meta data for this page
  •  

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.

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikenteessä eri laitteet ja sovellukset kommunikoivat keskenään dataliikenteen kautta.
Tietoliikenne tuo lähinnä mieleen langallliset- ja langattomatverkot sekä LAN ja TCP/IP protokollat.
Nykyisin lehdistössä ja mediassa ovat olleet esillä eritoten kaikenlaiset pilvipalvelut datansäilömisestä pilvipelaamiseen. Tietoliikenteeseen on jo pitkään liittynyt datansalaus ja tietoturva.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Hirveästi kaikenlaisia lyhenteitä, joista suurinosa taisi olla erilaisia protokollia. Mieleen jäi eritoten kerroksista koostuvat rakenteet.
Yllätyksenä itselleni tuli protokollien toimintojen laajuus ja se, että miten hyvin nämä toiminnot on piilotettu loppukäyttäjältä.
Mielenkiintoisin asia luennolla oli ehkä itse dataliikenteen käsittely ja siihen liittyvät signaalimuunnokset ja virheenkäsittely.

Päivän aihe:
- Teoreettinen kommunikointimalli

Päivän tärkeimmät asiat:
- Kommunikointimallin osatehtävät
- Kerrosarkkitehtuuri

Mitä opin tällä kertaa:
- PAN = Personal Area Network
- LAN = Local Area Network
- MAN = Metropolitan Area Network
- WAN = Wide Area Network

- Protokollia tarvitaaan, koska kommunikoinnissa pitää olla yhteiset yhtäpitävät selkeät säännöt.

- FTP = File Transfer Protocol

- Kerrosmalli hajottaa protokollien toiminnan loogisiin kokonaisuuksiin. Jokainen kerrosmallin osa hoitaa omat tehtävänsä ja ideaalisessa tapauksessa kerrokset olisivat täysin modulaarisia ja täten korvattavissa toisilla moduuleilla ilman että se vaikuttaa toisten kerrosten toimintaan.
Ylemmän tason kerrokset eivät kuitenkaan tulisi toimeen omillaan, koska ne nojaavat aina alemman tason tarjoamiin toimintoihin. Kerrosmallin voisi ajatella siten, että alin taso on kaiken perusta, jonka päälle muut toiminnot on rakennettu.

- Kerrosmallissa kommunikointi tapahtuu aina alimman kerroksen kautta.

- Samojen kerrosten välillä on kuitenkin yhteinen protokolla. Tämä protokolla ei vaikuta alemman kerroksen toimintaan, koska alempi kerros käsittelee ylemmän tason protokollan otsikkotietoa erillisenä datana ja protokollat eivät ota kantaa minkälaista dataa ne kulloinkin kuljettavat. Esimerkiksi IP-paketti sisältää IP-protokollaan kuuluvan otsikkotiedon ja otsikkotiedosta erillisen dataosuuden, joka voi esimerkiksi sisältää ylemmän tason TCP-paketin otsikkotiedon ja siihen kuuluvan dataosuuden, joka taas sisältää esim FTP-paketin otsikkotiedot ja siihen kuuluvan datan.

OSI Protokolla:
- Kehitys aloitettin 1977
- Seitsemän loogista kerrosta
- Ideaalinen tapaus, koska ei määritä minkälaista protokollaa eri kerrosten välillä pitää käyttää vaan antaa siihen vapaat kädet. Määrittää kuitenkin rajapinnat eri tasojen protokollien välille.
- Jäi TCP/IP tiedonsiirtoprotokollan jalkoihin

TCP/IP Protokolla: - Viisi loogista kerrosta
- Internet perustuu tähän TCP/IP protokollaan.

UDP = User Datagram Protocol = Karsittu versio TCP-Protokollasta, jonka otsikkotiedot ovat vähäisemmät. Mahdollistaa nopeamman tiedonkäsittelyn, mutta on samalla epäluotettavampi.

Luentopäivä 2:

Päivän aihe:
-Protokollien yleiset toiminnot
-Tietoliikenteen standardointi
-Siirtotiet.

Päivän tärkeimmät asiat:
-Protokollien toiminnot
-Miksi standardoida?
-Erillaiset siirtotiet ja niiden erot.

Mitä opin tällä kertaa:

Protokollan koostumus ja määritelmä:
-Ptokokolla on erilaisten järjestelmien välillä keskustelevien olioiden yhteinen kieli.
-Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta.

