Oppimispäiväkirja

Ennakkonäkemys aihealueesta

Siis perusjuttuja: tietoliikenne on sähköisen tiedon välittämistä tietoliikenneverkkojen kautta ja tietoliikennetekniikalla tarkoitetaan niitä tekniikoita, joilla siirretään puhetta, kuvaa tai muuta dataa lähettäjältä vastaanottajalle jotain siirtoyhteyttä pitkin. Tässä vaiheessa ei ollut vielä ylivoimaisen vaikeaa tajuta minullekaan, mutta täytyy myöntää, että olen tällä aihealueella hyvin “neitseellinen alusta” :). En ole ollut juurikaan kiinnostunut tietämään tietotekniikan syvempää olemusta tai miten kaikki tämä tietotekninen työ on mahdollista ja mitä systeemeitä taustalla tulee olla, jotta homma pelittää. Nyt, kun asiaan on pakko perehtyä, hirvittää jo valmiiksi pysynkö kelkassa mukana. Kuuluu varmaankin yleissivistykseen pyrkiä oppia ymmärtämään kaikkien päivittäin käytettävien laitteiden, ohjelmien ja tekniikoiden (wlan, vpn, kännykät, digi-tv, sähköposti, pankki- ym. sähköiset asiointiohjelmat, Facebook ym.) keskustelua keskenään, niihin liittyvää tietoturvaa ja riskejä sekä sitä, mitä kaikkea tietoa ne minusta taltioivat tietämättäni.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Mitä jäi mieleen. Kommunikointimalli, joka kuvaa tietoliikenneprosessia kahden osapuolen ts. laitteen välillä. Prosessissa on lähdejärjestelmä, siirtojärjestelmä ja kohdejärjestelmä eli tiedon lähettäjä, siirtotie ja tiedon vastaanottaja. Lähdejärjestelmä (esim. kotitietokone ja modeemi) generoi datan, lähetin muuttaa datan signaaleiksi, joka liikkuu siirtojärjestelmän (esim. puhelinverkko) avulla kohdejärjestelmään, joka vastaanottaa signaalin. Kohdejärjestelmä toistaa vastaanotetun datan ja muuttaa sen informaatioksi. Signaalien tulee olla siirtotielle sopivia ja vastaanottimen ymmärtämässä muodossa.Tärkeitä termejä kommunikointimallissa: a) informaatio: datan merkitys jossain tilanteessa b) data: kommunikointiin sopiva tiedon esitysmuoto c) signaali: tiedon fyysinen esitystapa

Kommunikointiin eri järjestelmien välillä tarvitaan tehtävien jakoa osatehtäviin eli kerrosarkkitehtuuria (kerrosmalli). Eri kerrosmalleja on mm. STallingerin kolmen kerroksen malli, seitsenkerroksinen OSI -malli sekä viisikerroksinen TCP/IP -malli. Jakamalla kommunikointiin liittyvät tehtävät eri osiin, on järjestelmä kokonaisuudessaan hallittavampi. Jokaiselle kerroksella on oma protokollansa ja protokolla tarkoittaa järjestelmässä eri kerroksissa sijaitsevien olioiden keskenään käyttämää yhteistä kieltä. Tiedonsiirrossa seuraavat neljä toimintoa tulee toteutua: 1) Lähdejärjestelmän tulee aktivoida kommunikaatioväylä, 2) lähdejärjestelmän tulee varmistaa, että kohde on valmis vastaanottamaan dataa 3) lähteen tiedonsiirtosovelluksen on vahvistettava, että kohteen tiedostojenhallintaohjelma on valmis hyväksymään ja tallentamaan tiedoston ja 4) datan formaattia joudutaan mahdollisesti kääntämään, jos tiedostot ovat erilaisia. Kerrosarkkitehtuurissa kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta. Protokolla koostuu syntaksista (mm. sanaston, tiedon muotoilu ja signaalitasot), semantiikasta (toimintalogiikka eli mitä tehdään kun paketti saapuu; virheenkorjaus) sekä ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien oikea järjestys, siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet).

