Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne mahdollistaa eri järjestelmien sekä käyttäjien kommunikoinnin keskenään sekä tiedon siirron paikasta A paikkaan B. Tietoliikenne käsittää fyysisiä verkkoja ja verkon aktiivilaitteita. Lisäksi tietoliikenne sisältää tavat, jolla kommunikointi/tiedon siirto tapahtuu sekä tietoturvaan liittyvän kokonaisuuden. Tietoliikenne on eri laajuista – kodin lähiverkossa tapahtuvasta kommunikoinnista, maailmanlaajuiseen eri järjestelmien väliseen kommunikointiin.

Termejä: Reititin, protokolla, TCP-IP, IP-osoite, DHCP, WLAN, WAN, LAN, HTTP, Ethernet, Kuituyhteys, COAX

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Kurssin ensimmäinen luento aloitettiin käymällä läpi tietoliikennetekniikan viime vuosikymmenien trendejä, eri aikakausia sekä mitä tietoliikenne on tänä päivänä. Nämä aiheet loivat pohjan päivän varsinaisille sisällöille, joita olivat kommunikointimalli ja sen eri tehtävät, kerrosarkkitehtuuri sekä protokollat. Kerrosarkkitehtuuria käsiteltiin sekä teoreettisen 3 kerroksen mallin mukaan että OSI ja TCP/IP mallien mukaan.

Mielestäni tärkeimmät asiat olivat kerrosarkkitehtuuri kokonaisuuden ymmärtäminen ja protokollien roolin hahmottaminen osana kerrosarkkitehtuuria.

Opin tällä kertaa miksi tietoliikenteessä käytetään kerrosarkkitehtuuria (hallinnan helpottamiseksi) sekä ylätasolla protokollien merkityksen (protokollat toteuttavat eri kerrosten tehtävät, ohjausinformaatio toteuttaa protokollan). Tarkennusta kaipaamaan jäivät kommunikointimallin ja kerrosarkkitehtuurin välinen suhde sekä eri protokollien ohjausinformaatiot ja niiden käytännön merkitykset.

Avoimia kysymyksiä: - kuka päättää mitä protokollaa milloinkin käytetään esimerkiksi kuljetuskerroksessa? - kuka määrittelee protokollat? - miten fax toimii? - miten sovellusta koodatessa otetaan huomioon protokollat ja sovelluksen käyttämät portit?

Luentopäivä 2: Kurssin toisena luentopäivänä käytiin läpi protokollien toimintoja, tietoliikenteen standardointia, erilaisia siirtoteitä sekä tiedonsiirtoa. Erilaiset siirtotiet käytiin selkeästi läpi ja opinkin mitä ovat tyypillisimmät johtimelliset ja johtimettomat siirtotiet. Erittäin paljon tarkennusta ja opettelua vaille jäivät tiedonsiirtoon (aallonpituudet, taajuudet, spektrit, kaistanleveydet, gantti aalto) liittyvät asiat.

Avoimia asioita: - mitä on sovelluskerroksen kommunikointi? - mitä tarkoitetaan allonpituudella? - miten eri taajuudet, spektrit ja kaistanleveydet liittyvätkään toisiinsa?

Luentopäivä 3: Kurssin kolmannella luennolla tutkittiin TCP/IP mallin kahta alinta kerrosta, keskittyen yksittäiseen linkkiin vastaanottajan ja lähettäjän välillä. Luento aloitettiin keskustelemalla eri koodaustekniikoista eli kuinka digitaalisesta tai analogisesta datasta muodostetaan joko digitaalista tai analogista signaalia.

Koodaustekniikoiden lisäksi keskusteltiin synkronoinnin käsitteestä eli kuinka lähettäjän ja vastaanottajan kellot voidaan synkronoida. Synkronoinnin osalta tunnistettiin asynkroninen ja synkroninen tiedonsiirto.

Lisäksi luennolla palattiin jo aiemmin keskusteltuun aiheeseen tiedonsiirron virheiden havaitsemisesta ja korjaamisesta eri tavoin. Edelleen keskusteltiin vuon valvonnasta (flow control) eli kuinka voidaan varmistua, että lähettäjä ei hukuta vastaanottajaa bittipaketteihin ja kanavoinnista (multiplexing) eli kuinka saatavilla olevaa siirtokapasiteettia voidaan jakaa usean eri linkin kesken samanaikaisesti. Kanavoinnin osalta tunnistettiin neljä eri tyyppiä - aikajakokanavointi (TDMA), taajuusjakokanavointi (FDMA), koodijakokanavointi (CDMA) sekä aallonpituukanavointi.

