Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

10 termiä: 1. sosiaalinen media 2. internet 3. tietoturva 4. sovellus 5. GPS 6. matkapuhelinverkko 7. sähköinen maksaminen/ asiointi 8. E-business 9. etätyöskentely 10. etäluettavat sähkömittarit.

Mahdollinen tuleva tenttikysymys esim. ”Mitä esim. sähköinen maksaminen vaatii verkolta?”

Luentoyhteenvedot ja kotitehtävät

Luentopäivä 1, 21.12.2012:

Yleiskuva tietoliikenteeseen

Tietoliikenteessä olennaista kyky toistaa toisessa paikassa luotu viesti toisessa paikassa täysin/ melkein samanlaisena (Claude Shannon). Tietoliikenteen osia/tapoja kuvata: käyttö (esim. eri maissa) ja käyttäjän näkökulma (tarpeet, hyödyntäminen, facebook, gps, google), rakenne (tekninen näkökulma, rajapinnat, protokollat), kehitys (aikakaudet)…

♦ Miten sähköposti toimii: kolme pääkomponenttia 1. user agent/ käyttäjäagentti: ohjelma/ mail reader esim. Gmail, Outlook 2. mail server/ palvelin 3. transfer protocol/protokolla = toiminto palvelimien välillä ⇒ SMTP. Viestit alunmerin tallennetaan palvelimelle, jossa on ulosmenevien jono. Sisääntulevien jonot ovat sähköpostilaatikoissa. User agent→ mail server→ mail server → user agent.

Nykyajan trendit: 1. mobiliteetti=kaiken voi hoitaa verkossa, 2. internetin yleistyminen: verkkoliikenteen kasvu ja palveluiden lisääntyminen (verkkoliikennettä ja laitteita kehitetty, nopeus kasvanut), 3. erilaisten verkkojen yhdistyminen (mediat yhdistyneet) +palveluiden vapautuminen (toimivat kaikkialla). Käyttäjät eivät näe sovelluksen taakse, vaan näkevät sovelluksen/palvelun rajapinnan. Reduced cost/bit.

INNOVAATIOIDEN SYKLIT: 1.PALVELUT/ SERVICES: uusia alle 1v., säännölliset päivitykset, esim. AngryBirds, Facebook. 2.PÄÄTELAITTEET/ TERMINALS: alle 2v, sykli, hardware, esim. Windows, Apple. 3.VERKOT/NETWORKS: n.7v. sykli, IP-pohjaiset, esim. GSM, 3G, standardit. 4.POLICIES/TOIMINTATAVAT: yli 10v. sykli, esim. MMT:n alasajo, TV⇒digiTV.

AIKAKAUDET (4)1.mainframe era(yksi kone, monta käyttäjää), 2.PC era(yksi kone, yksi käyttäjä, 3.Internet(yhdeistetyt resurssit, jakaminen), 4.ubiikki lähestymistapa (yksi käyttäjä, monta tietokonetta).

VERKKOJEN RAKENNE⇒elementit: käyttäjä/user (tarpeet), päätelaitteet/terminals (läppäri, kännykkä, sensorit), kommunikointitekniikat/communication technologies (3G, RFID), mobiiliympäristö (kiinteät ja mobiilit laitteet), rakenne/structure

VERKKOJEN JAOTTELU käyttöalueen (kuvaa lajuutta millä toimii BAN,PAN,LAN,MAN,WAN), sovellusalueen (tarpeet joihin kehitetty, tele, satellite) ja verkkotyypin mukaan (P2P, tilapäisverkot, sosiaalinen verkko).

♦ Kommunikoinnin muodot: kiinteä/fixed (pöytätietokone), vaeltava/nomadi (läppäri) ja siirtyvä/mobile (känny)

Kerrosmallit

♦tietoliikenteessä käytetään kerrosmallia - kerrosarkkitehtuuri

Stallingsin malli: lähde, kohde ja siirtotie/verkko

kommunikointimalli kuvaa tietoliikenneprosessia(tietoa siirretään paikasta toiseen):

komponentit: *1.lähde/source (generoi datan) tietokone PC, INFORMAATIO *2.lähetin/transmitter (muuttaa datan signaaliksi) modeemi, DATA *3.siirtojärjestelmä/transmission system (joka välittää viestin) verkko, SIGNAL (lähetetty ja vastaanotettu) *4.vastaanotin/receiver (vastaanottaa signaalin) modeemi, DATA *5.kohde/destination (toistaa datan) server, INFORMAATIO (voi erota alkuperäisestä)

