Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Serverikoneet ja niiden kommunikointi käyttäjien kanssa, tiedon kulkeminen käyttäjältä toiselle globaalisti sekä lokaalisti, p2p kommunikointi, yleisesti datan siirto sekä tietokoneiden ID:n (MAC, IP-osoite) toiminta tietoliikenteessä.

Termit: TCP, UDP, IP, P2P, Wifi, bluetooth, infrapuna, LAN, protokolla

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Siirtotiet.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kerrosmallit OSI sekä TCP/IP.
  • Mitä opin tällä kertaa: Kerrosmallien pääperiaatteet, eli kuinka viesti lähtee sovelluksen kautta kuljetuskerroksen ja verkkokerroksen läpi serverikoneelle ja nämä ns. “keskustelevat” keskenään protokollien avulla (esim. File Transfer Protocol FTP, Transmission Control Protocol TCP ja Ethernet verkkoliikenteelle).
  • Jäi epäselväksi: Pientä satunnaista.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Siirtotiet ja niiden nopeudet.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kaistanleveys, pari- ja koaksiaalikaapelit sekä optiset kuidut.
    • Mitä opin tällä kertaa: Koaksiaalikaapelin ulkokuori toimii faradayn häkkinä häiriöiden poistoa varten.
    • Puhelin kuluttaa enemmän tehoa kuuluvuuden ollessa heikko.
    • Suurempi tiedonsiirtonopeus saavutetaan suuremmilla taajuudella mikä toisaalta vaikuttaa etäisyyksiin: mitä suurempi tajuus sitä pienempi etäisyys (vaimeneminen).
    • Valokuitu on immuuni sähkömagneettisille häiriöille.
    • Signaalista saadaan helpommin eroteltua nollat ja ykköset kasvattamalla alkuperäisen signaalin amplitudia lisäämällä korkeampitaajuuksista signaalia sekaan useampia kertoja.
  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Datan koodaustekniikoita, virheentarkistus & käsittely (esim. checksumin avulla), multipleksaus,
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kanavointi, datavirheet, taajuusalueet
    • Mitä opin tällä kertaa: Koodaustekniikoita on useita mm. NRZ, NRL-L, Manchester sekä differential Manchester.
    • Kuinka koneet tunnistavat virheellisiä paketteja vastaanottopäässä (esim. jakokulman avulla checksumin luonti jäköjäännöksestä).
    • Spread Spectrumin toimintaperiaate, eli data lähetetään esim. langattomana sekä koodataan tietyn psudorandomiuden avulla muuttaen taajuutta millä dataa lähetetään. Tämä puretaan vastaanottopäässä tunnetulla koodilla.
    • Multipleksauksauksessa kaikki tulosignaalit yhdistetään yhteen kanavaan josta voidaan rajaamalla tietty taajuusalue kuunnella tätä haluttua signaalia. Multipleksaamalla useampi multipleksseri saadaan suurempia kokonaisuuksia joita voidaan käyttää esim. mannerten välillä. Multipleksattu data demultipleksoidaan toisessa päässä.
  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Verkot, reititys, ruuhkautuminen, langaton verkko
  • Päivän tärkeimmät asiat:
Verkot

Ylimääräiset yhteydet nodejen välillä nostavat verkon luotettavuutta

Puhelinverkot : (Piirikytkentä (reaaliaikaisuus))

  1. PSTN, ISND, GMS
  2. Yhteydenmuodostus vie aikaa
  3. Yhteydenmuodostuksen jälkeen solmuviive on olematon koska reitti on vakio
  4. Yhteyksiä hylätään jos verkko on ylikuormitettu

Dataverkot : Pakettikytkentä (tehokkuus)

  1. Lähiverkot, internet, GPRS
  2. Ylikuormitetussa verkossa paketteja voidaan hyväksyä jonoon lähettämistä varten
  3. Priority packets, etuajo-oikeus
  4. Kytkentätavat:
    1. Tietosähke
      1. Paketit lähetetään täysin itsenäisinä paketteina sekä näiden reitityspäätös on toisistaan riippumaton
      2. Vastaanottopäähän paketit voivat saapua eri järjestyksessä, kasataan päätteessä esim. järjestysnumeron avulla.
    2. Virtuaalipiiri
      1. Call-request - Call-accept - Clear-request: reitityspäätöksiä ei tarvita paketin lähetyksen aikana
      2. Solmuviive voi olla merkittävä pakettien jonotusasettelun takia

Viestinvälitys piirikytkentäisessä verkossa:

  1. Yhteyden avaus (piirin muodostaminen)
  2. Datan siirto
  3. Yhteyden lopetus

Piirikytkentäisissä verkoissa nodet kommunikoivat yhteyden muodostamisessa keskenään etsien parhaimman reitin kohteeseen Viive koostuu linkkien välisestä etenemisviiveestä

