Oppimispäiväkirja

Ennakkonäkemys aihealueesta (Ennakkotehtävä 1)

Minulle tietoliikenne on pitkälti sitä, mitä termikin sanoo. Tiedon liikennettä, l. siirtymistä paikasta toiseen erilaisia reittejä pitkin. Näitä reittejä on kaapeli, valokuitu ja langaton. Itse teknologiaan en ole sen enempää koskaan tutustunut, mutta karvan verran termistöä ymmärrän. Käytännössä sen verran, mitä on tarvinnut modeemien kanssa peuhata. Kotiverkkoja (LAN) on siis jonkin verran tullut rakenneltua, ja tietomurtoja (omassa verkossa tietenkin) tullut onnistuneesti kokeiltua, ja omassa kodissani tietoturvaa on lisätty.

Olennainen osa tietoliikennettä on maailmanlaajuinen verkko (WWW), jota kautta suurin osa tietoliikenteestä tänä päivänä siirtyy. Tietoliikenne tuo tullessaan myös tietoturvariskit. Salaamattoman liikenteen kaappaaminen on hakkereille lastenleikkiä. Tältä voidaan parhaan käsitykseni mukaan ainakin osin välttyä anonyymeillä verkoilla, kuten Tor:lla ja i2p:llä.

Siis suoraan sanottuna tietoliikenne on minulle vielä kasa termistöä, operaattoreita servereitä ja tiedon liikennettä eri komponenttien välillä.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Luennolla käytiin läpi tietoliikennetekniikan perusteet kurssin sisältö ja suoritustavat, tietoliikennetekniikan trendejä, kehitystä, historaa sekä rakennetta. Käytiin läpi myös tietoliikenteeseen olennaisesti liittyvää laitteistoa ja termistöä (RFID, 3G, FTP, HTTP, IP, TCP, UDP jne.). Käytiin läpi myös protokolla käsitteenä, ja sitä havainnollistettiin tiedonsiirtoprotokollan (FTP) ja sähköpostin lähetyksen (SMTP) esimerkkien kautta. Kummastakin jäi vielä paljon kysymyksiä (ainakin kolminkertaisen kättelyn suhteen), ja termistö on vielä kaikin osin jotenkin vierasta.

Luennolla käytiin myös OSI ja TCP/IP kerrosmallit, jotka itselleni olivat ennestään jo jossain määrin tuttuja. Lisäksi käytiin läpi yksinkertaistettu kolmikerroksinen malli. Kaikki mallit toimivat periaatteessa samalla tavalla: ylin kerros on applikaatiokerros, ja mitä alemmas mallissa mennään, sitä lähempänä ollaan fyysistä tiedonsiirtoväylää. Jokainen kerros lisää omat tietonsa (headerit), jotta tieto osataan kanavoida oikeaan osoitteeseen (IP osoitteet, portit) ja purkaa (esim. Salauksen purku) oikealla tavalla vastaanottajan päässä. Mallit olivat selkeitä, mutta niiden kokonaisvaltaiseen ymmärtämiseen vaaditaan vielä paljon töitä.

Luentopäivä 2:

Luennon pääasiat olivat protokollat ja niiden toiminnot, standardointi ja standardit sekä siirtotiet. Lisäksi käytiin läpi paljon termistöä (data rate, bandwidth jne.). Tällä luennolla käsiteltiin enää hyvin vähän asioita, joita jo ennestään tiesin. Toisin sanoen lähestulkoon kaikki, mitä käytiin läpi oli jo ennestään tuttua.

Protokolla koostuu syntaksista (tiedon muotoilu), semantiikasta (toimintalogiikka) ja ajoituksesta (esim. Siirtonopeus, pakettien järjestys jne.). Protokollilla ja niiden implementaatioilla mahdollistetaan ongelmaton kommunikointi eri laitteiden väleillä. Protokollien perustehtäviin kuuluvat: segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteet, kanavointi ja kuljetuspalvelut.