kommunikointimallin osatehtävät: *siirtojärjestelmän hyödyntäminen, *liitynnät (pistoke), *signaalin luonti (siirtotie ja sille sopiva signaali jonka vastaanottaja ymmärtää), *synkronointi (koska signaali alkaa?), *yhteyden hallinta (kuka aloittaa kommunikoinnin, yhtäaikaa/vuorotellen), *virheen havainnointi ja korjaus, *liikenteen valvonta/flow control (ei liian nopeasti), *osoitteet @, *reititys (ohjaaminen oikealle vastaanottajalle), *viestin muotoilu (datan esitysmuoto, sama kieli), *virheistä toipuminen (ohjataan toista reittiä), *turvallisuus (1.tietoturva 2.yksityisyys 3.luottamus), *järjestelmän/verkon hallinta (konfigurointi, monitorointi)

kommunikointimallin termit: informaatio (datan merkitys tietyssä tilanteessa), data (kommunikointiin sopiva tiedon esitysmuoto)ja signaali (tiedon fyysinen esitystapa) Esim. 17.50 = tulos?aika?matka?

SIIRTOTIE/TRANSMISSION LINE:1.capacity/kapasiteetti 2.reliability/luotettavuus 3.cost/hinta

Tiedonsiirto:laitteiden välistä kommunikointia point-to-point(laitteet kytketty suoraan toisiinsa) tai VERKKO: WAN(Wide Area Network),MAN(metropolitan),LAN(local),PAN(personal)

Etäverkko WAN: wide area network, koostuu yhteen kytketyistä solmuista, tekniikoita: 1. piirikytkentä (solmuparin väliltä varataan kanava/polku, esim.puhelinverkko), 2. pakettikytkentä (ei tarvitse varata kanavaa, data lähetetään pieninä paketteina/osina, esim. tietokoneiden välisessä tiedonsiirrossa), 3. ATM (asynchronous transfer mode)=solukytkentä, nopea tiedonsiirto.4. muut (Ethernet, packet over sonet, xDSL)

♦Lähiverkot LAN mm.WirelessLAN, kaupunkiverkot MAN

KERROSARKKITEHTUURI/ KERROSMALLI - protokolla-arkkitehtuuri rikkoo logiikan pienempiin osiin ja toteuttaa erikseen - kerrosarkkitehtuurin suunnittelu: montako kerrosta, mitä toimintoja kullakin kerroksella

- kommunikointi järjestelmien välillä: lähteen ja kohteen tehtävät/ toiminnot jaetaan osakokonaisuuksiin (=kerrokset)⇒ hallittu järjestelmä: -SOVELLUSmoduuli(application,johtaja, sis.siirtokomennot, salasanat, tietueet, huom.sovellusolioiden osoite ServiceAccessPoint)⇒ -KOMMUNIKOINTImoduuli(transport,sihteeri,luotettava tiedon siirto, palvelee sovelluskerrosta, huom.luotettavuus)⇒ -VERKKOmoduuli/siirtotie (network,kuriiri,verkosta riippumatta aina samanlainen palvelu verkkomoduulille,huom.verkko-osoite )

-PROTOKOLLA=säännöt SAMAN kerroksen olioiden keskustelulle (esim. sovelluskerrosten olioilla oma protokolla; protokollan avainpiirteet: syntaksi (miten data muotoutuu), semantiikka (mitä merkitsee) ja ajoitus (ajastus miten paketteja käsitellään); esim. FTP(file transfer protocol, IP (i¨nternet protocol)

- PDU= protokollan tietoyksikkö, kunkin kerrokisen paketti joka sisältää sekä ohjausinformaatiota että dataa esim. vastaanottajan SAP, järjestysnumero, virheenkorjauskoodi. Ohjauskenttä toteuttaa protokollan!

-SAP (Service Access Point)= eri kerrosten välillä tapahtuvien palveluiden paikka, palvelu voi olla vahvistettu tai vahvistamaton (pyyntö, osoitus, vastaus, vahvistus)

- kaksi tunnettua KERROSMALLIA: 1.OSI 2.TCP/IP(eniten käytetty) - OSI = Open Systems Interconnection, 7 kerrosta, nopeuttaa standardointia koska useita protokollia voidaan kehittää yhtäaikaa (fyysinen kerros, linkkikerros, verkkokerros, kuljetuskerros, istuntokerros, esitystapa- ja sovelluskerros)

- TCP/IP = transmission control protocol ja internet protocol, 5 kerrosta fyysinen kerros (liityntä, siirtonopeus), verkkokerros (linkkitason osoite), internet-kerros(reititys), sovellus- ja kuljetuskerros(luotettavuus, tcp protokolla), suosituin,tcp on kuljetuskerroksen protokolla ja ip on verkkokerroksen protokolla -Ideaalitilanne:muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta toisten kerrosten määrittelyihin, kommunikointi AINA kerrosmallin ALIMMAN kerroksen kautta

-TCP- luotettava kuljetuskerroksen protokolla - UDP= TCP:n vaihtoehto, ei tarjoa luotettavuutta -IPv6=tämän päivän sana