Tiedon siirto tapahtuu kohteiden välillä joko langallisia (point-to-point) tai langattomia siirtoteitä pitkin. Koska toisiinsa liitettyjen laitteiden välinen kommunikointi on usein mahdotonta (etäisyys, laitteita paljon), käytetään kommunikointiverkkoja kuten WAN, MAN, LAN, PAN (Wide/Metropolitan/Local/Personal Area Network). Kommunikointiverkkojen tekniikoita ovat piirikytkentä, pakettikytkentä ja solukytkentä (ATM). Piirikytkennässä tiedonsiirrolle varataan kanava (puhelinverkko) mutta pakettikytkennässä kommunikointikanavaa ei tarvitse varata. Pakettikytkentää käytetään erityisesti tietokoneiden välisessä tiedonsiirrossa. ATM (Asynchronous Transfer Mode) perustuu soluvälitykseen, jossa on kiinteän kokoiset paketit (solut). Yhdistää piirikytkentäajatuksen pakettikytkentään virtuaalipiireillä ja vähentää prosessointia.

Luentopäivä 2: Toisen luentopäivän oppeja: Kun eri järjestelmien oliot kommunikoivat keskenään, tulee osapuolien tiedossa olla mitä, kuinka ja koska; eli se yhteinen kieli. Protokollien perustoimintoja ovat: segmentointi ja kokoaminen, paketoiminen, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteet, kanavointi ja kuljetuspalvelut.

Tietoliikenteen standardointia tarvitaan huolehtimaan toiminnallisesta yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä. Tärkeimpiä standardointiorganisaatioita ovat Internet Society, ISO (OSI-mallin kehitystyö), ITU-T (telekommunikaatiostandardeja), ATM Forum sekä IEEE (lähiverkot). Standaroinnin edut ovat lähinnä tuotteiden massatuotannossa, joka edelleen alentaa tuotteiden hintoja, sekä tuotteiden yhteensopivuudessa.

Helpoimmin ymmärrettävä luento-osuus on siirtotiet, joita on johtimellisia (signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin) sekä johtimettomia, jolloin tieto siirtyy langattomasti. Johtimellisessä siirtotiessä tiedonsiirtonopeus tai kaistanleveys riippuu pitkälti laitteiden välisestä etäisyydestä. Niitä käytetään lyhyistä tilaajaliitännöistä ja lähiverkoista aina pitkiin runkoyhteyksiin asti. Siirtotiellä voidaan välittää sekä digitaalisia että analogisia signaaleja. Siirtotien pituuden kasvattamiseksi suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää parantaa. Analogisilla signaaleilla käytetään vahvistimia, digitaalisilla signaaleilla toistimia. Johtimettomassa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat siirtotien ominaisuuksia tärkeämpiä esim. antennin suuntaavuus.

Johtimellisia siirtoteitä ovat: - parikaapeli esim. puhelin- ja dataverkoissa. Koostuu toistensa ympärille kiedotuista kahdesta kuparijohtimesta. Kierrolla on häiriöitä pienentävä vaikutus. Johdinpari muodostaa aina yhden kommunikointilinkin. Useita johdinpareja voidaan yhdistää suuremmaksi kaapeliksi. Puhelinverkossa parikaapelia käytetään tilaajajohtimena (analoginen signaali), dataverkoissa digitaalinen signaali . Häiriötekijät (esim. sähkömagneettiset häiriöt) vaikeuttavat parikaapelin käyttöä, voidaan parantaa päällystämällä kaapeli foliolla tai metallipunoksella. - koaksikaapeli - tv-kaapeli. Kaksi johdinta sisäkkäin, parempi häiriönsietokyky. Voidaan välittää analogisia ja digitaalisia signaaleja. Koaksikaapelissa voidaan käyttää korkeampia taajuuksia, joten suuremmat tiedonsiirtonopeudet. Suurimmat häiriötekijät: vaimennus ja lämpökohina. - valokuitu - optinen kuitu, valoa läpäisevää materiaalia (lasi,muovi..). Kuitu koostuu ytimestä, heijastuskerroksesta ja kuoresta. Ytimessä siirretään valoaallot , yleensä aina digitaalinen signaali. - sähköjohto - tilaajaliitäntä sähköverkon välityksellä

