotka ovat pakettipohjaisia langattomia verkkoja. Lähiverkkoja käytetään mm. nopeina toimistoverkkoina. LAN-topologiat voidaan jakaa seuraavasti: Puu-LAN, jossa signaali lähtee molempiin suuntiin kaapeliin, lähetysvuorot hallitaan eli ei yhtä aikaista lähetystä, kaikilla koneilla oma osoite. Langaton-LAN, käytetään useimmiten yhdistämään eri rakennuksia, liikkuvissa asemissa ja tilapäisissä verkoissa. Tällä tavoin toteutettu LAN on halpa ja vaivaton sekä etäisyydet ovat kilometrejä. Tähti-LAN pohjautuu parikaapeliin ja asemat liittyvät point-to-point linkeillä keskussolmuun. Keskussolmu lähettää signaalin (kehyksen) joko; kaikille (broadcast) tai vain vastaanottajalle (unicast). Rengas-LAN: point-to-point-linkeillä renkaan muotoon liittynyt joukko toistimia, jossa linkit toimivat yksisuuntaisesti. Tässä asemat eli koneet liittyvät toistimiin ja asemien lisäys on ongelmallista. Data on jaettu bittikehyksiin rengas-LAN:ssa, kehykset kiertävät koko renkaan ja ne poistetaan, kun ne saapuvat takaisin lähettäjälle.

Viidennellä luennolla puhuttiin myös Internetworking-arkkitehtuurista; joka on tekniikka useiden verkkojen yhdistämiseen yhdeksi suureksi varkokosi, internetiksi. Verkkojen välillä on linkit, verkkojen välillä tapahtuu reititys ja datan siirto. Verkko koostuu useista eri osista: pakettikytkimet ja linkit, jotka muodostavat piirikytkentäisen verkon jota hyödyntävät verkkoasemat, keskustelu eri osien välillä tapahtuu protokollien avulla; esim. IP, TCP, UDP

Mitä opin kurssin aikana

Jokunlainen hatara yleiskäsitys siitä, mitä tapahtuu esim. sen jälkeen kun olet kirjoittanut sähköpostin ja painanut nappulaa SEND. Painotan sanaa hatara. Kurssi oli osin mielenkiintoinen, tosin aika ajoin mentiin erittäin korkealla tasolla. Ydinaineksen erottaminen tuotti aika ajoin hankaluuksia, mutta kyllä sitäkin hetkittäin löytyi. Isona kysymyksenä mietin läpi koko kurssin; millä tavoin tämä on merkityksellinen kurssi TIMO-opiskelijoille?

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

1.Miten tietoturva on huomioitu/voidaan huomioida? 2. Miten datan siirron hinta määräytyy? 3. Kuka verkot omistaa/hallinnoi, kun taloon tulee 2 kaapelia, ja palvelun voi ostaa moneltakin eri tarjoajalta?

Kotitehtävä 2

Internet, Hypertext Transfer Protocol, protokollana http, jonka taustalla RFC 2616-standardi.(http://tools.ietf.org/html/rfc2616) HTTP protokollan avulla selaimet ja WWW-palvelimet siirtävät tietoa. Protokollan perustana on asiakasohjelma esim. selain, jonka tehtävänä on avata TCP-yhteys palvelimelle ja lähettää pyyntö. Tähän pyyntöön palvelin vastaa lähettäen sopivan vastauksen.

UDP (User Datagram Protocol)yhteydetön protokolla, joka ei vaadi yhteyttä laitteiden välille, mutta mahdollistaa tiedostojen siirron. Pakettien perillemenoa ei varmisteta mm. päästä päähän. Käytetään esim. DNS-pyyntöjen lähettämiseen (Domain Name System, internetin nimipalvelujärjestelmä, joka muuntaa verkkotunnuksia IP-osoitteiksi), verkkopeleissä sekä reaaliaikaisen videon ja äänen välittämiseen. Taustalla RFC 768-standardi.