Protokollia: 5. Sovellus(FTP, SMTP,HTTP), 4. kuljetus (TCP, UDP), 3. verkko (IP), 2. linkki (PPP, Ethernet), 1. fyysinen (bits)

■ Päivän tärkeimmät asiat: Tietoliikenteen käyttö, rakenne ja kehitys; Kerrosarkkitehtuuri, 3 kerroksen malli; OSI/TCP/IP; Protokolla;

■ Mitä opin tällä kertaa: Opin että luennoitsijan opetusmetodi on harvinaisen selkeä/ ymmärrettävä. Informaatio on pilkottu selkeiksi paketeiksi/ dataksi joka lähetetään pieninä osina kohteeseen.

■ Jäi epäselväksi: Etäverkon tekniikat: pakettikytkentä ja ATM-solukytkentä - miten eroavat toisistaan, kumpi parempi, missä käytetään?

Kotitehtävä 1

Kysymyksiä: 1.Mitä protokollia käyttävät läppäri ja modeemi kommunikoidessaan keskenään? 2.Miten DNA kaapeliverkko ja langaton verkko toimivat? 3.Miten tietoturva toimii?

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1: Lähiopetus: 6 h, itseopiskelu 6 h

Luentopäivä 2, 5.10.2012:

■ Päivän aihe:

Protokollien yleiset toiminnot

- järjestelmissä sijaitsevat oliot puhuvat samaa kieltä =protokolla

- protokolla koostuu: syntaksista (sanasto, muotoilu), semantiikasta (toimintalogiikka) ja ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien järjestys)

- protokollien toimintoja: segmentointi ja kokoaminen (datalohkoja), paketointi (ylhäältä tulevaan datalohkoon lisätään ohjausinformaatio), yhteyden hallinta (yhteydettömästi tai yhteydellisesti, yhteyden muodostaminen, datan siirto mm. tietoyksiköiden numerointi, yhteyden purkaminen), toimitus oikeassa järjestyksessä (pakettien numerointi), vuon valvonta (vastaanottaja säätää lähetysnopeutta, stop-and-wait tai liukuva ikkuna), virheen havainnointi (uudelleenlähetys ajastimilla), osoitteet (osoitustaso: TCP/IP:ssä IP ja portti, -laajuus: globaali osoite yksikäsitteinen ja kaikkialla käytettävissä, -tila: unicast/multicast/broadcast, tunnisteet: yhteydellisessä kommunikoinnissa), kanavointi (multipleksointi) ja kuljetuspalvelut (prioriteetti, tietoturva)

-Protokolla toteuttaa kerroksen toiminnan. Ohjausinformaatio toteuttaa protokollan!

Standardointi

-standardit huolehtivat yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä

-asiakkaan sitominen omaan ympäristöön

-etuja: yhteensopivuus, massatuotanto -haittoja: hidasta, jäädyttävät teknologiaa, samalle asialle useita standardeja, kompromissit jotka eivät kelpaa kenellekään

-standardointiorganisaatiot: Internet Society, ISO (ei-kaupallinen), ITU-T, ATM Forum, IEEE

-Internetissa standardilla tarkoitetaan voimassa olevaa RFC:tä (request for comments, kuvaa Internetin protokollia eli käytäntöjä ja teknisiä määrittelyjä), mutta vain pieni osa RFC:istä on standardeja

Siirtotiet

johtimelliset -ohjatut -signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin, esim. parikaapeli (twisted pair, esim. puhelinkaapeli), koaksiaalikaapeli (esim. TV kaapeli) sähköjohto (kohina, sähkövirtapiikit), optinen kuitu (valo etenee heijastuen, vaimeneminen pienempää, elektromagneettiset häiriöt ei vaivaa, ei ylikuumenemista, turvallisempi - ei voida kytkeä yhtä helposti kuin muihin; dispersio= signaalipulssin leveneminen ja vaimeneminen). -tiedonsiirtonopeus/ laitteiden välinen etäisyys riippuu kaistanleveydestä -lyhyet tilaajaliitännät, lähiverkot, pitkät runkoyhteydet -voidaan välittää segä digitaalisia että analogisia signaaleita

johtimettomat -ohjaamattomat -siirtotiellä tieto siirtyy langattomasti, esim. mikroaaltolinkit (suunnattu kommunikointi esim. lautasantennit), satelliittilinkit, radiotie (suuntamaton kommunikointi), infrapunalinkit (lyhyen matkan point-to-point) -signaali etenee ilmassa antennien välityksellä: suunnattu ja suuntamaton=ympärisäteilevä

■ Päivän tärkeimmät asiat: protokollat, standardit ja siirtotiet

■ Jäi epäselväksi: Mitä käytännössä tarkoittaa yleinen termi “laajakaista”?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia. Selvitetään 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössä on käytössä ja etsitään protokollan standardi/ määritelmä ja liitetään kotitehtävään linkki ko. protokollaan.