Protokollien toiminnot:
-Segmentointi ja kokoaminen
-Paketointi
-Yhteyden hallinta
-Toimitus oikeassa järjestyksessä
-Vuon valvonta
-Virheenkorjaus
-Virheentarkkailu
-Osoitteet
-Kanavointi
-Kuljetuspalvelut

Tietoliikenteen standardointi:
-Miksi standardoida?
-Standardoinnin hyödyt/haitat
-Internet ja sen standardit
-Standardointi prosessi
-Standardointi organisaatiot

Siirtotiet:
-Fyysiset ominaisuudet ja sovelluskohteet
-Voidaan jakaa johtimellisiin ja johtimettomiin

Jäi epäselväksi: Eipä kai mitään

Luentopäivä 3:

Päivän aihe:
- Digitaaliset signaalit ja niiden käsittely
- Virheiden havannointi ja korjaus

Päivän tärkeimmät asiat:
- Digitaalisen ja analogisen signaalin erot.
- Digitaalisen signaalin koodaustavat ja niiden eroavaisuudet.
- Erilaiset virheenkorjausmenetelmät.

Mitä opin tällä kertaa:
- Pitkien pelkästään 1- tai 0- biteistä koostuva data voi aiheuttaa digitaalisen signaalin koodaustavasta riippuen synkronointiongelmia.
- Manchester koodauksessa jokainen bitti erotellaan signaalin vaihdoksella, joten pitkät saman bitin sarjat eivät aiheuta synkronointiongelmia.
- Digitaalisesta signaalista voidaan poistaa häiriöt, mutta analogisesta ei.
- Digitaalista signaalia toistetaan ja analogista vahvistetaan, joka johtaa myös häiriöiden vahvistumiseen.
- Analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi näytteistyksen kautta.
- Asynkronisessa tiedonsiirtomenetelmässä data lähetetään merkki kerrallaan ja vastaanottimella mahdollisuus synkronoitua jokaisen uuden merkin kohdalla.
- Synkronoiduss tiedonsiirtomenetelmässä synkronointi on kellon varassa.

Luentopäivä 4:

Päivän aihe:
- Verkkoliikenteenhallinta

Päivän tärkeimmät asiat:
- Multipleksointi eli kanavointi
- ADSL
- ISDN
- GSM
- Piiri- ja pakettikytkentä
- Tele- ja dataliikenne
- Reititys

Mitä opin tällä kertaa:
ADSL (Asymmetric Digital Subscriper Line)
- Käyttää taajuusjakokanavointia
- Käyttää parikaapelia siirtotienä, jonka kaistanleveys on 1MHz
- POTS = Plain Old Telephone Service = Vanhoille lankapuheluille tarkoitettu taajusalue, jonka taajuusväli on 0-25KHz
- Upstream = Dataliikenne, joka lähetetään serverille päin. (Esim sähköpostin lähettäminen)
- Downstream = Dataliikenne, jonka serveri lähettää käyttäjälle päin. (Esim Youtuben katsominen)
- Upstream liikenne murto-osa Downstream liikenteestä

Piirikytkentä
- Ennen datan lähettämistä vastaanottajan ja lähettäjän välille varataan kanava, jota pitkin viestit lähetetään.
- Yhteydenmuodostuksessa on oma overheadinsa riippuen etäisyydestä, käytetyistä siirtoteistä ja välitysasemien lukumäärästä.
- Data liikkuu vakionopeudella varattua kanavaa pitkin ainoan viiveen ollessa eri linkkien välinen etenemisviive.
- Kun yhteys muodostettu sen resurssit ovat ainoastaan vastaanottajan ja lähettäjän käytössä, kunnes yhteys puretaan.
- Kiinteä yhteys lähettäjän ja vastaanottajan välillä riippumatta siitä liikkuuko data vai ei, joten siirtokapasiteettia voi mennä hukkaan.
- Sopii realiaikaisuutta vaativaan tiedonsiirtoon esim videopuhelu.