Digitaalinen piirikytkentäsolmu sisältää

  1. Verkkoliitännän (network interface)
  2. Digitaalisen kytkimen
  3. Hallintayksikön (control unit)
    1. Yhteyden muodostus, ylläpito ja poisto

Piirikytkennen signalointi voi tapahtua

  1. Varsinainsen puheen kanssa samalla kanavalla (assosioitu)
  2. Omalla kanavallaan (disassosioitu)

Datapaketti pilkotaan yleensä pieniin paketteihin siirtoa varten jotka kasataan päätteessä

  1. Paketista löytyy osoitetiedot sekä varsinainen data
  2. Paketti voidaan varastoida solmuissa seuraavan noden linkin määrityksen ajan
  3. Osoitetiedot hävitetään kun data on perillä
  4. Pakettikoko yleensä vaikuttaa datavirran siirtonopeuteen (optimikoko)
REITITYS

Suorituskykykriteerit:

  1. Hyppyjen lukumäärä nodejen välillä
    1. Vähiten hyppyjä → pienin hinta (least cost routing)
  2. Hinta
  3. Viive (jokaisessa solmupisteessä), esim päätösviive
    1. Voi olla jaettu mikä on monimutkaisempi mutta yleensä vakaampi
  4. Suoritusteho

Reititysstrategiat

  1. Kiinteät taulut
    1. Luodaan staattinen taulukko yhteyksistä lähteestä päätteeseen
    2. Määritellään least cost algoritmilla
    3. Hyötynä yksinkertaisuus, haittana joustamattomuus
  2. Tulvaus (flooding)
    1. Paketti läheteään jokaiseen naapurisolmuun
    2. Hyötynä vakaus, ei yhteystietoja, haittana korkea verkkoliikenne
  3. Satunnainen (random)
    1. Floodingin yksinkertaisuus pienemmällä rasituksella
    2. Satunnaisesti valittu reitti harvemmin least cost tai minimum hop
    3. Ei yhteystietoja
  4. Mukautuva reititys
    1. Laajimmin käytetty
    2. Reitityspäätökset muuttuvat network failuren tai ruuhkan mukaan
    3. Vaaditaan yhteystietoja
    4. Haittana monimutkaisuus sekä päätöksenteon nopeuden vaikutukset
RUUHKAUTUMINEN

Ruuhkautumista syntyyy kun pakettien lukumäärä ylittää verkon pakettien käsittelykapasiteetin

  1. 80% käyttöaste on kriittinen
  2. Ruuhkautumiskontrolli pyrkii pitämään liikenteen kriittisen tason alapuolella
  3. Verkon suorituskyky laskee kuorman noustessa korkeaksi
  4. Yhden noden ruuhkautuminen voi vaikuttaa muihin nodeihin

Ruuhkautumisen kontrollitapoja:

  1. Choke packet
    1. Generoidaan ruuhkautuneessa nodessa
    2. Lähetetään lähdenodelle
    3. Lähdenode lopettaa pakettien lähetyksen kunnes ruuhkautuminen laskee
  2. Backpressure
  3. Implisiittinen ruuhkautumissignaali
    1. Siirtoviive kasvaa ruuhkautumisen myötä → paketti saattaa kadota
    2. Lähde huomaa tämän ruuhkautumisviittauksen
  4. Eksplisiittinen

Ruuhkautumista syntyy pakettien jonotuksen takia

  1. Jos noden puskuri täynnä, vastaanotetut paketit hylätään
  2. Paketit voidaan lähettää eteenpäin uudestaan aikaisemman noden kautta tai ei ollenkaan

Viivettä syntyy kun

  1. Paketista tarkistetaan virheet
  2. Linkkiä määritetään
  3. Jonotus

Karavaanianalogia Suoritusteho

  1. Pullonkaula (bottleneck)
LANGATTOMAT VERKOT

Verkko jaetaan yleensä soluihin

  1. Hexagoninen
  2. Neliöllinen
  3. Jokaisessa solussa oma antenni omalla taajuusaluellaan
  4. Toimii kanta-aseman avulla

Kapasiteetin nosto

  1. Lisää uusia kanavia
  2. Ruuhkautuneet solut käyttävät taajuuksen lainausta vapailta soluilta
  3. Solun hajauttamista pienemmiksi

3G

  1. Suuri nopeus tukee multimediaa, dataa ja videota äänen lisäksi
  2. 144kbps suurilla alueilla, 384kbps pienillä
  3. Toimistoissa 2.048Mbps
  4. Internet
  • Mitä jäi epäselväksi:

Mitä opin kurssin aikana

Kotitehtävät

Luento 1

Kotitehtävä 1

Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista.

