Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys Tietoliikenteestä

Tietoliikenne merkitsee minulle kommunikointia, työvälineitä ja viihdettä. Töissä ISP/Teleoperaattorialalla olen ollut tekemisissä melko paljon erilaisten tietoliikenneratkaisujen parissa. Erilaisten palvelujen, niiden välisten rajapintojen sekä eri protokollien toiminnasta on jonkin verran tietoa. Eniten kokemusta on matkapuhelinverkosta ja matkapuhelinpalveluista. Enenevissä määrin kaikki palvelut toteutaan Internetissä. Puhe, viestit (tekstiviesti, sähköposti, Skype ja muut IM palvelut), Sosiaalinen media (Facebook, Twitter, Google+). Lisäksi viihdepalvelut, TV, Video, Musiikki ovat nykyisin saatavilla eri päätelaitteilla aika- ja paikka riippumattomasti jos on Internet yhteys käytettävissä. Tiivistettynä tietoliikenne mielestäni mahdollistaa eri päätelaitteilla pääsyn haluttuihin palveluihin ja tuo palveluntarjoajille mahdollisuuden tavoittaa loppukäyttäjät ajasta ja paikasta riippumatta.

Avainsanoja: Internet, Palveluntarjoaja, Päätelaite, Matkapuhelinverkko, Sosiaalinen media, Tietokanta, Palvelin

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe:

Tietoliikenneverkkojen perusteet, mistä osista tietoliikenneverkot koostuvat ja miten ne ovat toisiinsa yhteydessä

  • Päivän tärkeimmät asiat:

Yleiskuva tietoliikenneverkoista, Kommunikointimalli (teoreettinen malli mikä kuvaa tiedonsiirtoa eri laitteiden välillä), kerrosmallit/kerrosarkkitehtuuri (3 kerroksen malli, OSI-malli ja TCP/IP-malli), Protokolla-käsite

  • Mitä opin tällä kertaa:

Kerrosarkkitehtuurin periaatteita pidän tärkeimpänä oppina. Kuinka Palveluiden (kahden järjestelmän välinen liikennöinti) voidaan kuvata kerroksina. Jokainen kerros hoitaa omaa tehtäväänsä sekä lähettävässä että vastaanottavassa päässä kyseisen kerroksen protokollaa käyttämällä. Ideaali tilanteessa yhdessä kerroksessa tehdyt muutokset eivät vaikuita muiden kerrosten toimintaan. Kerrosmallia hyödyntäen jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin, saadaan järjestelmistä hallittavampia. Kerrosmallin mukaan kommunikointi järjestelmien välillä tapahtuu aina alimman kerroksen kautta, eivätkä muut kerrokset ole suoraan yhteydessä toisiinsa.

  • Jäi epäselväksi:

Aloitusluento oli selkeä ja luennolla käytiin tietoliikenteen peruskäsitteitä selkeästi esimerkein läpi. Tässä vaiheessa ei vielä epäselviä asioita ole mielessä.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe:

Protokollien yleiset toiminnat: Segmentointi ja kokoaminen, Paketointi (ohjaus informaation lisääminen datalohkoon), Yhteyden hallinta, Vuon valvonta (vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta), Virheenkorjaus, Virheentarkkailu, Osoitteet ja Kanavointi.

Tietoliikenteen standarsointi: Standartoinnin edut ja haitat, Standartointiorganisaatiot (Tietoliikenteessä), Internet Standardit, Standardisointiprosessit, ISO, ITU, ITU-T, IEEE 802

Siirtotiet, johtimellinen- ja johdintonsiirtotie. Johtimellisessa siirtotiessä eri kaapelien ominaisuuksia (esim parikaapeli, koaksaalikaapeli, valokuitukoaapeli). Johdittomassa siirtotiessä radioaaltojen ominaisuuksia, niiden vaimenemiseen vaikuttavia tekijöitä (heijastuminen, taipuminen, sironta).

Tiedonsiirto: Signaalin laatu ja siirtotien ominaisuudet suurimmat vaikuttavat tekijät. Analogiset- ja digitaaliset-signaalit. Sini-aalto ja sen toimintaperiaate. Tiedonsiirto ja kaistanleveys. Tiedonsiirtoa estävät/häiritsevät tekijät.