IP (Internet Protocol) on TCP/IP-mallin Internet-kerroksen protokolla, joka huolehtii IP-tietoliikennepakettien toimittamisesta perille pakettikytkentäisessä Internet-verkossa. TCP/IP-protokollaperheestä vastaa IETF-standardointiorganisaatio. http://tools.ietf.org/html/rfc791

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) on protokolla, jota selaimet ja WWW-palvelimet käyttävät tiedonsiirtoon. http://tools.ietf.org/html/rfc2616

IMAP (Internet Message Access Protocol) on sähköpostien lukemiseen tarkoitettu protokolla. http://tools.ietf.org/html/rfc3501

Artikkelissa “Kohti terahertsin verkkoja” mainitaan seuraavia kurssilla käsiteltäviä asioita: standardit 802.11n, 802.11ac ja 802.11ad, jotka ovat IEEE:n standardeja langattomille WLAN-lähiverkoille; signaalin minitie-eteneminen, spatiaalinen limitys (?), mimo (wikipedia: MIMO-tekniikalla (Multiple-Input and Multiple-Output) tarkoitetaan tietoliikennetekniikkaa, jossa sekä lähetykseen että vastaanottoon käytetään samanaikaisesti useampaa kuin yhtä antennia. MIMO-tekniikkaa voidaan hyödyntää pääasiassa kahdella eri tavalla: maksimoimaan tiedonsiirtonopeus tai parantamaan tiedonsiirron luotettavuutta); kaistanleveydet; ofdm-modulointi (?); vaiheohjatut antenniryhmät (?); keilanmuodostus.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 2: Lähiopetus: 6 h, itseopiskelu 4 h.

Luentopäivä 3, 26.10.2012:

■ Päivän aihe: Tiedonsiirto, signaalikoodaustekniikat, digitaalidataliikennetekniikat ja datalinkkikontrolliprotokollat

Tiedonsiirron onnistuminen riippuu kahdesta asiasta: lähetettävän signaalin laadusta ja tiedonsiirtovälineen ominaisuuksista. Dataa siirretään lähettimeltä vastaanottajalle johtimellisen tai johtimettoman tiedonsiirtovälineen kautta.

Taajuus;spektri= signaalin sisältämä taajuusalue; kaistanleveys=alue jonka signaalit vaatiivat siirtyäkseen

Tiedonsiirto ja kaistanleveys: kaistan tajuusleveys on aina rajoitettu, suurin osa energiasta sijoittuu ensimmäisiin komponentteihin, rajoitettu kaistanleveys aiheuttaa vääristymiä, datanopeuden ja kaistanleveyden välillä suora yhteys.

Siirtonopeus ja kaistanleveys: kaikilla siirtoteillä on rajoitettu määrä taajuuksia⇒ mikä rajoittaa siirtonopeutta ⇒ kanttiaallolla äärettömästi komponentteja ja ääretön kaistanleveys⇒ suurin osa energiasta ensimmäisillä komponenteilla⇒ rajoitettu kaistanleveys aiheuttaa vääristymää. Datasiirtonopeus riippuu siirtotiestä ja sen mahdollistamasta kaistanleveydestä!

Analoginen data, äänisignaaleilla tajuudet 20Hz-20kHz (puhe 100Hz-7kHz), ovat helposti muunneltavissa elektromagneettisiin signaaleihin, äänenvoimakkuusvaihtelut muuntuu jännitevaihteluksi.

Digitaalinen data: kaksi dc-komponenttia, kaistanleveys riippuu siirtonopeudesta. Halvempia, ei häiriöherkkiä, mutta suurempi vaimeneminen suuremman kaistanleveyden takia.

Häiriötekijöitä tiedonsiirrossa: vastaanotettu signaali eroaa lähetetystä, koska analogisessa heikkenee laatu ja digitaalisessa tapahtuu bittivirheitä. Merkittävimmät häiriötekijät ovat vaimeneminen, vaimenemisen vääristymä, viivevääristymä ja kohina.

Vaimeneminen: signaalin pitää olla riittävän voimakas ja erottua kohinasta⇒ käytetään vahvistimia/ toistimia, tiputetaan siirtonopeutta, jolloin bitin leveys kasvaa ja signaalin voimakkuus kasvaa.

Viivevääristymä: vain johtimillisilla siirtoteillä, eri taajuuskomponentit saapuvat eri aikaan, erityisen kriittinen digitaaliselle datalle, edellisen bitin informaatiota pääsee seuraavan bitin puolelle.

Kohina: lisäsignaaleja lähettimen ja vastaanottimen välillä, haamulähetyksiä laitteistosta johtuen.