Ennakkotehtävä 2

  • 3G UMTS useimmiten 2GHz paikkeilla, tarjoaa 56MBit/s teoriassa (HSPA+)
  • ADSL nopeus 8-56MBit/s uusimmilla standardeilla downstream, upstream 1-5Mbit/s
  • Wlan 802.11 protokolla 1-5Ghz, nopeus 1-866Mbit/s, tulevaisuudessa jopa 6,75Gbit/s

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue ja etsi siihen liittyvä protokolla. Tutustu protokollaan ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

Online-pelaaminen. Vaaditaan TCP/IP -protokollaa tai muinoin käytettyä IPX:ää. Myös UDP:tä on käytetty usein, joka toisaalta ilmenee yleensä yhteyden nykimiseen hostin verkossa. UDP toisaalta mahdollistaa nopean tiedonsiirron verrattuna TCP/IP-protokollaan sillä paketista ei tarkisteta checksumia tai vastaavaa. UDP olisi hyvä realtime-räiskintään jos paketit olisivat luotettavia.

http://en.wikipedia.org/wiki/User_Datagram_Protocol http://en.wikipedia.org/wiki/IPX/SPX

Luento 2

Kotitehtävä

Monitorit kommunikoivat tietokoneen kanssa DDC:n kautta (Display Data Channel), joka on kokoelma protokollia näytönohjaimen ja näytön välillä. Protokollan määrittänyt Video Electronics Standards Association (http://www.vesa.org/) Siirtotienä voi toimia esim. VGA-, DVI-, Displayport tai HDMI-kaapeli.

Protokollat:

  • Displayportilla mini-paketti[VESA standardi]
  • VGA-kaapelilla DDC2
  • DVI-kaapelilla DDC2, TMDS (Transition-minimized differential signaling) [VESA standardi]
  • HDMI-kaapelilla TMDS. [VESA standardi]

Lisää standardeja http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_display_standard

PS/2 protokollaa käyttää esimerkiksi näppäimistöt ja hiiret. Protokollan kehitti IBM vuonna 1987 (http://www.computer-engineering.org/ps2keyboard/).

Infrapuna toimii siirtotienä muummuassa televisioiden kaukosäätimillä. Protokollat riippuvat infrapunaväylällä valmistajasta riippuen, esimerkiksi Philipsillä RC-5-protokolla ja SONYllä SIRCS-protokolla (http://en.wikipedia.org/wiki/Remote_control#Consumer_electronics_infrared_protocols)

Ennakkotehtävä 3

  • 802.11 stanndardilla kanavointina käytetään CSMA/CA (Carrier sense multiple access with collision avoidance) (http://en.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA) tekniikkaa.
  • 3G FDMA, CDMA sekä näistä kehittyneempiä ratkaisuja
  • ADSL FDMA

Luento 3

Kotitehtävä

  • Vahvuudet: Monella henkilöllä on alkukurssin kotitehtävät tehtyinä sekä kotitehtävä 1:n kuvat ovat yleensä havainnollistavia. 2. tehtävässä on löydetty aika paljon eri protokollia sekä näistä on sisällytetty lähteet mukaan tekstiin.
  • Heikkoudet: Osat tehtävistä tuntuvat olevan hutaisten tehty mikä näkyy luettavuudessa sekä ulkonäössä.

Luento 4

Kotitehtävä

  • Käsiteltäessä edelleen monitorien ja päätelaitteitten välistä siirtotietä, tehokkuutta on lisätty muummuassa rinnakkaismuotoisella datan siirrolla. Esimerkiksi VGA-kaapelissa pinnejä on 15. VGA-kaapelilla on myös 256 kilotavun RAM-muisti mikä mahdollistaa nopean datan siirron (VGA-rekisterit). Verrattuna verkostotekniikkaan tämä olisi verrattavissa nodejen buffereilla. Nopeuteen vaikuttaa myös pakettien koko.
  • USB-siirtotiessä nopeuteen vaikuttaa mm. käyttölaitteen toimintatyyppi. Esimerkiksi printterille syötetään data bulkkina, eli yhtenä isona 64-bitin pakettina sekä paketti tarkistetaan. Hiiret ja näppäimistöt toimivat Interrupt-modessa koska paketit ovat niin pieniä ja streamaavat laitteet Isokroonisessa modessa jossa ei käytetä virheenkorjausta.
  • USB 2.0 toimii half-duplex tavalla, eli paketit liikkuvat vain yhteen suuntaan kerrallaan. USB 3.0:ssa saavutettiin full-duplex datansiirto mikä vähintään tuplasi nopeuden. (http://computer.howstuffworks.com/usb.htm)

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6h, Kotitehtävät: 2h

  • Luentoviikko 2,

Lähiopetus: 6h, Kotitehtävät: 2h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus: 4h, Kotitehtävät 2h

  • Luentoviikko 4

Itseopiskeltu Kotitehtävät 1h


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