  • Mitä opin tällä kertaa:

Protokollan toimintoja en ollut aikaisemmin käynyt läpi. Tietoliikenteen standarsoinnista ISO-Standartoinnin vaiheet ja miten standartointi prosessin eri vaiheet etenevät olivat uutta. Johtimellisessä siirtotiessä eri kaapelien ominaisuudet, miten esimerkiksi parikaapelin materiaalit ja miten kaapelit on kierretty toistensa ympärille vaikuttavat siirto-ominaisuuksiin. Tiedonsiirto-osiossa analogisten ja digitaalisten signaalien ominaisuudet sekä niihin vaikuttavat häiriötekijät olivat pääosin uutta tietoa. Sini-aallon toimintaperiaate oli täysin uutta ja siitä sekä aallonpituudesta ja kaistanleveydestä tuli opittua hyvin pintapuolisesti.

  • Jäi epäselväksi:

Aallonpituuden ja kaistanleveyden ominaisuuksista sai hyvin vähäistä käsitystä.

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe:

Miten tieto siirtyy siirtotiellä, miten data saadaan sopimvaksi signaaliksi, signaalin koodaus/enkoodaus, signaalin muuttaminen digitaalisesta analogiseksi ja päinvastoin.

  • Mitä opin tällä kertaa:

Yhteentveto: Laitteiden välinen linkki: 1. Data linkkitasolla kehysmuotoon 2. Kehyksessä ohjaustiedot, data, aloitus- ja lopetustieto. 3. Kehyksistä seurataan virheitä ja vuon valvontaa 4. Kanavointi (multiplexing) erottaa eri laitteista tulevat ja menevät kehykset 5. Kanavointi mahdollistaa siirtotiellä useamman laitteen välisen tiedonsiirron.

Termejä ja yksittäisi mielenjääneitä asioita: Data link control protocols: Huolehtii datan siirtämisen hallinnasta; frame syncronisation, flow control, error control, addressing, control and data, link management

Error control techiniques: ARQ = Automatic Repeat Request; Stop -n- Wait, Go Back N, Selective Reject

Kanavointi = Multiplexing: X-määrä syötteitä syötetään yhdelle linjalle lähettäjäpäässä multiplekserin avulla ja puretaan vastaanottavassa päässä multiplekserin avulla. Miksi: Yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan käytössä olevasta kaistasta. Taajuuskanavointi = FDMA (Frequency Division Multiple Access) TV:n radio ja kaapelilähetykset, ADSL, VDSL jne. Aikakanavointi = TDMA (Time Division Multiple Access)Puhekäytössä USA & Japan, GSM, ISDN, CABLE connections. Koodikanavointi = CDMA (Code Division Multiple Access) Johtimeton siirtotie, radioverkko. Wideband koodikanavointi = WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) Esim 3G verkko. Aallonpituuskanavointi (Wavelenght Division Multiple Access) Optisessa kuidussa käytettävä, vasta näin saadaan tehokkaaseen käyttöön.

FDMA:ssa 2 yleistä ongelmaa: Kanavien ylikuuluminen mikäli kantoaaltojen taajudet lähekkäin. Pitkillä matkoilla taajuuksia vahvistettaessa saattaa luoda kanavakomponentteja myös toisiin kanaviin.

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe:

Teleliikenne ja Dataliikenne, Piirikytkentä & Pakettikytkentä. Kytkentäverkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä (node) ja Asemista esim koneet (station). Data siirretään solmusta solmuun kunnes saapuu aseman liitäntäsolmuun joka toimittaa datan asemalle. Eri verkot: Piirikytkentäverkko, Virtuaalisen piirin pakettikytkentä ja Datagram pakettikytkentä.

Reititys: Mikä reitti valitaan kahden aseman välillä pakettikytkentä verkossa?

Ruuhka tietoverkoissa: Kun pakettien määrä ylittää verkon kapasiteetin

Cellular Wireless Networks: Verkkojen kehitys 1G verkosta 4G verkkoihin

Local Area Networks (LAN): lähiverkot. LAN arkkitehtuuri kattaa OSI mallin kaksi kerrosta: Fyysinen kerros ja Linkkikerros. Arkkitehtuurimallit: Bus, tree, star, ring. LAN protokollat: MAC, LLC, IEEE 802. Bridges, Hubs, Switches. Virtual LAN's.