Kanavakapasiteetti: maksiminopeus datasiirrolle: datanopeus bitteja/sec; kaistanleveys sykli/Hz; kohina kohinatasona; virhesuhde väärin menevät bitit; kanavan nopeuteen vaikuttavat fyysiset ominaisuudet.

Nyquistin kaistanleveys: määrittelee maksimi siirtonopeuden, näytteenottoteoreema. Jos signaalin nopeus on 2B, silloin ei voi olla suurempia taajuuksia kuin B.

Signaalin koodaus tekniikat: digitaalinen signaali= erillisiä epäjatkuvia jännitepulsseja, jokainen pulssi on signaaln elementti, johon on koodattu binaarinen data.

Dataelementti= yksittäinen 1 tai 0, yksikkö: bitti. Datanopeus= bits per second, dataelementtien siirtonopeus. Signaalielementti= signaalin osa joka sisältää lyhyimmän intervaalin, yksikkö vakioamplitudin jännitepulssi (digitaalinen) tai vakiotaajuuden/vaiheen/amplituden pulssi (analoginen). Signaalinopeus= signaalielementteja per second (baud), signaalien lähetysnopeus.

Bittien ajastus - milloin alkavat ja oppuvat, kuinka montaa tasoa käytetään.

Signaalin tulkintaan vaikuttavat: signaalin ja kohinan suhde, datansiirtonopeus, kaistanleveys ja koodaus.

Shannonin kapasiteettiformula= teoreettinen maksimikapasiteetti tiedonsiirrolle: mitä nopeampi tiedonsiirto, sitä lyhyempi bitti ja suurempi kohina.

Vaiheavainnus PSK: Vaihemoduloinnissa moduloiva signaali, viesti, muuttaa kantoaallon vaihetta suoraan ja hetkellinen vaihe kertoo sanoman arvon. Digitaalisessa vaihemoduloinnissa on päätettävä, mitä vaihetta käytetään millekin binäärisen symbolin arvolle.⇒ muutoksen tarkastelu.

Pulssikoodimodulaatio PCM: menetelmä, jolla sähköinen äänitaajuussignaali koodataan digitaaliseen muotoon. Siinä analogisesta signaalista otetaan tasaisin väliajoin näytteitä, jotka ilmaistaan numeerisesti. Näytteen taso voidaan ilmaista joko lineaarisesti tai logaritmisesti⇒ näytteenottoteoria.

Modulointi: siirretään data toiselle taajuudelle.

Asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto: ajastusongelmat vaativat lähettimen ja vastaanottimen synkronointia. Asynkronisessa siirretään yksi kirjain kerrallaan (5-8 bittiä pitkä), yksinkertaista ja halpaa, datalla suuret välit ja alku/loppubitit. Synkronisessa siirretään pitempiä blokkeja ilman alku/loppukoodeja, synkronoidaan kellot, sopii paremmin suurille datablokeille.

Virhetyyppejä: virhe tapahtuu kun bitti vaihtuu lähettämisen ja vastaanottamisen välissä 1⇒0 tai 0⇒1. Virheitä tulee aina, pariteettitarkistus.

Datalinkki kontrolliprotokollat: (loogisuuskerros lisätään fyysisen kerroksen yläpuolelle): kehyksen synkronointi, vuoanvalvonta (stop-and-wait= odotetaan kuittausta; liukuvan ikkunan menetelmä), virheiden hallinta (havainnointi, kuittauksia, esim. hävinneet kehykset), osoitus, kontrolli ja data, linkin hallinta.

ARQ (automatic repeat request): 1. stop-ans-wait (vastuu lähettäjän puolella, odotetaan kuittausta), 2. go-back-N (perustuu liukuvan ikkunan menetelmään, hylätään kehys kunnes sama kehys tullut uudelleen), 3.selective-reject (pyytää takaisin vain ne joita ei saatu oikei perille).

■ Jäi epäselväksi: Materiaalin englanninkielisyys tuotti haasteita aihealueen teknisyyden lisäksi.

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.

Kännykkä: radiotie (johtimeton siirtotie). 3G-verkot Suomessa muodostuvat toimiluvan saaneiden kolmen teleoperaattorin TeliaSoneran, Elisan ja Dna:n ylläpitämistä kolmannen sukupolven UMTS-verkoista. Suomessa UMTS-verkot käyttävät 900 MHz ja 2100 MHz taajuuksia (Wikipedia). HSDPA (lyhenne sanoista High-Speed Downlink Packet Access) on matkaviestinten yhteyskäytäntö, joka nopeuttaa UMTS-pohjaista 3G-matkapuhelinverkkoa. HSDPA:n käyttämä modulaatio QPSK ja 16-QAM.

