Jaana Rautakosken oma 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.

Tietoliikennetekniikka on tiedonsiirron mahdollistaja. Kansainvälinen “kieli” tietotekniikassa laitteiden ja koneiden välillä. Tietoliikennetekniikka kehittyy nopeasti, samoin laitteistotarpeet muuttuvat nopeasti. Oma osaamiseni tietoliikennetekniikasta on vuodelta 1988, jolloin suoritin merkonomeille terkoitetun ATK-erikoisluokan Tampereen kauppaoppilaitoksessa. Silloin opiskeltiin C-kieltä ja Cobolia. Tietoliikenne ei ollut ajantasaista, vaan “pakettien” lähettämistä. Maksupäätepalvelu oli aivan uutta. Melkeinpä kaikki on tietoliikennetekniikassa muuttunut tässä reilun 20 vuoden aikana. Joten odotan innolla ja hieman pelonsekaisin tuntein mitä tuleman pitää.

Termejä: Digi-TV, ADSL, TCP/IP, reititin, satelliitti, GSM, GPS, 3G, 4G, mokkula, tietoturva, salaus, modeemi, WLAN

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Yleiskatsaus tietoliikenteeseen, Kommunikointimalli, Kerrosarkkitehtuuri, Protokolla
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kommunikointimallin kuvaus, Kerrosarkkitehtuuri ja protokolla
  • Mitä opin tällä kertaa:

Kerrosarkkitehtuurissa kommunikointi tapahtuu aina alimman kerroksen kautta. Kullakin kerroksella on omat tehtävänsä, kukin kerros tarjoaa palveluita ylemmille kerroksille. Stallingsin mallissa on kolme kerrosta: verkkokerros, kuljetuskerros (kommunikointikerros) ja sovelluskerros. OSI -mallissa kerroksia on 7 ja TCP/IP -mallissa 5. Kerrokset keskustelevat keskenään omalla protokollallaan.

Protokolla on säännöstö, joka mahdollistaa keskustelun. Jokainen kerros lisää viestiin oman kerroksensa protokollaa, eli viestikenttä kasvaa alaspäin mentäessä.

Verkkokerros lähettää viestin kommunikointiverkkoon, joka ohjaa sen oikealle vastaanottajalle. Viestin purkaminen vastaanottajan päässä tapahtuu toisin päin, eli kukin kerros “lukee” viestistä omaa protokollaansa. IP-osoite sijaitsee verkkokerroksella.

UDP ei tarjoa luotettavuutta, TCP on luotettava.

Hyvä luennoitsija, osaa esittää asiat kansantajuisesti.

  • Jäi epäselväksi: Miksi UDP on olemassa, jos on epäluotettava?

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Protokollat, Tietoliikenteen standardointi ja siirtotiet.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Protokollien yleiset toiminnot.
  • Mitä opin tällä kertaa:

Protokolla on sopimus kuinka asioita tehdään. Protokolla toteuttaa kerroksen toiminnot. Ohjausinformaatio toteuttaa protokollan.

Protokollien toimintoja ovat: Segmentointi (pilkkominen) ja kokoaminen, paketointi (=ohjausinformaation lisäämistä dataan), yhteyden hallinta, tietopakettien toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta (=lähetysnopeuden säätely), virheenkorjaus, osoitteiden hallinta, kanavointi(=tapa, jolla voidaan tehostaa verkon käyttöä) ja kuljetuspalvelut.

Standardeja tarvitaan, jotta järjestelmät olisivat fyysisesti, sähköisesti ja toiminnallisesti yhteensopivia.

Siirtoteitä on johtimellisia ja johtimettomia. Mitä pidempi matka sitä hitaampi yhteys. Geostationaarinen rata on täynnä. 3 geostationaarista satelliittia riittää kattamaan koko maapallon.

  • Jäi epäselväksi: Kumpi oli uplink ja kumpi downlink?

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirron ternminologiaa (taajuus, kaistan leveys, spektri, signaalit), Koodaustekniikat, Asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto sekä Linkkien väliset kontrolliprotokollat
  • Päivän tärkeimmät asiat: Perusterminologiaa ja koodaustekniikat
  • Mitä opin tällä kertaa:

- Tiedonsiirrossa tulee käyttää kullekin siirtotielle sopivaa signaalia.

- Kaistanleveys on aina rajoitettu, signaaleilla on suora vaikutus datan siirtonopeuteen.