Mitä opin kurssin aikana

Kurssi antoi hyvän pohjan ja yleiskäsityksen tietoliikenteestä. Miten eri laitteet kommunikoivat keskenään, miten tieto siirtyy lähettäjältä vastaanottajalle eri tekniikoissa, miten eri laitteet ovat yhteydessä eri tekniikoilla. Kerrosmallin ja protokollien ymmärrys lisääntyi. Johtimellisista ja johdittomista siirtoteistä sai hyvän peruskäsityksen. Tiedon siirtyminen siirtotiellä sekä kanavointi käytiin hyvin läpi. Teleliikenteen ja dataliikenteen perusteet, piiri- ja pakettikytkentäiset verkot. Reititys, ruuhkan hallinta, mobiiliverkot ja lähiverkot.

Kurssilla ei oppinut syvällisesti mitään, mutta ilmeisesti perusteet kurssin ollessa kyseessä tarkoitus olikin antaa yleiskuva tietoliikenteestä ja siihen liittyvistä asioista ja tekniikoista. Luennot olivat selkeitä, toisinaan vähän raskaita koska uutta asiaa tuli paljon luennot olivat pitkiä. Harjoitustyöt ja oppimispäiväkirjan tekeminen auttoivat oppimisessa. Erityisen hyvä idea wikin käyttäminen oppimispäiväkirjan täyttämisessä ja kotitehtävien palautuksissa.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Tehtävänanto: Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Valitse selkeästi erillisiä laitteita tyyliin tietokone, puhelin, sykemittari, gps, televisio, … ja erilaisista palveluista tyyliin urho-tv, facebook, …. Ajatuksena on, että tässä vaiheessa luodaan kuva tietoliikennetarpeista ja sovelluksista ilman, että vielä pohditaan alla olevia teknologioita. Tämän kuvan olisi hyvä herättää ajatuksia ja kysymyksiä siitä kuinka kaikki toimiikaan. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää. Kurssin edetessä tätä kuvaa laajennetaan sitä mukaan kun uusia osia malliin ilmenee ja lopulta arvioimme saatiiko kysymyksiin vastaukset kurssin aikana.

Kotitehtävä 1

Oheisessa kuvassa kuvattu Spotify -musiikkpalvelun käyttö eri laitteilla. Käytän palvelua kannettavalla koneella kotona, Älypuhelimella sekä taulutietokoneella. Kotona ollessa kaikki käyttävät VDSL liittymästä tehtyä wifi yhteyttä. Matkoilla älypuhelin ja taulutietokone käyttävät joko 3G yhteyttä tai Dual Carrier 3G yhteyttä. Lisäksi kotona ollessa kaikki laitteet käyttävät kotiverkkoa, mikä mahdollistaa Spotify musiikin kuuntelun langattomasti kotistereoiden kautta. Kuva löytyy täältä: kotitehtava1_kuva_juhahallikas.pptx

Kysymykset jotka haluan selvittää:

  1. Miten kotiverkossa musiikin siirtäminen onnistuu langattomasti?
  2. Mitä eroa on käytettäessä palvelua wifi yhteydellä ja matkapuhelinverkon 3G yhteydellä?
  3. Miten palvelussa on samat asetukset käytettivässä riippumatta päätelaitteesta tai yhteystekniikasta?

Ennakkotehtävä 2 Tehtävänanto:

Etsi ensimmäiseen kotitehtävään valitsemistasi tietoliikenneratkaisuista niiden tarvitsema/tarjoama datanopeus ja mahdollinen taajuuskaista. Esim. GPS käyttä taajuutta X, matkapuhelin 3G moodissa käyttää taajuutta Y ja tarjoaa nopeuden Y

Vastaus

iPad ja Samsung Galaxy S3: Molemmat käyttävät joko 900 Mhz tai 2100 Mhz taajuutta. Elisan 3G verkossa teoriittinen maksimi latausnopeus (download) on 21 Mbit/s ja teoreettinen maksimi lähetysnopeus (upload) on 5,76 Mbit/s. Tyypilliset vaihteluvälit näissä ovat Operaattorin ilmoittana lataus 0,4-10 Mbit/s ja lähetys 0,2-3 Mbit/s laitteiden ollessa 3G verkossa.