Standardit on olemassa takaamaan eri järjestelmien välisen yhteensopivuuden. Vaikka standardoinnilla on hyviä puolia, on niillä huonojakin puolia, kuten standardoinnin hitaus. Standardoinnille on määrätty erilaisia kriteerejä, jotka standardoitavan asian tulee täyttää, ennen kuin siitä voi tulla standardi.

Siirtotiet voidaan jakaa johtimellisiin (ohjattu, fyysinen) ja johtimettomiin (ohjaamaton, langaton) siirtoteihin. Johtimellisia siirtoteitä käytetään tilaajaliitännöistä (esim kodin laajakaista) aina runkoverkkoihin asti. Siinä missä johtimellisten siirtoteiden ongelmat liittyvät kohinaan yms. liittyvät langattomien siirtoteiden ongelmat pitkälti aaltojen, heijastumiseen, absorptioon, hajontaan jne. Data voi siirtyä langattomasti suoralla näköyhteydellä tukiasemalta toiselle, tai vaihtoehtoisesti aaltojen heijastumista hyväksikäyttäen. Johtimettomissa siirtoteissä käytetään kolmea eri taajuusaluetta, 30 MHZ - 1 GHZ, 1 – 40 GHz ja 300 GHz – 200 THz. Siinä missä johtimellisissa siirtoteissä kiinnitetään huomiota johdinmateriaaleihin, langattomissa keskitytään antenneihin ja niiden laatuun.

Luentopäivä 3:

Luennon pääaiheita kanavointi ja koodaus. Ts. Kun ollaan päätetty siirtää dataa paikasta toiseen, mitä tapahtuu, kun esim. Modeemi saa käskyn siirtää dataa.

Luennolla käytiin läpi lukuisia koodausalgoritmeja, kuten Manchester, Delta-modulointi ja Phase Shift Keying (PSK). Myös algoritmien tarjoamia nopeuksia, niiden heikkouksia ja vahvuuksia punnittiin ja niiden käyttökohteita esiteltiin joitakin yleisempiä (esim. Wlan ja ethernet).

Luennoilla käytiin läpi myös asynkronisen ja synkronisen tiedonsiirron pääpiirteet ja niiden keskeiset erot. Yksi keskeisimpiä eroja on, että asynkronisessa siirrossa tieto siirretään yksi merkki kerrallaan siirto päätetään päättökoodilla, kun synkronisessa tiedonsiirrossa tietoa siirretään tasaisena virtana, lohkoina ilman aloitus- tai päätöskoodeja. Siirrossa voi tapahtua erilaisia virheitä, joista huolehtii virheenkorjausalgoritmit ja tietovuonhallinta-algoritmit.

Kanavointi l. multipleksointi tarkoittaa lyhyesti sanottuna siirtokapasiteetin jakamista useamman siirrettävän signaalin kesken. Kanavointiluokkia ovat mm. Taajuus-, aikajako-, koodijako- ja aallonpituuskanavointi. Itselleni jäi vielä osin epäselväksi menetelmien väliset hyödyt ja haitat sekä niiden pääpiirteinen toimintaperiaate. Näitä tulee siis kerrata huomattavasti tenttiä silmällä pitäen.

Luentopäivä 4:

Luennon ensimmäisessä osassa käsiteltiin piiri- ja pakettikytkentöjä ja näiden välisiä eroja. Kaikki oli ennestään tuntemattomia asioita ja näin ollen uutta informaatiota oli paljon. Itse piiri- ja pakettikytkentöjen eroavaisuuksissa ja pääpiirteissä ei kuitenkaan mitään isompia ihmeellisyyksiä ollut, mitä en olisi ymmärtänyt. Selkeitä kokonaisuuksia siis.