- Tiedon siirtonnopeus riippuu siirtotiestä, sen mahdollistamasta taajuuskaistasta ja signaalin laadusta.

- Bittien leveys kasvaa kun siirtonopeutta pudotetaan.

- Digitaalisten signaalien käyttö on edullisempaa ja vähemmän herkkää häiriöille, siksi suosittua.

- Digitaalisten signaalien häiriötekijöitä: vaimeneminen, vaimenemisen vääristymä ja kohina.

- Shannonin kaava kertoo maksimi tiedonsiirtonopeuden kohinaisessa ympäristössä.

- Koodaustekniikat vaihtelevat sen mukaan siirretäänkö dataa digitaalisesta digitaaliseen, digitaalisesta analogiseen, analogisesta digitaaliseen vai analogisesta analogiseen muotoon.

- Mitä huonompi yhteys sitä pienempi tiedonsiirtonopeus.

- Marsin ympärillä pyörii 3 satelliittia.

  • Jäi epäselväksi: Datalinkkien kontrolliprotokollat sekä asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto menivät jo yli hilseen.

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Kanavointi eli multipleksointi, Piirikytkentä ja pakettikytkentä sekä reititys
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kanavoinnin jaottelu ja eri kanavointimallien käyttökohteet. Tärkeää oli myös pistarin oikeiden vastausten läpikäynti ja ryhmätyö, jossa piirsimme kokonaiskuvan tähän asti opituista asioista. Ryhmätyön kuva selkeytti asioita ja kuvasta on helppo lukea myös tenttiin.
  • Mitä opin tällä kertaa:

Kanavointi eli multipleksointi on sitä, että siirtotien siirtokapasiteettia jaetaan useamman signaalin kesken. Näin tiedonsiirtoa voidaan tehostaa. Kanavointi jaetaan neljään luokkaan: Taajuuskanavointi, Aikajakokanavointi, Koodijakokanavointi ja Aallonpituusjakokanavointi.

Taajuuskanavointi (FDMA= Frequency Division Multiple Access) on käytössä ilmatiellä esim TV- tai radiokanavien lähettämiseen. ADSL hyödyntää sitä osaa kaapeleista, jota ei muuten käytetä, modeemit käyttivät äänen kaistaa muuttamalla dataa ääneksi.

Aikajakokanavointi (TDMA= Time Division Multiple Access) perustuu signaalien viipalointiin. Tietyin välein on kullekin varattu aika siirtotiellä. Data puskuroidaan ja se muodostaa kehyksiä, kehykset muodostuvat aikaviipaleista. Esim. perinteinen GSM toimii näin. Ei tarvita ohjausinformaatiota eikä vuonvalvontaa, mutta tuhlaa kapasiteettia kun joskus dataa ei olekaan tarjolla. Pulssikoodimodulaatio (PCM) on selitys, miksi puhe kuulostaa jatkuvalta, vaikka data liikkuu aikaviipaleissa.

Koodijakokanavointi (CDMA= Code Division Multiple Access)käytetään radiotiellä esim. matkaviestinverkoissa. Koodausavaimena esim. laiteosoite.

Aallonpituusjakokanavointi (WDMA= Wavelength Division Multiple Access)on käytössä valokuiduissa. Käytetään eri taajuisia valonsäteitä.

Teleliikenteessä tarvitaan reaaliaikainen yhteys ⇒ piirikytkentä. Esim. yleinen puhelinverkko.

Dataliikenteessä reaaliaikaisuus ei ole niin tärkeää kuin siirtotien tehokas käyttö ⇒ pakettikytkentä. Data pilkotaan paketteihin, jotka sisältävät myös kontrolli-informaatiota. Kaksi kytkentätapaa: Datagrammi (jokainen paketti reititetään erikseen) ja virtuaalipiiri (vakioreitti).

  • Jäi epäselväksi: Reitityskriteereistä jäi epäselväksi mitä tarkoittaa: “minimum hop” ?

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe: Ruuhkan hallinta, Mobiiliverkot, Lähiverkot ja Tietoturva.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Ruuhkan hallintakeinoja, Mobiiliverkon toimintaperiaate, Lähiverkkojen topologiat ja siirtotiet sekä kertaus kurssin kokonaisuudesta.
  • Mitä opin tällä kertaa:

1. Ruuhkan hallinta Oleellista on erilaiset viiveet ja häviö. Prosessointiviive, jonotusviive, lähetysviive ja etenemisviive.