Kotiverkon wifi toimii 2,4 GHz taajuudella. Kannettavalla tietokoneella sain yhteyden latausnopeudeksi 36,9 Mbit/s ja lähetysnopeudeksi 9,10 Mbit/s. Testi tehtiin osoitteessa http://ruutumittari.saunalahti.fi/saunamittari/

Luento 2 - Kotitehtävä

Tehtävänanto Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvititte laitteita ja palveluita. Tässä kotitehtävässä selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia sekä siirtoteitä. Pohtikaa ensin millaisia siirtoteitä valitsemanne järjestelmät käyttävät ja millaisia protokollia niissä on käytössä. Pyrkikää löytämään 3 esimerkkiä molemmista.Protokollien osalta etsikää myös missä protokolla on määritetty ja mahdollisesti linkki kyseiseen määritykseen.

Vastaus:

1. VDSL2 (Very-high-bit-rate digital subscriber line 2)

2. Wlan kotiverkko

3. UMTS 3G yhteys (Universal Mobile Telecommunications System)

  • Johtimeton siirtotie
  • Radiverkon osan nimi UTRAN (UMTS Terrestial Radio Access Network)
  • Toimii 2100 Mhz ja 900 Mhz taajuuksilla

Protokollat

1. IP protokolla (Internet Protocol)

  • TCP/IP mallin Internet-kerroksen protokolla
  • Huolehtii IP pakettien toimittamisesta IP-osoitteiden välillä
  • Ainoa asia mikä yhdistää kaikkia Internettiin yhdistettyjä laitteita, Internetin ydin

2. TCP protokolla (Transmission Control Protocol)

  • Luo yhteyksiä tietokoneiden välillä joilla on pääsy Internettiin
  • Huolehtii että IP paketit tulevat oikeassa järjestyksessä
  • Hoitaa vuonvalvontaa
  • Sisältää kolme vaihetta: Yhteyden muodostaminen, tiedon siirtäminen, yhteyden katkaisu

3. HTTP protokolla (Hypertext Transfer protocol)

  • Selaimet ja www-palvelimet käyttävät tiedonsiirtoon
  • Selain avaa TCP yhteyden palvelimelle ja lähettää pyynnön
  • Palvelin vastaa pyyntöön lähettämällä takaisin esim html sivun (internet sivu), kuvan, ääntä jne binääridataa

3. Luento: Ennakkotehtävä

Tehtävänanto: Etsi toisessa kotitehtävässäsi valitsemissasi siirtotieratkaisuiissa käytetty koodaus- ja kanavointitapa.

Vastaus: Wlan verkot käyttävät CSMA/CA tietoliikenteen siirtotien varausmenetelmää, jolla useat lähettävät tietokoneet jakavat samaa siirtotietä. CSMA/CA on IEEE 802.11 -verkkojen (WLAN) tapa jakaa verkko käyttäjien kesken.

3. Luento: Kotitehtävä

Tehtävänanto: Käykää tutustumassa vähintään viiden muun henkilön kotitehtäviin ja tehkää niistä lyhyt analyysi omalla sivulle (vahvuudet, heikkoudet, …)

Vastaus:

Hirvonen Aino:

  • Luentomuistiinpanot hyvät
  • Kotitehtäviä pohdittu laajasti
  • 1. ennakkotehtävän kuvassa yritetty piirtää auki kodin laitteiden yhteyttä Internettiin, kuva havainnoillistava mutta esim adsl modeemin yhteys antenniin samalla tavalla kuin TV:n jää hieman epäselväksi
  • 2. kotitehtävässä hyvin linkitetty lähteisiin, mistä lukija saa lisätietoja

Isoaho Lauri

  • Luentomuistiinpanot todella kattavat, luentojen sisältö käyty yksityiskohtaisesti läpi, aion hyödyntää tenttiin valmistautumisessa!
  • Kotitehtävät suorittettu todella laajasti, huomattavasti tarkemmin ja laajemmin kuin tehtävänannnoissa
  • Erityisesti pidän 1. ennakkotehtävän kodin tietoliikenneverkkoja kuvaavaasta kuvasta, kuvassa esitetty monipuolisesti iso määrä laitteita, miten ovat yhteydessä tietoverkkoon ja laitteiden käyttämiin palveluihin
  • Jos kehitettävää löydettävä, niin osaan tehtävistä oli vastattu turhan laajasti tehtävänantoon peilattuna

Isotalo Tommi

  • Selkeä esitysmuoto
  • Luentomuistiinpanot selkeät ja napakat, teksti helposti luettavaa
  • Kotitehtävät suoritettu tehtävänannon mukaisesti, hieman epäselväksi jäi tehtävässä 1. ja 2. mainittu palvelu Steam, millaisesta palvelusta kyse? (ilmeisesti jokin Internet-palvelu tms?)