Seuraava osuus – reititys – oli taas mukavasti englanniksi, ja sanakirjaa sai taas soveltaa enemmän tai vähemmän, että pääsi perille siitä mistä mennään. Reitityksessä kuitenkin yksi olennainen osa on reitin laskenta, lasketaanko pienin määrä “hyppyjä” vai pienin reitin “hinta” tiettyyn pisteeseen. Erilaisia reititystrategioita käytiin läpi (floodaus, kiinteät reititystaulut, satunnainen, mukautuva), kuten myös reitinlaskenta-algoritmeja (Dijkstra, Bellman-Ford).

Luennon seuraava osuus käsitteli verkon tukkeutumista, ja ko. Tilanteen purkamista tukkeutumisen viestimisen (congestion signaling) avulla. Osiossa käytiin läpi myös pakettien hävikkiä, viiveitä ja niiden muodostumista.

Seuraavassa osiossa käsiteltiin matkapuhelinten tiedonsiirtotekniikkaa, ja tapahtumia, kun puhelinyhteyttä muodostetaan, se on muodostettu, se katkaistaan/katkeaa jne. Luennolla esiteltiin myös matkapuhelinverkon jakaminen soluihin ja edelleen makro- ja mikrosoluihin. Tässä osiossa jäi vähän epäselväksi jäi signaalin monistuminen (propagation) ja sen tuomat ongelmat ja miten niihin reagoidaan. Sanaa LOS pulse en tajunnut ollenkaan. Seuraavaksi siirryttiin kolmannen ja neljännen sukupolven (3G, 4G) mobiiliin tiedonsiirtoon ja CDMA sekä OFDMA kanavointiin. Nämä käytiin lyhyehkösti läpi eikä niistä jäänyt epäselvyyksiä.

Viimeisessä osiossa käytiin läpi lähiverkkoja (LAN) ja niiden topologioita (toteutustapoja), ja sitä kuinka eri topologiat eroavat toisistaan. Nämä menetelmät oli esitetty hyvin havainnollisesti eikä niistä jäänyt mitään epäselvyyksiä. Paljon termistöä jäi tenttiä varten opeteltavaksi. Viimeisessä osiossa käytiin myös korkean nopeuden LANeja, ja ethernet siirtoteitä läpi (kuten 10 Gbps). Tässä esiteltiin ko. Siirtoteiden teknologiaa ja käyttökohteita läpi. Taas jäi paljon muistettavaa, mutta vähän mitä ei olisi ymmärtänyt.

Mitä opin kurssin aikana

Tuossa luentoyhteenvetojen kohdalla onkin aika hyvin selostettu, mitä kaikkea uutta sitä on kurssilla tullut opittua. Kotitehtävän 1 kysymyksistä kahteen (1. ja 3.) sain vastauksen tällä kurssilla, kolmanteen (2.) saan kaiketi vastauksen tietoturva-kurssilla. Uskon oppineeni Tietoliikennetekniikan perusteista kurssikuvauksen mukaisesti kaiken oleellisen vähintään tyydyttävästi. Mitään yllätyksiä kurssi ei tuonut, kun ei ollut hirveästi ennakkokäsityksiäkään.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

  1. Miten tieto käytännössä siirtyy omalta tietokoneeltani jollekin serverille ja takaisin?
  2. Miten kyseisen liikenteen turvallisuus voidaan taata?
  3. Minkälaisia tietoliikenneratkaisu ja tulevaisuudessa on odotettavissa, kun nopeudentarve kasvaa jatkuvasti?

Ennakkotehtävä 2

  • wlan (dual band) käyttää taajuuksia 2.4 GHz ja 5.0 GHz ja tarjoaa maksiminopeuden 300 Mbps
  • iPhonen 3G toimii taajuuksilla 850/900/1900/2100 MHz ja tarjoaa tällä hetkellä 21 Mbps nopeuden ja 4G toimii taajuuksilla 850/1800/2100 MHz maksiminopeudella 150 Mbps.
  • Modeemin ja reitittimen välinen ethernet-kaapeliyhteys 312,5 MHz tarjoaa 1000 Mbps.
  • Koaksaalikaapelia pitkin kaapelinetin taajuudesta (radiotaajuudet) ei ole hajuakaan, eikä teoreettisesta maksiminopeudesta, mutta meillä nopeus on rajoitettu 100 Mbps.
  • Playstationin ja television välinen HDMI-kaapeli toimii ilmeisesti taajuudella 600 MHz ja tarjoaa maksiminopeuden 14.4 Gbps.