Opin tällä kertaa ylätasolla mitä eri termeillä kuten kanavointi, synkronointi ja koodaus tarkoitetaan. Jollakin tapaa on edelleen vaikea hahmottaa kuinka eri asiat linkittyvät toisiinsa ja esimerkiksi kurssin alussa läpikäytyihin kerrosmallin perusteisiin. Lisäksi haparoin edelleen ihan peruskäsitteiden osalta kuten onko WLAN johtimetonta radiotietä hyödyntävä tekniikka vai itsessään johtimeton radiotie.

Luentopäivä 4: Kurssin neljännen luennon teemana olivat kytkentäiset verkot. Kytkentäiset verkot jaettiin edelleen piiri- ja pakettikytkentäisiin verkkoihin. Ensin käytiin läpi näiden kahden verkkotyypin ominaispiirteet ja tämän jälkeen vertailtiin verkkojen suorituskykyä. Lisäksi keskusteltiin kytkentäisten verkkojen erilaisista reititysstrategioista (flooding, satunnainen, mukautuva reititys) ja eri tavoista suorittaa ruuhkanhallintaa (sama kuin vuon valvonta linkkitasolla). Luennon lopuksi käytiin läpi tarkemmin lähiverkkoja ja niiden kehitystä.

Opin tällä kertaa sekä piiri- että pakettikytkentäisten verkkojen toiminnan periaatteet ylätasolla. Lisäksi luennon lopuksi käytiin läpi hyvä yhteenveto kurssin aikana opitusta kokonaisuudesta. Edelleen tuntuu vaikealta hahmottaa miten eri opitut asiat suhtautuvat toisiinsa (esimerkiksi linkki vs. verkko) ja lisäksi hämmentää se, että luennoilla mentiin tietyissä asioissa hyvinkin syvälle ja tenttikysymykset tuntuvat kuitenkin olevan enemmän 'ylätasolla' (Onneksi!). On siis hieman epäselvää millä tasolla ymmärryksen tulisi kurssin päätyttyä olla.

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Luentopäivä 1 - Kotitehtävä

Kurssin aikana haluaisin selvittää, kuinka tietoliikennetekniikan näkökulmasta asiakas voi tulevaisuudessa tehdä hotellivarauksen tabletillaan verkkosivujen kautta, suorittaa check-in kännykällään ja kävellä suoraan huoneeseen ilman vastaanotossa käymistä kännykän toimiessa huoneen oven avaimena.

Luentopäivä 2 - Ennakkotehtävä

  • Tabletin käyttö WLAN:issa hotellivarauksen tekemiseksi: IEEE 802.11b nimellinen nopeus on 11 megabittiä sekunnissa. 802.11 toimii vapaalla 2,4 gigahertsin taajuudella
  • 3G yhteyden käyttäminen check-in tekemiseksi kännykällä: UMTS tarjoaa 384 kb/s latausnopeuden, taajuusalueella 2100 MHz
  • NFC yhteys oven avaamiseksi kännykällä: Yhteys perustuu sähkömagneettiseen induktioon radiotaajuudella 13,56 MHz. Tiedonsiirtonopeus voi olla 106, 212 tai 424 kbit/s

Luentopäivä 2 Kotitehtävä

  • Tabletin käyttö WLAN:issa hotellivarauksen tekemiseksi: WLAN yhteys on radioteknologiaan perustuva siirtotie. Yhteys käyttää IEEE-järjestön määrittelemiä 802.11 perheen protokollia. Protokollien määrittelyt löytyvät osoitteesta: http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.11-2012.html
  • 3G yhteyden käyttäminen check-in tekemiseksi kännykällä: 3G yhteys on radioteknologiaan pohjautuva siirtotie. Yhteys käyttää 3GPP-järjestön määrittelemiä, UMTS-perheen protokollia kuten AAL5, PDCP ja SCTP. Protokollien määrittelyt löytyvät osoitteesta: http://www.3gpp.org/specifications

Luentopäivä 3 Ennakkotehtävä

  • Tabletin käyttö WLAN:issa hotellivarauksen tekemiseksi: CSMA/CA (lyhenne sanoista Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance) on tietoliikenteen siirtotien varausmenetelmä, jolla useat lähettävät tietokoneet jakavat samaa siirtotietä. CSMA/CA on perinteinen IEEE 802.11 -verkkojen (WLAN) tapa jakaa verkko käyttäjien kesken.
  • 3G yhteyden käyttäminen check-in tekemiseksi kännykällä: TDMA (lyhenne sanoista Time Division Multiple Access) eli aikajakokanavointi on muun muassa GSM-verkoissa käytetty radiotien kanavanvaraustekniikka. Se perustuu eri signaalien viipalointiin eli aikajakoon, jossa jokainen lähetys jaetaan palasiin (kehys) ja palaset lähetetään tietyin väliajoin. Sitä käyttämällä voidaan siirtää ääntä ja dataa (mahdollistaa muun muassa multimediaviestien lähetyksen).
  • NFC yhteys oven avaamiseksi kännykällä: CDMA (lyhenne sanoista Code Division Multiple Access) eli koodijakokanavointi on yksi radiotien kanavanvaraustekniikoista. Koodijakokanavointia käytetään laajakaistaisissa järjestelmissä.