Johtimettomissa siirtoteissä signaali etenee ilmassa tai muussa väliaineessa antennien välityksellä. Johtimettomia siirtoteitä ovat: - mikroaaltolinkit (suunnattu kommunikointi), - satelliittilinkit (satelliittikommunikointi mm. tv-broadcasting), - radiotie (suuntaamaton kommunikointi mm. kännykät, bluethoot, radio ja tv-lähetykset) sekä - infrapuna (lyhyen matkan point-to-point, mm. kännykkä ja tietokone)

Johtimettomissa siirtoteissä signaalin etenemisen esteitä ovat mm. heijastus, taipuminen sekä sironta. Myös monitie-eteneminen aiheuttaa ongelmia. Heijastuva signaali saattaa tulla perille väärään aikaan, signaalit menettävt osan energiasta heijastuksen yhteydessä ja heijastuksien summautuminen vaikeuttaa signaalien tulkitsemista vastaanottopäässä.

Luentopäivä 3: Onnistunut tiedonsiirto riippuu kahdesta tekijästä: lähetettävän signaalin laadusta ja siirtovälineen (-tie) ominaisuuksista. Signaali on datan esitystapa, joka kulkee tiettyä siirtotietä (signaalin proses-sointi). Tiedon siirto lähettäjältä vastaanottajalle tapahtuu aina jonkin välineen kautta; johtimellisessa tie-donsiirrossa esim.parikaapelin tai optisen kuidun kautta ja johtimettomettomassa tiedonsiirrossa ilman tai veden kautta. Signaalien lähetys voi olla Yksisuuntainen (simplex, signaalit vain yhteen suuntaan kuten tv:ssä), vuorosuuntainen (half duplex, molemmat osapuolet lähettävät, mutta vain vuorollaan) ja kaksisuuntainen (full duplex, samanaikaiset lähetykset kuten puhelin). Tiedonsiirrossa signaaleja on analogisia ja digitaalisia. Analoginen signaali muuttuu tasaisesti koko lähetyksen ajan, digitaalinen signaali säilyy tietyn ajan vakiotasolla ja siirtyy sitten toiselle vakiota-solle. Jaksollinen signaalit toistuu samanlaisella kaavalla, jaksottomalla signaalilla ei toistuvaa kaa-vaa. Signaalit koostuvat monista taajuuksista, komponentit ovat sini aaltoja. Jokaisella siirtoverkolla on rajoitettu taajuuskaista, joka rajoittaa datanopeutta ja rajoitettu kaistan-leveys lisää vääristymistä. Data = kokonaisuus joka välittää merkitystä Signaali ja signalointi= datan sähköinen tai sähkömagneettinen esitystapa, etenee fyysisesti jonkin välittäjän kautta. Tiedonsiirto = Datan toimittaminen prosessoimalla ja levittämällä signaalia Analoginen data (ääni) on helposti muutettavissa analogisiksi ja digitaaleisiksi signaaleiksi. Myös digitaalinen data (binaariset jännitesykäykset) voidaan muuttaa analogisiksi signaaleiksi. Digitaaliset signaalit ovat halvempia, vähemmän herkkiä kohinalle mutta niissä on suurempi vai-mennus. Tiedonsiirron merkittävimmät häiriöt ovat - vaimeneminen ja vaimenemisen vääristymä - viivästymisen vääristymä - kohina Vaimeneminen Etäisyyden mukaan tapahtuu vaimeneminen. Kun signaali otetaan vastaan, sen on oltava riittävän voimakas, jotta se havaitaan ja voidaan vas-taanottaa ilman häiriötä (erottamaan kohinasta) Esim. Wlan , jos paljon häiriöitä –> tiedonsiirtonopeus hidastuu = bittien leveys kasvaa (mitä nope-ampaa lähetys, sen kapeammat bitit) Bittien leventäminen lisää signaalin vahvuutta. Vaimenemiseen voidaan vaikuttaa: - vahvistimilla (analogisella puolella) mutta se toistaa myös virheet - toistimet (ottaa vastaan viestin, puhdistaa sen ja lähettää eteenpäin) Vaimeneminen korkeammilla taajuuksilla on vahvempaa = yhteys taajuuden ja sen vaimenemisen ja etenemisen välillä Viivevääristymä: Eri taajuudet etenee eri nopeuksilla - hankala erityisesti digitaalisella datalla, voi mennä datat päällekkäin –> virheitä Kohina -aiheuttaa moni asia; * lämpökohina * intermodulaatio-kohina: kun lähetetään kahdella eri taajuudella, voi esiintyä “haamuja” laitteistoista johtuen. Crosstalk: vastaanotin vastaanottaa signaaleja, joita ei ole tarkoitettu sille Impulse Noise: aiheutuu ulkopuolisista elektromagneettisista pulsseista (esim. salama) –> kaikki bitit sinä aikana muuttuvat lukukelvottomiksi - erittäin hankalaa digitaalisessa viestinnässä –> impulssi vie paljon bittejä käyttökelvottomiksi Asynkroninen siirto on tarkoitettu tilanteisiin, joissa murto-osa yhteysajasta käytetään tiedon siirtoon, ja siirrettävän jakson koko on pieni, yleensä 1 merkki. Väärin muodostettu asynkroninen merkki aiheuttaa kehysvirheen(framing error).Kehysvirhe tapahtuu myös silloin kun vastaanottajan databittien lukumäärä on pienempi kuin lähettäjällä. Synkroninen siirto on tarkoitettu tilanteisiin, jossa pienin siirrettävä yksikkö muodostuu sanomasta, ja kerralla siirretään suurempia tietomääriä(tiedostoja tms.) kahden koneen välillä. Synkroninen siirto ei aseta tietobittejä merkkikohtaisesti kehyksiin vaan tulevasta bittivirrasta etsitään sovittu merkki – tai bittisekvenssi, jonka perusteella voidaan päätellä rajat sanomissa tai paikallistaa sanoma suoraan. Jotta lähetettäviä tietoja voidaan paremmin hallita, fyysisen kerroksen yläpuolelle lisätään logiikka kerros. Tiedonsiirrossa toimintoja: - Kehyssynkronisaatio - Vuonohjaus - Virhe ohjaus - osoitteisto - Ohjaus-ja data - Linkin hallinta