Kotitehtävä 2

Ennakkotehtävä 3

  • wlan – 802.11: kanavointi: CSMA/CA, koodaus: BPSK/QPSK/FSK
  • 3G – HSDPA: kanavointi: W-CDMA, koodaus: QPSK/QAM
  • koaksaalikaapeli – 802.3: kanavointi: CSMA/CD, koodaus: Manchester coding

Kotitehtävä 3

Koskela, Lotta

Yksityiskohtainen, huolellisesti laadittu wikisivu. Luentopäiväkirjatekstit olivat kattavia, ja niistä kävi selvästi ilmi, mitä luennoilla käytiin läpi ja mitä hän kyseisellä viikolla oli oppinut.

Kettunen, Simo

Selvästi eritelty, mitä kullakin luennolla käytiin läpi, mitä henkilö oppi ja mitä hänelle jäi epäselväksi. Kotitehtävät huolitellun näköiset ja muutenkin siististi rakennettu wiki-sivu.

Manninen, Jaakko

Ensimmäisen kotitehtävän kuva vähän sekamelskainen, mutta mukavasti kieli poskessa tehty. Luentoyhteenvedot hyvin tiiviitä, mutta olennainen tulee niistä hyvin ilmi.

Pelli, Iiro

Erittäin huolellisesti tehty wiki-sivu. Vaikka ensimmäisen kotitehtävän kuva olikin tökerö käsin tehty piirros, oli kaikki muu erittäin asiallista ja hyvin kuvaillusti tehty.

Raassina, Joonas

Luentopäiväkirja kirjoitettu vain viimeisen luennon osalta, eikä mitään muuta olekaan tehty. Siltä osin kun sivua on päivitetty, se vaikuttaa hyvältä, ja on selkeästi kirjoitettu.

Ennakkotehtävä 4

1.

Artikkelissa puhutaan tiedonsiirron lisääntymisestä ja nopeuden kasvun tarpeesta ja siitä, miten eri teknologioilla kuluttajille luvataan tiettyjä nopeuksia tukeutuen teoreettisiin maksiminopeuksiin, vaikka on itsestään selvää, ettei näitä saavuteta. Artikkelissa puhutaan uusista langattomista standardeista (standardeista olikin puhetta luennoilla), 802.11ac ja 802.11ad, joilta odotetaan paljon tulevana (käytännössä tänä) vuonna. Artikkeli puuttuu tiedon kanavointiin useampaan tietovirtaan lisäämällä vastaanottimien antenneja, jolloin tukkeutumisen riski pienenisi(?). Artikkelissa puhutaan myös tehokkaammista modulointialgoritmeistä ja kanavanleveyden kasvuista ja lytätään teorian mahdollistuminen lähivuosina puuttuvan teknologian vuoksi. Artikkelissa puhutaan myös jopa 60GHz:in taajuuksista tiedonsiirrossa, jotka kodin lähiverkkokäyttöön soveltuukin, mutta näin suuret taajuudet kärsivät esteiden läpäisykyvyn puutteesta.

Artikkelin teksti ei ole enää teknologiamambojamboa kurssin jälkeen, vaan siitä ymmärtää yllättävänkin paljon.