2. Mobiiliverkkoja - Soluverkot ja niiden toimintamalli. Kapasiteettia lisätään: lisäämällä uusia kanavia, lainaamalla taajuutta tai solua jakamalla. - Matkapuhelun muodostus. Viimeinen linkki on aina langaton. Tukiasemat eivät keskustele keskenään, vaan niillä on yhteinen keskus. - Matkapuhelinverkon signaalin eteneminen. Signaalin voimakkuus, monitie-etenemä, häipymä. - Kehitys 1. sukupolven analogisesta NMT:stä 5. sukupolven 5 G:hen

3. Lähiverkot - Suurinopeuksiset lähiverkot kehittyneet nopeasti. - Topologiat: väylä, puu, rengas ja tähti. Väylä ja puu johtimellinen siirtotie. Rengas-topologia erittäin nopeaan pitkän matkan tiedonsiirtoon. Tähtimalli on paras lyhyen matkan tiedonsiirtoon, pystyy siirtämään paljon dataa kun laitteita ei ole paljon. - Siirtotiehen vaikuttavat: topologia, kapasiteetti, luottamuksellisuus, datan tyyppi ja ympäristö. - MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. - LAN-protokolla sisältää: TCP segmentin, IP osoitteen, LLC:n (vuonvalvonta ja virheenhallinta) ja MAC-protokollan. - On 2 tapaa yhdistää LAN-verkkoja: siltaus (aliverkoissa) ja reititys (verkkojen välillä). - Virtuaalinen lähiverkko VLAN - Nopeat lähiverkot - Langattomat lähiverkot. Viimeinen linkki on langaton, tukiasema kiinni langallisessa verkossa. Nomadikäyttö, ei liikkuessa. Oleellista nopeus vs. etäisyys. Mitä pidempi matka sitä hitaampi yhteys.

4. Tietoturva - Tietoturvan kolmio: luottamus, saatavuus ja eheys. - Uhkina mm. virukset, madot, troijalaiset ja nykyään bots.

5. Kertaus Tietoliikenteen kokonaiskuva antoi erittäin hyvän käsityksen kurssin asioista kokonaisuutena!

  • Jäi epäselväksi: Soluverkon toimintamalli ei ole minulle ihan selkeää. Mutta eiköhän tuokin pidä selvittää ennen tenttiä.

Mitä opin kurssin aikana

Olen oppinut ymmärtämään tietoliikenteen perusteita. Olen iloinen, että viimeisen luennon lopuksi piirretty tietoliikenteen kokonaiskuva oli minulle täysin selkeä.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Luo kuva kodin tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista.

kotitehtava1_jaana_rautakoski.pdf

Mieleen nousevia kysymyksiä:

- Mitä eroa on Digi-TV -lähetyksellä ja vanhalla analogisella TV-lähetyksellä?

- Voinko vaikuttaa mokkulan tiedonsiirtonopeuteen maaseudulla?

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.

HTTP (= Hypertext Transfer Protocol) on protokolla, joka on webin tiedonsiirron perusta. Se toimii selaimen ja www-palvelimen välillä.

http://tools.ietf.org/html/rfc2616

TCP/IP –protokollia voidaan kutsua internetissä tapahtuvan kommunikaation kieleksi.

http://searchnetworking.techtarget.com/definition/TCP-IP

Kyse on kahdesta eri protokollasta TCP (=Transmission Control Protocol) ja IP (=Internet Protocol). TCP toimii ylemmän tason protokollana hoitaen tiedon segmentointia ja kokoamista. IP taas huolehtii tiedon osoitteiden hallinnasta.

TCP http://www.ietf.org/rfc/rfc793.txt

IP http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt

Tutustukaa WLAN artikkeliin ja pohtikaa mikä on kurssin kannalta tärkeää, millaisia kysymyksiä, epäselvyyksiä artikkeli herättää ?

Kurssin kannalta mielenkiintoista oli eri taajuusalueiden käyttö. Näin maallikon näkökulmasta katsottuna tiedon siirron nopeuttamisella on tänä päivänä aika vähän sovellusalueita. Taidan olla jo haudassa ennenkuin Lemin perukoilla pystyy hyödyntämään 6,8 gigabittiä sekunnissa liikkuvaa tiedonsiirtoa.

Kotitehtävä 3

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.