Luentopäivä 4: Kanavointi tarkoittaa sitä, että siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän sig-naalin kesken jotta kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestel-män kapasiteettia. Kanavointi perustuu multipleksereihin, jolloin syötettä yhdistetään lähetyspäässä, kuljetetaan yhden linkin kanavassa ja puretaan vastaanottopäässä useiksi syötteiksi. Näin yhdellä linjalla on monta kanavaa käytössä. Kanavointi jaetaan luokkiin: 1) Taajuuskanavointi (FDMA Frequency Division Multiple Access) 2) Aikajakokanavointi (TDMA Time Division Multiple Access) jossa synkroninen ja asynkroninen kanavointi 3) Koodijakokanavointi (CDMA Code Division.. ) sekä 4) Aallonpituusjakokanavointi (WDMA Wavelength Division …). FDMA = kukin signaali keskittyy omalle taajuusalueelle. FDMA:n (siirtotie) kapasiteetin on oltava suurempi kuin siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset. Syötettävä data joko digitaalista tai analogista, mutta koska FDMA perustuu signaalien modulointiin, signaali on aina analoginen. Taajuuskanavointia käytetään a) TV-kanavien välittämiseen, b) analogisina kuljetusjärjestelminä, c) ADSL (Asymmetric digital subscriber line) joka käyttää puhelinkäyttöön tarkoitettua parikaapelia, lähinnä internetin käyttöön, d) DMT (Discrete Multitone) … nyt sekosin miten nämä liittyivät toisiinsa… luentokalvoista ei saa mitään tolkkua! TDMA = perustuu signaalien viipalointiin (aikajako) 1) bittitasolla 2) tavutasolla 3) suurem-missa yksiköissä. Synkronisessa aikajakokanavoinnissa datan on oltava digitaalista, sig-naali voi olla digitaalinen tai analoginen. Siirrettävä data muodostaa kehyksiä, jotka taas muodostuvat aikaviipaleista. Aikaviipaleita varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi » hukkaa kapasiteettia, jos ei riittävästi dataa tarjolla. Synkronisessa TDMAssa ei tarvita linkkiprotokollaa ja linkin vuonvalvonta on tarpeetonta, koska nopeus on kiinteä. Asynkro-ninen TDMA jakaa aikaviipaleet tarpeen mukaan (dynaamisesti) , multiplekseri kerää da-taa kunnes kehys on täynnä. Siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähetteiden no-peuksien summa. Asynkroninen TDMA vaatii ohjausinformaation datan yhteyteen. Sitten menikin taas yli ymmärryksen ja liian tekniseksi… CDMA = käytetään johtimettomilla siirtoteilla (radiotie). Analoginen tai digitaalinen data ja analoginen signaali. Kun FDMA ja TDMA –kanavoinnista huolehtii multiplekserilaite, koodijakokanavoinnista huolehtii signaalin lähettävä päätelaite, koodausavaimena yksilöllinen tieto, laiteosoite esim. Bluetooth. WCDMA = laajakaistainen koodijakokanavointi, sama kaistanleveys kaikille datanopeuk-sille. Käytetään esim. UMTS ja 3G –verkoissa. Tele- & dataliikenne, piiri – ja pakettikytkentä. Teleliikenteessä käytetään puhelinverkkoja sillä puhe/ääni tarvitsee reaaliaiakaisen kommunikointiväylän » piirikytkentä. Piirikytkennässä päästä-päähän yhteys on muodostettava ennen varsinaista datan siirtoa. Tiedon välitys sisältää kolme vaihetta: 1. yhteyden (piirin) muodostus 2. Datan siirto 3. Yhteyden (piirin) lopetus . Data siirretään vakionopeudella, yhteys on käytössä ko. yhtey-delle niin kauan kunnes yhteys puretaan, viiveenä linkkien välinen etenemisviive. Dataliikenteessä käytetään dataverkkoja, väylien mahdollisimman tehokas käyttö » pa-kettikytkentä, jossa data pilkotaan paketteihin siirtoa varten. Jokainen paketti sisältää sekä siirrettävää tietoa että kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot). Reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle. Solmujen tulee olla tietoi-sia, mitä reittiä paketit kannattaa siirtää. Pakettikytkennässä verkon tehokkuus on parempi kuin piirikytkennässä.