WLAN: 802.11n, taajuus 2,4 GHz, OFDM-modulointi, esim. 16-QAM. (Wikipedia)

Kaapelidigiboksi: johtimellinen, koaksiaalikaapeli, DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) on DVB-standardi digitaalisen televisiokuvan lähettämiseksi kaapeliverkossa. DVB-C käyttää MPEG-2 ja QAM-modulaatiota.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 3: Lähiopetus: 6 h, itseopiskelu 4h

Luentopäivä 4, 2.11.2012:

■ Päivän aihe: Kanavointi, FDMA, ADSL, TDMA, CDMA, WCDMA,

Kanavointi (multiplexing)= keino jolla saadaan yhtäaikaisia käyttäjiä siirtotielle, siirtotien kapasiteetin jako. Käyttö: radiotie (matkapuhelinverkko), kuidut, koaksiaalikaapeli, mikroaaltolinkit. Perustuu multipleksereiden käyttöön, yhdellä lonjalla monta kanavaa käytössä. Hyödyt: kustannustehokkuus, yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan kaistasta. Ongelmia: taustamelu ja häiriöt.

Kanavoinnin jaottelu luokkiin: FDMA eli TAAJUUSJAKOKANAVOINTI (frequency division multiple acess), TDMA eli AIKAJAKOKANAVOINTI synkroninen ja asynkroninen, CDMA eli KOODIJAKOKANAVOINTI ja WDMA eli AALLONPITUUSJAKOKANAVOINTI.

FDMA eli taajuusjakokanavointi ⇒ kukin signaali omalle tajuusalueella/kanavalla. (eri signaalien modulointi eri taajuisille kantoaalloille, kanava=kantoaallon kohdalle keskittynyt kaistanleveys). Varmuusväli= eri kanavien väliin jätettävä alue, estää kanavien väliset häiriöt. Syötettävä data voi olla digitaalista ja analogista, mutta signaali on aina analoginen (perustuu modulointiin).Kaistanpäästösuodattimia käytetään vastaanottopäässä erottamaan oikea signaali (hevosen silmälappuesimerkki). Käyttökohteita: TV:n radio ja kaapelilähetys, analogiset kuljetusjärjestelmät.

ADSL: assymetric digital subscriber line ⇒ Assymetriset kaistat sopii Internet-käyttöön: jakelusuunta (downstream www-sivut palvelimelta) laajempi kuin paluusuunta (upstream http-pyynnöt palvelimelle), tarjoaa ratkaisun tilaajan ja etäverkon välille, käyttää puhelinkäyttöön tarkoitettua parikaapelia. Käyttää taajuuskanavointia: 25kHz varattu puheelle, taajuusjakokanavoinnilla upstream/downstream -jako (voidaan lähettää ja vastaanottaa). Toimintamatka 5,5km. Kaiun poisto: lähetin poistaa oman lähetyksen kaiun tulevasta signaalista.

DMT =discrete multitone tekniikka, jota ADSL käyttää monta kantosignaalia eri taajuuksilla- bitit jaetaan tasan 4 kHz alikanaville ⇒ parempi kohinasuhde. Mitataan missä laatu on paras, siirretään sille alueelle.

TDMA =aikajakokanavointi, käytetää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille, perustuu gigitaaliseen viipalointiin (aikajako eli lähetetään VUOROTELLEN). Synkroninen (lähteet varaavat aikaviipaleita kehyksestä=kanava, aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi, kukaan muu ei voi niitä käyttää,suurimman osan ajasta osa yhteyksistä tyhjillään, SONET/SDH, GSM) ja tilastollinen=asynkroninen (aikavälit varataan tarpeen mukaan, kapasiteetti voi olla suurempi kuin lähteiden nopeuksien summa, hankaluuksia ruuhka-aikoina suurilla kuormituksilla, käytetään lähetyspuskureita multiplekserissä, vaatii ohjausinformaatiota datan yhteyteen).

Kaapelimodeemi: palveluntarjoaja varaa 2 kanavaa (1 molempiin suuntiin)datakäyttöä varten, joka kanava jaettu tilaajien kesken (yleensä asynkroninen TDMA), jakelusuunnan/downstream kaistaa käytetään myös upstream-kaistan varaamiseen).

CDMA koodijakokanavointi: koodausmenetelmä langattomaan kommunikointiin - radiotie, hajauttaa datan laajalle alueelle, vaikea estää ja häiritä koska häiriöitä pystyy hävittämään/“levittämään”, voidaan salata signaaleja, CDM/CDMA kännykät Amerikassa, Bluetooth, taajuushyppely:data liikkuu eri taajuuksilla.

