Oppimispäiväkirja

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne välittää tietoa (esim. dataa, ääntä tai kuvaa) eri laitteiden ja järjestelmien välillä. Laitteet voivat olla joko kiinteitä (esim. PC) tai mobiileja (esim. tabletti, GPS tai kännykkä). Kiinteissä laitteissa yhteys muihin vastaaviin laitteisiin muodostetaan kiinteästi, johtoja pitkin, kun taas mobiileissa laitteissa yhteys muihin laitteisiin tapahtuu langattomasti. Taustalla toimii palvelimia ja tietovarastoja.

Internet on päivittäisessä käytössä, esimerkiksi verkkopankki ja lehtien kotisivut, mutta koskaan en ole tullut ajatelleeksi, miten kaikki käytännössä toimii. Sama asia FTP:n kanssa. Tiettyyn määriteltyyn kansioon tupsahtaa päivittäin tiedostoja, mutta mikä mahdollistaa sen? Mitä täytyy tehdä ensin, että yhteys saadaan toimimaan? Sen olen viisaammilta kuullut, että oikea IP-osoite on tässä asiassa olennaista. Mutta miksi?

Termejä: Internet, FTP, IP-osoite, apsit, portit, johdot, palvelimet, mastot, sähköposti ja tietoturva.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1 - Kerrosmalli

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Kommunikointi- ja tiedonsiirtomalli, kerrosarkkitehtuuri, protokolla (esim. TCP/IP, OSI, UDP) ja ohjausinformaatio.

Mitä opin tällä kertaa:

  • Tietoliikenteen peruselementit ovat 2 toistensa kanssa siirtoverkon yli kommunikoivaa päätelaitetta.
  • Kommunikointi-/tiedonsiirtomallin osat, lähde, lähetin, siirtotie, vastaanotin ja kohde.
  • Tiedonsiirrossa siirrettävä “tieto” on erimuotoista mallin eri osissa. Lähde ja kohde käsittelevät informaatiota, lähetin ja vastaanotin dataa ja siirtotie signaalia.
  • Kommunikointi järjestelmien välillä tapahtuu kerrosmallien avulla.
  • Kerrosmalleja tarvitaan, koska suuremmat kommunikointimallit halutaan jakaa pienempiin osiin.
  • Protokollat ovat eri kerrosten toimintasääntöjä ja -periaatteita.
  • Datan mukana kulkeva ohjausinformaatio toteuttaa protokollaa, joka puolestaan suorittaa kerroksen tehtävän.
  • Kerrosmallissa jokainen kerros suorittaa omaa tehtäväänsä.
  • Vierekkäisillä kerroksilla on rajapinta, mutta ne eivät vaikuta toisiinsa.
  • Alempi kerros palvelee aina ylempää kerrosta.
  • Kommunikointi siirtoverkon yli tapahtuu aina laitteen alimman, fyysisen kerroksen kautta.
  • Nykyisin käytetään monia ohjelmia verkon yli sen sijaan että ohjelma olisi asennettuna omalle koneelle.
  • IP-osoitteet ohjaavat oikeaan paikkaan eli kaikilla laitteilla on oma identifikaattinsa.
  • Tieto kulkee itse asiassa useamman verkon kautta, ja reititin huolehtii verkossa siitä, että tieto etenee kohti oikeaa vastaanottajaa.

Jäi epäselväksi:

  • Eri kerrosten tehtävien täysi ymmärrys jäi puuttumaan.
  • Läsnä-älyyn eli jokapaikan tietotekniikkaan kaipaisin lisävalaistusta.

Luentopäivä 2 - Tiedon siirto

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Protokollien toiminnot, vuonvalvonta, virheenkorjaus, johtimelliset - ja johtimettomat siirtotiet ja tiedonsiirto.

Mitä opin tällä kertaa:

  • Eri laitteiden samalla kerroksella sijaitsevat oliot (entities) kommunikoivat keskenään yhteisen protokollan avulla.
  • Protokolla koostu syntaksista (sanasto, tiedon muoto ja signaali), semantiikasta (toimintologiikasta) sekä ajoituksesta.
  • Protokollien toimintoja ovat mm. segmentointi ja kokoaminen sekä paketointi.
  • Segmentoinnilla tarkoitetaan datan pilkkomista pienempiin kokonaisuuksiin koska eri kerrokset voivat käsitellä eri kokoisia datalohkoja.
  • Kokoaminen puolestaan datan liittää pienempiä datalohkoja suuremmiksi kokonaisuuksiksi.
  • Paketoinnissa protokolla lisää dataan ohjausinformaatiota.
  • Ohjausinformaatio voi koostua osoitteesta, virheenkorjauskoodista ja/tai prototkollan ohjausinformaatiosta.
  • Vuonvalvonnalla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta.
  • Virheenkorjausta käytetään pienentämään virheiden vaikutuksia. Usein tämä toteutetaan virheenhavannoinnilla ja tiedon (datalohkon) uudelleenlähetyksellä.
  • Virheenkorjausta tapahtuu monilla kerroksilla.
  • Johtimellisia siirtoteitä ovat parikaapeli, koaksiaalikaapeli, valokuitu ja sähköjohto.
  • Johtimettimia siirtoteitä puolestaan mikroaaltolinkit, satelliittilinkit, radiotie ja infrapunalinkit. (Kaikki nämä käyttävät siis ilmatietä.)
  • Siirtotie ja signaalin ominaisuudet vaikuttavat tiedonsiirron laatuun.
  • Signaali vaimenee edetessään siirtotiellä. Signaalia täytyykin joko vahvistaa (analoginen signaali) tai toistaa (digitaalinen signaali), jotta se olisi tarpeeksi voimakas, jotta vastaanottava pää tunnistaa sen.