2.

http://www.4gamericas.org/index.cfm?fuseaction=page&sectionid=249

Oheisella sivulla esitellään LTE-teknologia melko yksityiskohtaisesti. Teksissä sanotaan, että siinä missä “muka-4G”, 3Gpp keskittyy HSPA+ teknologian edelleen kehittämiseen, LTE keskittyy uuden sukupolven ratkaisuihin. Tekstissä mainitaan LTE:n käyttävän OFDMA ja OFDM -kanavointia ja esitellään jälkimmäisen etu WCDMA -kanavointiin. Teksissä mainitaan myös kanavoiden koon vaihtelu välillä 1.4-20 MHz.

Itselleni jäi tekstistä sellainen kysymys, että onko tämä LTE-tekniikka nyt vain jokin välivaihe, jonka aikana odotetaan parempaa teknologiaa, vai onko tämä tulevaisuuden mobiili tiedonsiirtotekniikka.

Kotitehtävä 4

Wlan

langaton reititin on sijoitettu siinä määrin näkyvälle paikalle, että siihen yhdistävillä laitteilla on “esteetön näkyvyys” ko. Laitteeseen, ja siksipä 5.0GHz:n yhteys on useimmin käytössä kuin 2.4GHz:n yhteys. Kerrostalossa kun asustan, on tämä siinä mielessä hyvä, että paitsi tietyt kodinkoneet (kuten mikroaaltouuni) myös naapureiden lukuisat wlan reitittimet aiheuttavat häiriötä 2.4GHz:n taajuudella, vaikka kanaviksi on valittu mahdollisimman vähän käytetyt kanavat. Tämä mahdollistaa sen, että erilaiset verkon nopeusmittarit (internetistä ladattaessa/lähetettäessä) näyttävät keskimäärin 95/4.7 Mbit/s nopeuksia, jotka ovat varsin hyviä ottaen huomioon, että Sonera ilmoittaa teoreettiseksi maksimiksi 100/5 Mbit/s. CSMA/CA- l. koodinjakokanavointia hyödyntävä yhteys on toiminut meillä mallikkaasti, eikä kaikkien laitteiden samanaikainen käyttökään aiheuta suurempia tukkeutumisia.

Koaksiaalikaapeli

Kuten edellä mainittiin, reitityksen ja wlanin kanavoinnin jälkeenkin yhteys- ja tiedonsiirtonopeudet ovat todella hyviä ja lähellä teoreettista maksimia. Niinä hetkinä, kun siirtonopeudet laskevat, syy piilee pitkälti tässä yhteydessä. En tiedä kuinka monta liittymää ja mille nopeuksille rajoitettuna on liitettynä samaan liityntäpisteeseen, mutta jos jossain on pullonkaula, niin se on ko. Liityntäpisteessä. Valokuidun tapauksessa ainakin mainostetaan, ettei “naapurin” netin käyttö vaikuta omaan, mutta meillä kaapelinetti ainakin on hitaampi klo 18-21 välillä. Jos tämä ei johdu muista käyttäjistä suoraan, niin väkisinkin niiden aiheuttamasta häiriöstä.

3G

3G toimii oikein mainiosti tässä 1.5km päässä keskustasta. Lähimpään tukiasemaan on joitain satoja metrejä. On syytä olettaa, että ko. Yhteys toimii 2100 MHz:n taajuudella näin lähellä keskustaa, jonka huomaakin heti, kun poistuu tarpeeksi kauas ikkunasta esimerkiksi kylpyhuoneeseen. Parvekkeella ja ikkunoiden läheisyydessä päästään hyvin lähelle rajoitettua maksiminopeutta.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1
  • Lähiopetus: 0 h
  • Oppimispäiväkirja ja tehtävät: 10 h
Luentoviikko 2
  • Lähiopetus: 0 h
  • Oppimispäiväkirja ja tehtävät: 12 h
Luentoviikko 3
  • Lähiopetus: 0 h
  • Oppimispäiväkirja ja tehtävät: 12 h
Luentoviikko 4
  • Lähiopetus: 0 h
  • Oppimispäiväkirja ja tehtävät: 14 h