WCDMA laajakaistainen koodijakokanavointi, sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille, käytetään UMTS/3G verkoissa

Tietoliikenne jaettu: Teleliikenteeseen - piirikytkentä, puhelinverkot, äänensiirto ja Dataliikenteeseen - pakettikytkentä, dataverkot. Kytkentäinen verkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä, solmut tarjoavat asemille tietoliikenneverkon palvelun, siirtävät dataa solmusta solmuun. Solmujen väliset linkit on jaettu kanavoinnin (multiplexing) avulla.

Piirikytkentäiset verkot: teleliikenteessä, interaktiivinen reaaliaikainen tiedonsuurto, kolme vaihetta: 1.yhteyden muodostus, 2.datan siirto, 3.yhteyden purku. Päästä-päähän yhteys on muodostettava ennen varsinaista datan siirtoa (jokaisesta linkistä ja solmusta varattava kapasiteettia yhteyttä varten). Kanavan kapasiteetti varattuna koko yhteyden ajan vaikka dataa ei kulkisikaan, datan siirto vakionopeudella. Esim. yleinen puhelinverkko (PSTN) ja dataliikenne modeemien avulla.

Pakettikytkentäiset verkot: data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten, paketin koko riippuu siirtoverkosta, solmut tietoisia verkon tilasta eli mitä reittiä paketit kannattaa siirtää. Hyvä verkon tehokkuus, prioriteetteja. Kaksi eri kytkentätapaa: tietosähke (datagrammi, paketit lähetetään täysin itsenäisinä, jokaiselle toisista riippumaton reitityspäätös solmuissa⇒ järjestysnumerot) ja virtuaalipiiri (virtual circuit, jokainen paketti kulkee samaa reittiä⇒ ongelmia jos reitin varrella tukoksia).

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.

Kaapelimodeemi: palveluntarjoaja: DNA, kanavointi: ilmeisesti asynkroninen TDMA eli kanavat jaettu tilaajien kesken.

3G/UMTS: laajakaistainen koodijakokanavointi WCDMA, sama kaistanleveys kaikille nopeuksille.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 4: Lähiopetus: 6 h, itseopiskelu 5h

Luentopäivä 5, 16.11.2012:

■ Päivän aihe/ päivän tärkeimmät asiat: Reititys, ruuhkahallinta, mobiiliyhteydet/verkot, LAN-lähiverkot, nopeat lähiverkot, WLAN, Internetworking-arkkitehtuuri, tietoturva, kokonaiskuva tietoliikenteestä

Reititys: =päätös mihin suuntaan paketti lähetetään, riippuu verkosta, verkon kuormituksesta, hinnasta.

Ruuhkahallinta: ruuhka tapahtuu kun verkon kapasiteetti ylittyy, 80% käyttö kriittinen,rajatut resurssit ⇒ paketteja häviää, puskurit täyttyy ⇒ ilmoitus lähettäjälle “älä lähetä enää”, pyritään tasapuolisuuteen mutta tarjotaan erilaisille sisällöille erinäköinen yhteys. Viive: prosessointiaika, jonotusaika, lähetysaika ja reititysviive. Kun kuorma kasvaa, viivekin kasvaa. Traceroute program näyttää reitin mitä pitkin paketti/viesti kulkee vastaanottajalle. Nopeusongelmia/ syitä hitauteen: signaalin laatu huono, verkossa ruuhka, vastaanottopäässä ylikuormitus, operaattori tai muita häiriöitä.

Mobiiliyhteydet/mobiiliverkot: tukiasema kattaa tietyn alueen (jopa 80km). Tänä päivänä mennään pienempiin mikrosoluihin (parempi kapasiteetti) ja kommunikoidaan lyhyempiä matkoja. Liikutaan samalla kuin kommunkioidaan ⇒ puhelu käynnissä ja samalla siirretään toislta tukiasemalta toiselle. Kapasiteetin kasvattaminen: lisätään kanavia, lainataan taajuuksia, jaetaan soluja. Tukiasemat eivät keskustele keskenään, vaan ainoastaan ohjausyksikön kautta! Vain viimeinen linkki (tukiasema ↔ kännykkä) on langaton!