1. Televisio: johtimellinen siirtotie eli koaksiaalikaapeli. Koodausmuotona 64-QAM.

2. USB: johtimellinen siirtotie, parikaapeli, jossa koodausmuotona NRZI.

3. WLAN: johtimeton siirtotie eli radiotie. Esim. 802.11ac:n taajuusalue on 5 gigahertsiä ja koodausmuotona 256-QAM.

Kotitehtävä 4

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.

1. Televisio: TV-kanavien välittämiseksi käytetään taajuusjakokanavointia (FDMA).

2. USB: Parikaapelissa käytetään luultavasti aikajakokanavointia (TDMA).

3. WLAN: Radiotiellä käytetään koodijakokanavointia (CDMA).

Kotitehtävä 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.

Sähköpostisovellus

Sähköpostisovellukset (esim. Lotus Notes) sijaitsevat sovelluskerroksella. Sovelluskerrokset keskustelevat keskenään SMTP-protokollalla, joka on viestin välitys protokolla. Kirjoitan sähköpostiviestin Lotus Notesilla. Viesti siirtyy sovelluskerrokselta kuljetuskerrokselle, joka lisää siihen TCP-protokollan. Sitten viesti siirtyy verkkokerrokselle, joka lisää siihen IP-protokollan mukaiset tiedot, kuten vastaanottajan IP-osoitteen. Lopulta viesti tulee fyysiselle kerrokselle, joka siirtää viestin yritykseni sähköpostipalvelimelle. Fyysinen kerros muodostaa yhteyden yritykseni sähköpostipalvelimelta vastaanottajan sähköpostipalvelimeen ja lähettää ”paketit”. Viesti siirtyy datapaketteina, joihin jokainen protokolla lisää oman osoitetietonsa. Tuon osoitetiedon avulla paketti ohjautuu vastaanottajan päässä kussakin kerroksessa oikealle vastaanottajalle. Bitit koodataan (QAM tekniikalla) digitaalisesta datasta, analogiseksi signaaliksi puhelinverkkoon. Näin bitit siirtyvät puhelinkeskusten kautta vastaanottajan sähköpostipalvelimelle. Vastaanottaja noutaa viestin oman yrityksensä sähköpostipalvelimelta käyttäen noutoprotokollaa (esim. IMAP, POP tai HTTP) ja lukee viestin oman sähköpostisovelluksensa kautta.

Tietoturvassa oleellista on luottamuksellisuus, saatavuus ja eheys.

Luottamuksellisuus jakautuu kahteen osaan: tiedon luottamuksellisena pysymiseen ja yksityisyyteen. Tiedon (datan) pysyminen luottamuksellisena on lähinnä tietotekninen asia. Tähän voidaan vaikuttaa esim. erilaisilla salaustekniikoilla. Yksityisyydessä on kyse siitä, että yksilö voi päättää, tai ainakin vaikuttaa siihen, mitä tietoa hänestä kerätään ja tallennetaan sekä ketkä tietoa voivat käyttää.

Eheys koostuu datan ja järjestelmän eheydestä. Protokollien tehtävänä on varmistaa tiedon eheys. Järjestelmän tulee toimia halutulla tavalla.

Saatavuus tarkoittaa sitä, että ohjelmia ja järjestelmiä saavat käyttää vain ne, joilla siihen on oikeus. Tavallisen ihmisen tulisi ymmärtää edes sen verran, ettei pidä tunnuksiaan ja salasanojaan toisten saatavilla. Salanat tulee myös vaihtaa tietyin väliajoin, eikä niistä saa tehdä liian helposti arvattavia. Näin kerran F-Securen esityksen, jossa kerrottiin kuinka tavallinen siivooja löytää pomon kirjoitusalustan alta käyttäjätunnuksen, arvaa salanaksi pomon vaimon nimen ja syntymäajan ja pääsee käsiksi firman luottamuksellisiin tietoihin.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h + kotitehtävät ja luentomateriaaliin tutustuminen 5 h.

  • Luentoviikko 2

Lähiopetuksen lisäksi kotitehtävät 2 h.

  • Luentoviikko 3

Ennen lähiopetusta pistareihin valmistautuminen 1 h. Lähiopetuksen lisäksi luentomateriaalin lukeminen ja kotitehtävät 2 h.

  • Luentoviikko 4

Lähiopetuksen lisäksi luentomateriaalin lukeminen ja kotitehtävät 2 h.

  • Luentiviikko 5

Lähiopetuksen lisäksi luentomateriaalin kertaaminen ja kotitehtävät 3,5 h.


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