IP (Internet Protocol) on TCP/IP-mallin Internet protokolla, joka huolehtii IP-tietoliikennepakettien toimittamisesta perille pakettikytkentäisessä Internet-verkossa. IP-paketit toimitetaan perille IP-osoitteiden perusteella.IP-pakettien perille toimittamista sanotaan reitittämiseksi ja sen tekevät reitittimet perustuen reititysprotokollien välittämään tietoon IP-osoitteiden sijaintipaikoista Internetissä ja lyhyimmistä reiteistä näiden välillä. Standardeina RFC 791 (IPv4) ja RFC 1883 (IPv6).

Kotitehtävä 3.

1. Tietokoneelta tulostimelle, bluetooth, koodauksena FSK, lähetystaajuus 2,45 GHz 2. TV, siirtotienä kaapeli, (koaksaali-),koodauksena 256-QAM 3. Pöytätietokone, siirtotienä ADSL, koodauksena 8-QAM/PSK

Kotitehtävä 4.

1. TV (Kaapeli-TV): siirtotienä kaapeli (koaksaali), kanavointina TDMA; ajan suhteen viipailuitu data ajetaan puskuriin/bufferiin, jonka avulla lähetykset näkyy yhtäjaksoisena vakkei bittijonot saapuisi tasaisesti. Piirikytkentäinen, kanava kok ajan auki.

2. Bluetooth: siirtotienä ilma-/radiotie, kanavointina CDMA; koska sisältää taajuushyppelyä ja tietoliikenne periaatteessa pakettikytkentäistä.

3. Pöytätietokone (ethernet), siirtotienä parikaapeli, ADSL; kanavointina FDMA, pakettikytkentä. Tiedonsiirtonopeus riippuu kaistanleveydestä.

Kotitehtävät 5.

Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen. Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

Sähköposti:

Saunalahden sähköpostiohjelma:

- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)viestin välittämiseksi sähköpostipalvelimien kesken, TCP-pohjainen protokolla. - Posti noudetaan postiohjelmaan palvelimelta, käyttäen postinnoutoprotokollia ns. “pull”-protokollia. Tällaisia protokollia ovat mm. POP3 (Post Office Procol versio 3) ja IMAP (Internet Mail Access Protocol).

- Homma etenee seuraavien vaiheiden kautta: 1. Sähköpostiviestin kirjoittaminen postiohjelmalla 2. Postiohjelma lähettää viestin vastaanottajan postipalvelimelle. 3. Lähettäjän postipalvelin ottaa TCP-yhteyden vastaanottajan postipalvelimelle. 4. Lähettäjän postipalvelin siirtää (push) viestin SMTP-protokollalla vastaanottajan postipalvelimelle. 5. Vastaanottajan postipalvelin laittaa viestin vastaanottajan postilaatikkoon. 6. Vastaanottajan postiohjelma noutaa viestin postinnoutoprotokollalla (pull) postiohjelmaan ja vastaanottaja lukee viestin.

Tietoturva: sähköpostissa, lähetetyt tiedostot voi tuohoutua, ne voidaan varastaa, luvaton tiedostojen lukeminen sekä epäkorrekti ja tarkoituksellinen datan analysointi voivat muodostaa uhkan. Salasanaa tulee vaihtaa riittävän usein sekä se tulee suojata.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1 Lähiopetus 7h
  • Luentoviikko 2 Lähiopetus 7h
  • Luentoviikko 3 Lähiopetu 7h
  • Luentoviikko 4 Lähiopetus 7h
  • Luentoviikko 5 Lähiopetus 7h
  • Luentopäiväkirja, kotitehtävät useita tunteja kerrallaan. Materiaalin läpikäyminen ennen tenttiä ja pitkin kurssia, useita tunteja. Yht. em. kohdat väh. 60h.

Kokonaisuutena kurssi teetätti lähes kohtuuttoman paljon työtä, koska pohjatiedot ovat erittäin suppeat sekä kun tätä tehdään työn ohessa, jota myös on tuotava kotiin.


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