Jäi epäselväksi:

  • Monitie-eteneminen.
  • Aaltojen merkitys tiedonsiirrossa.

Luentopäivä 3 - Linkit

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Signaalien koodaustekniikat, linkit ja kanavointi.

Mitä opin tällä kertaa:

  • Digitaalinen signaali on tietyllä tasolla ja siitä voidaan korjata virheet pois ja se on helppo toistaa.
  • Tarkistussumman laskeminen.
  • Siirtotie on tapa toteuttaa linkkejä.
  • Linkkitason protokolla valvoo, että kaikki data tulee perille.
  • Kehyksestä puhutaan linkkitasolla. Data täytyy saada kehysmuotoon.
  • Kehyksessä pitää olla aloitus- ja lopetuskohta + mahdollisesti muuta ohjausinformaatiota datan lisäksi.
  • Riippuu siitä, missä on lähin keskus, jossa puhe ja data voidaan erottaa, miten nopean yhteyden voi saada.
  • Koska dataa siirtotielle voidaan lähettää useasta lähteestä, täytyy signaaleja kanavoida niin, että ne voivat kulkea saman siirtotien sisällä samanaikaisesti.

Jäi epäselväksi:

  • Signaalin varsinaiset koodaustekniikat menivät täysin yli ymmärryksen.

Luentopäivä 4 - Verkot ja sovellukset

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Kytkentäiset verkot, reititys ja ruuhkanhallinta.

Mitä opin tällä kertaa:

  • Kytkentäisessä verkossa toisiinsa kytketyt solmupisteet siirtävät verkkoa käyttävien laitteiden, asemien dataa eteenpäin.
  • Osa solmuista on puhtaita tiedonvälittäjiä, osa liitäntäsolmuja, jotka ovat yhteydessä asemiin.
  • Kytkentätapa voi olla joko piirikytkentäinen tai pakettikytkentäinen.
  • Piirikytkentä vaatii jatkuvan yhteyden lähteen ja kohteen välillä, kuten esimerkiksi puhelinliikenne. Piiri on varattu piirin varaamishetkestä sen purkuun saakka yhden käyttäjän haltuun.
  • Pakettikytkentäisessä verkossa data siirretään pieninä paketteina. Paketit läheteään solmulta toiselle joko tietosähke- tai virtuaalipiiri kytkentätavoilla.
  • Tietosähketavassa solmut päättävät, mihin suuntaa paketit lähtevät.
  • Virtuaalipiiritavassa paketti kulkee vakioreittiä pitkin, mutta samaa reittiä voivat muutkin käyttää samanaikaisesti.
  • Reititys on pakettikytkentäisen verkon tapa, jolla löydetään oikea vastaanottaja.
  • Reititys pyritään toteuttamaan pienimmän “kustannuksen” mukaan.
  • Verkko pystyy hoitamaan 80% kapasiteetista. Kun tämä taso ylitetään, alkaa pakettien viive verkossa kasvaa.
  • Viiveen kasvu aiheuttaa sen, ettei pakettien kuittaukset kohteelta välttämättä tule perille lähteelle. Tämä aiheuttaa paketin uudelleenlähettämisen ja edelleen ruuhkauttaa verkkoa.
  • Langattomassa verkossa pakettihäviö voi johtua siitä, että päätelaite ajautuu katvealueelle ja yhteys katkeaa. Lähde voi tulkita tämän ruuhkana.

Jäi epäselväksi:

  • Ethernet

Mitä opin kurssin aikana

  • Opin paljon tietoliikenteen toiminnasta, mutta toki monia aukkoja jäi vielä. Opitut asiat käyvät ehkä parhaiten ilmi yllä kuvatuista luentokohtaisista yhteenvedoista. Mutta esimerkiksi taajuudet ja kaistanleveydet jäivät minulle kokonaan hämärän peittoon. Mutta tietoahan näistä asioista on toki viljalti tarjolla, joten eikun googlaamaan ja ihmettelemään.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kuvaus kodin tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista.