Luentopäivä 5: LAN -verkoissa tiedonsiirto perustuu ilmatiessä tapahtuvaan radiosignaalien tai valoaaltojen ete-nemiseen. Langattomissa verkoissa informaatiota sisältävät signaalit muutetaan ilmatiessä siirret-tävissä olevaan muotoon. LAN - eli lähiverkkojen kaapelointitapa eli topologia on väylä-, puu-, ren-gas- ja tähtitopologia, jotka kuvaavat verkon toimintatapaa. Puutopologiassa yhden aseman lähetys kuuluu kaikilla, jolloin ongelmana on lähetysvuorojen hallinta. Tähtitopologiaan voidaan lisätä helpommin työasemia kuin rengastopologiaan. Viimeisissä luentoslaideissa pohditaan tietoturvaa. Tietoturva määritellään yleensä niiden toimenpi-teiden kokonaisuudeksi, joilla taataan tietoturvan kolme periaatetta: 1. Luottamuksellisuus. Kukaan ei pääse näkemään tai käyttämään tietoa, johon hänellä ei ole oikeutta. 2. Eheys. Mikään ulkopuo-linen taho ei pääse muuttamaan ilman lupaa tiedon sisältöä. 3. Saatavuus. Tieto on käytettävissä silloin, kun sitä tarvitaan. Erityisesti verkossa sijaitsevien tietojen osalta, toimiva yhteys on edellytys tämän periaatteen toteutumiselle. Erilaisia tietoturvauhkia on monia. Useimpia uhkia vastaan pys-tytään varustautumaan ihmisen omalla toiminnalla; yksinkertaisimmillaan esim. huolehtimalla sala-sanojen salassapidosta. Entistä enemmän ihmisten tulisi tiedostaa tietoturvauhat kun käytetään mobiililaitteita, sillä niiden suojaukset eivät ole niin tehokkaita kuin tietokoneiden.

Kotitehtävät

Ajankäytöstä tällä kurssilla

Kaikille luennoille en päässyt, mutta kotitehtäviä ja luentopäiväkirjaa tehdessä tuli varmasti käytettyä tuplasti luennolla käytettävä aika. Vie todella paljon aikaa, kun itsekseen yrittää sisäistää / ymmärtää asioita pelkistä slaideista. Tunteja, tunteja paljon!