Luentopäivä 3 Kotitehtävä

  • Aino Hirvonen: Aino oli kirjoittanut kattavat yhteenvedot luennoista - toimivat hyvänä kertauksena tenttiin. Hyvää pohdintaa opituista asioista ja asioista, jotka jäivät kunkin luennon jälkeen epäselviksi.
  • Antti Kovalainen: Antin luentopäiväkirja oli hyvin tiivis paketti. Vaikuttaa siltä, että kurssin asiat olivat Antille entuudestaan tuttuja, jolloin hän on pystynyt tiivistämään opitut asiat selkeäksi kokonaisuudeksi. Antti olisi voinut pohtia enemmän oppimaansa.
  • Tommi Isotalo: Tommin luentopäiväkirja oli tiivis paketti. Myös hänelle taisivat olla kurssin aihealueet entuudestaan tuttuja. Teksti oli aika mekaanista, oma pohdinta jäi vähemmälle.
  • Tero Kosonen: Tero oli kirjoittanut erinomaiset yhteenvedot luennoista - hyvää kertausta tenttiin. Ennakko- ja kotitehtävät olivat vielä kesken. Myös Tero olisi voinut pohtia enemmän oppimaansa ja kirjata ylös asioita, jotka jäivät epäselviksi.
  • Satu Höysti: Satu oli kirjoittanut hyvät luento yhteenvedot, joihin hän oli sisällyttänyt kiitettävästi pohdintaa oppimistaan asioista. Satu oli myös tehnyt kotitehtävät huolellisesti.

Luentopäivä 4 Ennakkotehtävä

WLAN artikkeli käsitteli langattomien verkkojen kehittymistä. Kurssilla käsitellyistä aiheista artikkelissa nousivat esiin muun muassa johtimettomat siirtotiet, tiedon siirron nopeus, taajuudet, kaistan leveys ja koodaus- ja modulointitekniikat. Artikkelissa kuvattiin mielestäni hyvin teorian ja reaalimaailman eroja langattomissa verkoissa. Teoriassa voidaan saavuttaa huimiakin nopeuksia, mutta käytännössä tehoja ei saada käytettävissä olevalla tekniikalla irti. Tuntuukin, että tietoliikennetekniikan haaste on se, että yhden osa-alueen kehittäminen ainoastaan siirtää pullonkaulan toisaalle ja käytännössä optimitilanteen, jossa kaikki osa-alueet toimivat mahdollisimman tehokkaasti, saavuttaminen on mahdotonta.

LTE-tekniikkaa käsitellään mm. seuraavilla sivuilla http://fi.wikipedia.org/wiki/LTE ja http://www.4gamericas.org/index.cfm?fuseaction=page&sectionid=249. Kurssin sisältöön peilaten ainakin LTE-tekniikan datan siirton hyödyntämät OFDM ja MIMO tekniikat ovat uusia. Tutustuttuani LTE-tekniikkaan jäin pohtimaan, että missä määrin tämä tekniikka tosiasiassa tulee korvaamaan nykyisin laajasti käytössä olevan 3G tiedonsiirron, sillä samanaikaisesti WLAN verkot kehittyvät ja ovat aiempaa useimmin avoimia, jolloin mobiilitiedonsiirron merkitys ainakin osittain vähenee.

Luentopäivä 4 Kotitehtävä

  • Tabletin käyttö WLAN:issa hotellivarauksen tekemiseksi: Langattoman verkon tehokas käyttö voidaan varmistaa sekä CSMA/CA (lyhenne sanoista Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance) tekniikalla että eri taajuusalueiden tehokkaalla käytöllä. CSMA/CA on tietoliikenteen siirtotien varausmenetelmä, jolla useat lähettävät tietokoneet jakavat samaa siirtotietä. 802.11ac ja 802.11ad standardit puolestaan mahdollistavat käytön usealla eri taajuusalueella samanaikaisesti ja sitä kautta entistä tehokkaamman käytön.
  • 3G yhteyden käyttäminen check-in tekemiseksi kännykällä: Mobiiliverkon tehokas käyttö voidaan varmistaa aikajakokanavointi eli TDMA (lyhenne sanoista Time Division Multiple Access) tekniikalla. Tulevaisuudessa LTE tekniikka mahdollistaa entistä tehokkaamman ja nopeamman tiedonsiirron mobiiliverkoissa.
  • NFC yhteys oven avaamiseksi kännykällä: CDMA (lyhenne sanoista Code Division Multiple Access) eli koodijakokanavointi mahdollistaa NFC yhteyden tehokkaan käytön.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 3 h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 3 h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: 2 h

  • Luentoviikko 4

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät ja Wikisivun viimeistely: 4 h


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