Pakettikytkentä
- Data pilkotaan paketeiksi, eikä vastaanottajan ja lähettäjän välille varata kiinteää yhteyttä.
- Paketit sisältävät ohjausinformaatiota, jonka avulla ne pystytään lähettämään kohteeseensa.
- Koska ei kiinteää yhteyttä ei pakettikytkennässä ole myöskään yhteydenmuodostukseen liittyvää overheadia.
- Pakettikytkentä hyödyntää verkkoa tehokkaammin kuin piirikytkentä, koska kanavia ei tarvitse pitää turhaan varattuina vaikka data ei liikkuisikaan.
- Pakettikytkennässä välitysviive on mahdollisesti suurempi kuin piirikytkenässä riippuen verkon kuormituksesta.
- Etenemisviiveen lisäksi pakettikytkennässä on pakettien prosessointiviive.
- Pakettikytkennässä on kaksi vaihtoehtoista kytkentätapaa:
1 Tietosähke/Datagrammi
- Jokainen paketti käsitellään itsenäisesti, mistä johtuen samaan sarjaan kuuluvat paketit voivat kulkea eri reittejä pitkin ja saapua eri aikoihin vastaanottajalle.
- Vastaanottajan välitysaseman pitää siis pystyä järjestelemään paketit oikeaan järjestykseen niiden ohjausinformaation perusteella ennen vastaanottajalle lähettämistä.
2 Virtuaalipiiri
- Lähettäjän välitysasema lähettää eräänlaisen testipaketin, joka etsii sopivan reitin vastaanottajalle.
- Kaikki seuraavatkin kyseiseen viestiin liittyvät paketit lähetetään samaa reittiä pitkin järjestyksessään.
- Paketit myös saapuvat oikeassa järjestyksessä eikä niitä tarvitse järjestellä.
- Vaikka paketit kulkevatkin samaa reittiä ei lähettäjän ja vastaanottajan välillä silti ole varattua kanavaa.

- Kanavoinnin avulla siirtotien kaistaa voidaan jakaa usean signaalin kesken. Kanavoinnissa lähetyspäässä tietty määrä viestejä multipleksoidaan yhdelle siirtotien linjalle ja vastaanottopäässä nämä viestit erotellaan tältä linjalta ja toimitetaan oikealle vastaanottajalle.
- Kanavoinnit eri tyypit:
* Taajuuskanavointi
Taajuuskanavoinnissa siirtolinjan käytössä oleva taajuusalue jaetaan osiin pienemmiksi taajuusalueiksi. Jokaisen lähettäjä-vastaanottajaparin kommunikointi tapahtuu jonkin osataajuuden sisällä.
* Aikajakokanavointi
Aikajakokanavoinnissa viestit jaetaan palasiin (kehykset). Nämä kehykset sitten lähetetään eteenpäin tietyin väliajoin.
* Koodijakokanavointi
* Aallonpituusjakokanavointi

Reititys
- Reitityksellä tarkoitetaan algoritmista reitinvalitsemista datapaketeille.
Kiinteäreititys:
- Jokaiselle lähettäjä- vastaanottaja-asemaparille on määritetty kiinteä reitti taulu, jota pitkin näiden väliset viestit lähetetään. Reittitaulut ovat laskettu “leastcost” algoritmilla, joka antaa kustannukseltaan edullisimman reitin.
Floodaus:
- Paketit lähetetään jokaiselle naapuri välitysasemalle ja näin tekevät rekursiivisesti jokainen naapurivälitysasemakin. Ennenpitkään paketit saapuvat perille oikeaan osoitteeseen.
- Haittapuolen verkon kuormitus.
- Hyvänä puolena se, että kaikki mahdolliset reitit käydään läpi, joten lähettäjä-vastaanottajaparille löytyy näin ollen myös edullisin reittivaihtoehto. Floodauksen avulla voidaan muodostaa edullisin mahdollinen virtuaalipiiri lähettäjän ja vastaanottajan välille.
Satunnainen:
- Samanlainen kuin floodaus, mutta paketit floodataan todennäköisyyslaskelmien perusteella, eikä niitä täten vuodeta jokaiselle välitysasemalle.
- Hyvänä puolena ei kuormita verkkoa läheskään niin paljon kuin normi floodaus.
- Huonona puolena ei kuitenkaan takaa optimitulosta virtuaalipiirille, mutta heuristiset tedennäköisyys laskut kuitenkin antanevat tulokselle jonkin minimi hyvyyden, joten huonointakaan mahdollista reittiä ei tulla saamaan ellei huonoin reitti sitten ole myös parhain.
Dynaaminenreititys:
- Reitityspäätökset mukautuvat verkonkäytön mukaan.
- Reitityspäätöksissä otetaan myös huomioon toisten välitysasemien toiminta. Esimerkiksi, jos huomataan, että joku naapuriasemista on kaatunut, niin ei sille enään ohjata tietoliikennettä.
- Dynaaminen reititys vaatii enemmän tietoa verkonkäytöstä kuin kiinteäreititys.
- Dynaaminen reititys on kompleksisuustasoltaan korkeampi, kun pitää jatkuvasti laskea optimaalisia reittivaihtoehtoja ja pitää kirjaa verkonkäytöstä.
- Useita erilaisia dynaamisia algoritmeja.