LAN-lähiverkot: käyttökohteet: PC-LAN (yhdistää esim. PC ja tulostimet), taustaverkot (yhdistää esim. keskustietokoneet, tallennusverkot), nopeat toimistoverkot, runkoverkko-LAN. Lähiverkkojen avainelementit: topologia (väylä, puu esim. kaapeliTV, rengas, tähti), siirtotie, layout, kuka saa käyttää. Siirtotien valinta: kapasiteettimahdollisuus, luotettavuus, minkä tyyppistä dataa siirretään. Mitä korkeampi nopeus, sitä paremmin sopii optinen kuitu ja korkean suorituskyvyn parikaapeli. LAN-arkkitehtuuri= OSI:n kaksi alinta kerrosta: 1. fyysinen kerros ja 2. linkkikerros (MAC eli siirtotiepääsyhallinta + LLC eli yksittäisen linkin toiminta). LAN-protokollat IEEE802: 1. Fyysinen kerros: signaalin koodaus ja purku, synkronointi, bittien siirto, siirtotie ja topologia 2. Linkkikerros: yhteys ylempiin kerroksiin,kokoaa datan kehyksiksi yhdessä osoitteiden ja virheenkorjauksen kanssa, purkaa kehykset vastaanotettaessa, vastaa siirtotien käyttövuoroista, vuoan valvonta ja virheenkorjaus, yhtenäinen rajapinta erilaisille verkoille. MAC-protokolla: LAN-verkoissa useita käyttäjiä⇒ MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. Menetelmät: 1.Round robin=vuoroperiaate, 2.Varausmenetelmä=siirtotien aika jaettu aikalohkoihin, 3.Kilpailumenetelmät=asemat kilpailevat lähetysajasta. MAC tärkeä lähiverkoissa: linkkitason luotettavuus, turvallisuus. Siltaus=tapa yhdistää samantyyppiset LAN:t, käytännössä LAN aina yhdistetään johonkin toiseen verkkoon. WLAN wirelass LAN, käyttökohteita: linkki, yhteys toisiin verkkoihin, tukiasemina. Kun samalla alueella on monta tukiasemaa, taajuudet voi mennä sekaisin ja häiritsevät toisiaan jos sama taajuus käytössä. WLANia ei käytetä liikkuessa vaan nomadi-käyttö.

■ Jäi epäselväksi:

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.

Esimerkkisovellus: sähköposti Sähköpostia välitetään Internetissä yleensä SMTP-protokollan avulla. Sähköpostin lukemiseen yleisimmin käytetyt protokollat ovat POP3 ja IMAP, joita melkein kaikki sähköpostiohjelmat tukevat, sekä HTTP, kun sähköpostia luetaan www-selaimella. Kolme pääkomponenttia: 1. user agent/ käyttäjäagentti: ohjelma/ mail reader esim. Gmail, Outlook 2. mail server/ palvelin 3. transfer protocol/protokolla = toiminto palvelimien välillä ⇒ SMTP (=Simple Mail Transfer Protocol on TCP-pohjainen protokolla, jota käytetään viestien välittämiseen sähköpostipalvelimien kesken. Protokollalle on varattu portti 25.). Viestit alunmerin tallennetaan palvelimelle, jossa on ulosmenevien jono. Sisääntulevien jonot ovat sähköpostilaatikoissa. User agent→ mail server→ mail server → user agent.

Sähköpostin kulku: http://fi.wikipedia.org/wiki/SMTP

1. A kirjoittaa sähköpostiviestin postiohjelmallaan (esimerkiksi Outlook).

2. A:n postiohjelma lähettää viestin A:n postipalvelimelle (eng. mail server).

⇒ esim. bitit kulkevat digitaalisessa muodossa kaapelimodeemille, joka muuntaa digitaalisen datan analogiseksi mahdollisesti PSK-avainnustekniikalla. Data kulkee johtimellista siirtotietä pitkin (parikaapeli) reitittimelle. Kanava on jaettu käyttäjien kesken asynkronisen TDMA eli aikajakokanavoinnin periaattella.

3. A:n postipalvelin ottaa TCP-yhteyden B:n postipalvelimelle.

4. A:n postipalvelin siirtää (“push”) viestin SMTP-protokollalla B:n postipalvelimelle.

5. B:n postipalvelin laittaa viestin B:n postilaatikkoon.

6. B:n postiohjelma noutaa viestin postinnoutoprotokollalla (“pull”) (esimerkiksi POP3) postiohjelmaan ja B lukee viestin.

•Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

Sähköpostiviestinnässä on tärkeä huolehtia tietoturvasta. Sähköpostin liitetiedosto tai linkki voi sisältää viruksia (uusimpia viruksia Melissa, joka lähettää itsensä jokaiselle osoitekirjassa olevalle ja vahingoittaa käyttäjän järjestelmää) tai matoja. Myös kunnollisen salasanan käyttö sähköpostiohjelmassa on tärkeää.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 5: Lähiopetus: 6 h, itseopiskelu: 1 päivä.

Mitä opin kurssin aikana

Opin perustietoja tietoliikenteestä. Tästä luentopäiväkirjasta ei juuri löydy ns. omia pohdintoja tai oivalluksia, koska lähes kaikki aihealueet olivat minulle uusia ja omien pohdintojen syntyminen olisi vaatinut aikaisempaa taustatietoa. Silti luentopäiväkirjan täyttämisestä oli minulle varmasti hyötyä, koska kurssimateriaalin säännöllinen kertaaminen helpotti asioiden omaksumista ja tenttiin valmistautumista.

——————————————————————————–

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

Logged in as: g0398469 (g0398469)