Kovalainen Antti

  • Selkeä, tiivis, mutta kuitenkin tarpeeksi kattava tapa esittää sekä luentomuistiinpanot että harjoitustehtävät
  • 1. ennakkotehtävän kuva kodin tietoliikenneverkoista hyvä ja hyvin laitettu wiki muotoon, niin että avaa sen selaimessa eikä lataa erikseen liitetiedostona
  • Linkitys lähteisiin hyvää, selkeästi etsitty huolella oikeat lähteet

Toth Ilona

  • Kokonaisuutena hyvä, erityisesti pidin yhteenvedosta “mitä opin kurssilla”
  • Harjoitustöissä ja ennakkotehtävissä jäi kaipaamaan kuvaa, etenkin 1. ennakkotehtävän osalta
  • Tehtävissä olisi voinut käyttää linkityksiä lähteisiin
  • Ajankäyttö dokumentoitu huolellisesti ja kattavasti

4.Luento: Ennakkotehtävä Tehtävänanto:

Lukekaa wikissä pääsivulla kohdassa “linkkejä ja muuta materiaalia aihepiiriin” löytyvä WLAN -artikkeli ja pohtikaa kuinka tunneilla opetetut asiat suhteutuvat siihen.

Etsikää verkosta sivu tai pari, jotka esittelevät LTE-tekniikkaa (mobiiliverkko) ja pohtikaa mitä uutta kyseinen tekniikka tuo siihen mitä tunneilla on opetettu. Millaisia kysymyksiä aihepiiri herättää?

Vastaus:

Artikkeli: Artikelissa tulee hyvin esiin miten taajuudet ja käytettävä tekniikka vaikuttavat siirtonopeuteen. Artikkelissa käsitellään langatonta siirtotietä ja kanavoinnin sekä uusien taajuukisen käyttöönottamisen tuomia mahdollisuuksia. Kiinnostava yksityiskohtana jäi mieleen standarsoinnin hidastava vaikutus kehitykseen! Standatoinnin ollessa vielä kesken, uuden tekniikan tuotteita on jo tullut markkinoille. Tässä laitevalmistajat joutuvat ottamaan harkittuja riskejä; ollakko ensimmäinen uuden tekniikan laitteita markkinoille tuova taho ja samalla riskeerata ettei kyseinen tekniikka koskaan yleistykkään?

LTE-tekniikka:

Artikkeli Teknologia, Talous ja Työelämä lehdessä 25.2.2013: http://bit.ly/IO3m4k

Artikkelissa Nokia Siemens Networks esittelee seuraavan polven LTE verkkojen tuomia mahdollisuuksia. Uutuutena helmikuussa esitelty “liquid applications” sovellukset tukiasemille, tuovat videoiden ja muiden isojen tiedostojen latausmahdollisuuden tukiasemille, missä ne ovat tarvittaessa lähempänä kuluttajia. Tiedostoja siirretään suoraan tukiasemille kysynnän mukaan, mikä vähentää runkoverkon kuormitusta ja sitä kautta parantaa kuluttajien kokemusta.

4. Luento: Kotitehtävä: Tehtävänanto:

Oppimispäiväkirjan täyttö jälleen luennoilla opituista asioista. 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.

Vastaus:

Tarkastellaan iPad laitetta Saunalahden “4G” liittymällä, mikä todellisuudessa Dual Carrier tai Dual Cell (DC) tekniikkaa hyödyntävä liittymä. DC tekniikka hyödyntää mobiiliverkon kahta eri taajuttaa, yhdistäen molempien taajuksien nopeuden. Tämä tarkoittaa että 3G nopeus käytönnössä tuplaantuu. Kyseessä on verkkotekniikka, kanavointi ja reititys. Kiinnostava artikkeli normaalin 3G liittymän ja Dual Carrier “4G” liittymän toteutuneista siirtonopeuksista: http://bit.ly/1fnExYW

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1:
  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävä: 2 h
  • Itseopiskelu: 4 h
  • Luentoviikko 2:
  • * Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävä: 3 h
  • Itseopiskelu: 1 h
  • Luentoviikko 3:
  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävä: 2 h
  • Itseopiskelu: 1 h
  • Luentoviikko 4:
  • Lähiopetus: 0 h (en päässyt luennolle)
  • Kotitehtävä: 5 h
  • Itseopiskelu: 10 h

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