Tukkeutuminen
- Tarkoittaa tiedonsiirron hidastumista verkossa välitysaseman ylikuormittuessa.
- Tukkeutumista tapahtuu, kun välitysasemalle lähetetään datapaketteja nopeammin kuin mitä se pystyy niitä käsittelemään.
- Välitysasemien ylikuormituksen seurauksena hylättyjä tai vielä käsittelemättömiä datapaketteja lähetetään verkossa uudelleen, joten tukkeutuminen ryhtyy yleensä pahenemaan, kun se kerran pääsee alkuun.
- 80% kuormitusta pidetään kriittisenä tasona, jonka jälkeen läpipääsevien pakettien määrä romahtaa hyvin nopeasti.
- Datapuskureiden täyttyessä uutta sisääntulevaa dataa ei voida tallentaa mihinkään, joten se katoaa.

Tukkeutumisenhallintamenetelmiä
1 Vastapaine
- Välitysasema hidastaa tai lopettaa pakettien vastaanottamisen.
- Voi aiheuttaa dominoefektin, jossa muutkin välitysasemat joutuvat ottamaan käyttöön tukkeutumisenhallinta metodeja.
2 Kuristuspaketti
- Hallintapaketti, joka lähetetään kaikille tukkeutumislähteille. Paketin vastaanottajat vastaavat vähentämällä dataliikennettä tukkeutumisvaarassaolevalle välitysasemalle.
3 Implisiittinen signalointi
- Lähettäjäasema huomaa vastaanottavan aseman olevan tukkeutumisvaarassa esimerkiksi hylättyjen pakettien määrän nousun tai tietoliikenteen hidastumisen perusteella.
4 Eksplisiittinen signalointi
- Selvä viesti vastaanottajille tai lähettäjille, että verkko on tukkeutumassa, joten lähettäjä/vastaanottaja ryhtyy hidastamaan verkkoliikennettään.

Luentopäivä 5:

Päivän aihe:

Päivän tärkeimmät asiat:
- Langattomat puhelinverkot.
- Lähiverkot, niiden kehitys ja merkitys
- Tietoturva

Mitä opin tällä kertaa:

- Matkapuhelinverkkoja tarkastaltaessa käytetään heksasoluja.
- Naapuriverkot käyttävät eri taajuuksia, koska päällekkäiset taajuudet aiheuttavat ongelmia.
- Samoja taajuuksia voidaan uudelleenkäytäää tietyn solukuvion mukaisesti.

- MAC-osoite (Media Access Control) on verkkosovittimen ethernet-verkossa (LAN) yksilöivä osoite.
- Tietoturvasta opin mitä eroa on viruksella ja madolla.

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa.

Kysymykset, jotka haluan selvittää:

Miten virheenkäsittely toimii?
Miten virhe näkyy sen päästessä tarkistusten läpi?
Millaisia ovat tietorurva-aukot?

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.

* Ethernet http://standards.ieee.org/about/get/802/802.3.html
* WLAN http://standards.ieee.org/about/get/802/802.11.html
* Bluetooth http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.15.1-2005.html

Tehtäväkuvaus: Tutustukaa WLAN artikkeliin (wikissä pääsivulla kohdassa muuta materiaalia) ja pohtikaa mikä on kurssin kannalta tärkeää, millaisia kysymyksiä, epäselvyyksiä artikkeli herättää ?

Kurssin pitäjälle lisää standardeja esiteltäväksi.
Aiheutuneeko siitä merkittäviä yhteensopivuusongelmia, kun laitteita julkaissaan ennen standardin valmistumista?
Kuolleeko jompikumpi kehitteillä olevista standardeista kilpailun myötä pois vai saavuttavatko molemmat vakaan markkina-aseman?

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.

4G
Siirtotie: Radioaallot Euroopassa käytössä 1800 MHz ja 2600 MHz taajuusalueet. Koodaustapa: Multi-carrier - CDMA tai OFDM(TDMA)
DVB-T2
Siirtotie: Radioaallot UHF 0,3—3 GHz Koodaustapoja: OFDM: QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM
GPRS
Siirtotie: Radioaallot 800MHz Euroopassa USA:ssa 1900Mhz. Koodaustapa: Gaussian minimum-shift keying (GMSK)

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.