Kodin tietoliikennekuvaus

Kolme asiaa, jotka haluan kurssin aikana selvittää:

  • Miksi verkko on joskus niin tolkuttoman hidas?
  • Miksi viesti tulee joskus päivän myöhemmin kuin se on lähetetty?
  • Kuinka nopea nettiyhteys tarvitaan, jottei videot pätki?

Ennakkotehtävä 2

Eri tietoliikenneratkaisujen tarvitsema/tarjoama datanopeus ja mahdollinen taajuuskaista.

GPS; Radiosignaalin maksiminopeus 4,8 Mbit/s, siviilikäyttöön tarkoitettu taajuus 1575,4200 MHz. Mobiililaajakaista/3G; maksiminopeus 21 Mbit/s, taajuus 900 MHz.

Kotitehtävä 2

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.

Johdoton siirtotie; Mobiililaajakaista/3G - UMTS-protokolla, GPS - NMEA-protokolla

Johdollinen siirtotie; USB-portti - MTP-protokolla, TV:n scart-liitin - AV.link-protokolla

Ennakkotehtävä 3

Eri tietoliikenneratkaisujen koodaus- ja kanavointitapa.

GPS; CDMA (Code Devision Multiple Access) ja Mobiililaajakaista/3G; CDMA

Harmi, että molemmissa on sama, mutta en nyt osaa keksiä kotioloista muutakaan tietoliikenneratkaisua, kun maalla on täysin langattomien ja satelliittien varassa.

Kotitehtävä 3

Ajatuksia muiden opiskelijoiden oppimispäiväkirjoista:

Isoaho: No niin, tästäkös tällä kurssilla olikin kyse. Tätä sivua lukiessa tuli moneen otteeseen ajatus, että miksen minä tuotakaan luennolla ja aineistoja lukiessa hoksannut. Eli selkeyttää monia asioita ihan toiseen malliin. Itselleni suurta antipatiaa on aiheutunut erikielisten termien sekamelska luentomateriaalissa, josta oli tolkuttoman vaikeaa yrittää löytää punainen lanka. Mutta tälle sivulle ehdottomasti palaan vielä.

Kovalainen: Tämän sivun kirjoittaja on selvästi sisällä aiheessa. Sen verran mallikkaasti näyttivät olevan lyhenteet ja termit loogisessa järjestyksessä. Kaltaiselleni ”tietoliikennetumpelolle” nämä asiat vain eivät aukene.

Pitkänen: Kompaktisti tehty sivu, jolta käy ilmi, ettei näidenkään sivujen tekijä ole ensimmäistä kertaa pappia kyydissä näissä asioissa.

Rantatalo: Tässä on oivallisesti tekijän oman oppimisen näkökulmasta luotu sivu.

Salminen: Ilahduttavasti tältä sivulta palasi mieleeni yksi niistä harvoista hetkistä luennolla kun koin onnistumisen tunteen tarkistussummaa laskiessani.

Ennakkotehtävä 4

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

* Välillä tulee mieleen, että missä kulkee raja näiden yhteyksien kehittelyssä. Muuten tämä artikkeli meni yli ymmärryksen, mutta ajatus siitä, että saa elokuvan ladattua automaatista 4:ssä sekunnissa puhelimeensa tuntuu itselle kovin epäolennaiselta. Mutta toisaalta kiirehän on nykypäivän yleisin sana, joten tämä hyvä niille, jotka näitä nopeita palveluita tarvitsevat. Itselle säälisen yhteyden saaminen kotioloihin on huomattavasti tärkeämpää.

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?

* LTE-tekniikka: Wikipediassa ja TechHiven artikkelissa.

* LTE-tekniikassa tukiaseman ja päätelaitteen välinen liikenne tapahtuu eri tekniikalla eri suuntiin. * LTE-tekniikka nostaa nopeuksia aiempiin tekniikoihin verrattuna.

* Mitä tarkoittaa Wikipediassa ollut lause: “Lisäksi LTE:ssä on mahdollista luoda maantieteellisesti suurikokoisia soluja (jopa yli 100 km)”? Mikä solu, miten?

Kotitehtävä 4

Tarkastellaan 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.

* Koodinjakokanavointia (CDMA) hyödyntävässä 3G verkossa siirtotien tehokas käyttö mahdollistetaan erottamalla käyttäjät toisistaan koodilla, jonka ansiosta he voivat käyttää koko taajuuskaistaa hyväkseen yhtäaikaa muiden kanssa ilman, että viestit menevät sekaisin.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 6 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus: 6 h
    • Pistareihin valmistautuminen: 1 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus: 6 h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus: 6 h
    • Pistareihin valmistautuminen: 1 h
  • Kotitehtävät 1-4: 15 h

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