4G
4G teknologia käyttää kanavointiin Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)kanavointia.
DVB-T2
Suomessa jaettu viiteen eri kanavanippuun. Kuten 4G käyttää OFDM kanavointia.
GPRS
Timeslot scheduling

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.

Kaikki näköjään tekevät tämän tehtävän sähköpostista. Koitanpa olla hiukan omaperäinen ja otan aiheeksi tekstiviestin lähettämisen.

Tekstiviestin lähettäminen

Viesti kirjoitetaan kännykän näppäimistön kautta. Näppäinpainallukset lähettävät digitaalisen signaalin, jotka kännykän laiteohjain tunnistaa. Kännykässä on käytössä jonkinlainen merkistökoodaus, joka määrittää minkälaisia kirjainmerkkejä on käytössä. Oletetaan että kännykällä on käytössään 8-bittinen extended ASCII koodaus, jolloin myös ääkköset on saatu mahtumaan mukaan. Extended ASCII koodauksessa yksittäistä merkkiä kuvaa kahdeksasta bitistä koostuva binäärilukusarja. Näppäimistön digitaalisen signaalin perusteella kännykkä tallentaa muistiinsa niiden merkkien binäärikoodit, joita näppäimistöltä tuleva signaali vastaa. Muistiin tallenetut binaariarvot tallennetaan binaari tiedostoksi. Kännykkä on jatkuvasti mikroaaltojen välityksellä yhteydessä matkapuhelinverkon tukiasemaan riippumatta siitä käytetäänkö sitä aktiivisesti vai ei. Kun tekstiviesti lähetetään kännykän sovelluksesta eteenpäin, lähetetään viesti jännitteen vaihteluna digitaalisesti koodattuna kännykän lähettimeen. Lähettimessä viesti muutetaan siirtotielle sopivaksi kännykän tapauksessa mikroaalloiksi samalle taajuudelle millä tukiasema toimii. Tukiasema ottaa vastaan viestin ja toimittaa sen tekstiviestejä käsittelevälle yksikölle. Tämä tekstiviestiyksikkö välittää viestin omaa kanavaansa pitkin tukiasemien välityksellä vastaanottajan tukiasemalle. Vastaanottajan tukiasema lähettää viestin mikroaaltoina vastaanottajan kännykkään, jossa signaali muutetaan jälleen digitaaliseen muotoon ja tallennetaan kännykän muistiin. Jos Vastaanottajan kännykkä on kiinni tai se ei jostain muusta syystä pysty vastaanottamaan viestiä niin viesti jää tallennettuna tekstiviestikeskukseen kunnes viesti saadaan toimitettua perille.

Tietoturva tekstiviesteissä

Tekstiviestejä ei salata mitenkään lähetyksen aikana. CRC koodia käytetään vain virheentarkistuksessa. On siis mahdollista, että joku voi kaapata viestit tukiaseman ja kännykän välisestä mikroaaltoliikenteestä. Esimerkkinä flexispyohjelma
http://www.flexispy.com/news-flexispy-blackberry-windows-mobile.htm
Tekstiviestiyksiköissä tietoturvaongelma tuskin on yhtä uhkaava sillä viestit poistetaan tietyin väliajoin ja sinne on pääsy vain laitoksen työntekijöillä, toki voi olla mahdollista, että joku hakkeri pääsee käsiksi laitoksen tietokantoihin.
Tekstiviestit eivät itsessän voi sisältää viruksi tai haittaohjelmia, mutta ne aiheuttavat epäsuoraa tietoturvauhkaa siten, että ne voivat sisältää linkkejä haittaohjelmia sisältäville sivuille. Tekstiviesteille ei myöskään ole minkäänlaista spämmisuojaa, joten kaikenlaiset roskaviestit kuten mainokset pääsevät läpi. On myös teoriassa mahdollista, että joku tekee tekstiviestihyökkäyksen floodaamalla viestejä kohteen kännykkään sillä tahdilla, että se vie kaiken kohteen kaistan ja kännykän toimintakyvyn floodauksen ajaksi. Laajamittaisella floodaamisella voisi jopa saada tukiaseman tukkoon.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h
Luentokalvojen läpiselaus: 0.5h
Kotitehtävät: 0.5h

  • Luentoviikko 2
  • Luentoviikko 3
  • Luentoviikko 4

Pääsivulle