Oppimispäiväkirja

Ennakkonäkemys aihealueesta

Näen tietoliikenteen kokonaisuutena, jonka avulla tietoa siirretään lähettävästä kohteesta vastaanottavaan kohteeseen. Tietoliikenteeseen kuuluu monenlaisia tiedonsiirtotapoja, jotka voivat olla langallisia tai langattomia. Tietoturva on tärkeä, tälläkin hetkellä pinnalla oleva, asia tietoliikenteeseen liittyen.

Käyttämiäni tiedonsiirtotapoja: - Internet - Mobiiliverkot - Pilvipalvelut - Lähiverkko - Bluetooth

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Tietoliikenne yleisesti, kerrosmallit ja protokolla
  • Päivän tärkeimmät asiat: Mielestäni tärkeintä oli hahmottaa kokonaisuus tiedonsiirrosta. Se että aina on lähettävä ja vastaanottava osapuoli. Tieto kulkee eri kerrosten ( OSI-malli 7-kerrosta, TCP/IP-malli 5-kerrosta) lähettävässä osapuolessa. Jokainen kerros lisää protokollansa mukaisen informaation lähetettävään tietoon, jonka avulla se osataan ohjata oikeaan osoitteeseen. Lopulta tieto kulkee tiedonsiirtoverkon kautta vastaanottavalle osapuolelle kerrosten kautta ohjattuna.
  • Mitä opin tällä kertaa: Opin pääpiirteisesti laitteiden välisen kommunikoinnin ja eri verkostojen kokonaisuus (tunnilla piirretty kuva). Se mitä me näemme käyttäjinä, on hyvin pieni osa kokonaisuutta, jonka välityksellä eri laitteet kommunikoivat keskenään. Kerrosmalliin tutustuminen oli kiinnostavaa, koska se selvensi kuinka tietokoneet kommunikoivat toistensa kanssa eri kerrosten kautta. Se selvensi itselleni myös ip-osoitteiden ja porttien porttien merkitystä, joiden kanssa olen joskus joutunut tuskailemaan vapaa-ajalla, kun on halunnut saada tietokoneiden välisen yhteyden toimimaan. Nyt tiedän niiden olevan protokollia ja että jokaisella kerroksella on oma protokollansa, jolla ne kommunikoivat vastapuolensa kanssa.
  • Jäi epäselväksi: Lyhenteet eri tietoliikenteen sanastosta.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Protokollien yleiset toiminnot, standartointi, siirtotiet ja datan siirto.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Mielestäni tärkeintä oli tajuta se, että tietoa voidaan välittää hyvin monella tavalla niin langallisesti kuin langattomastikin. Tärkeää oli myös oppia tapa jolla analoginen data muutetaan digitaaliseksi, jolloin sitä voidaan lukea tietokoneella.
  • Mitä opin tällä kertaa: Opin protokollan perustoiminnot, joita suoritetaan kommunikoitaessa. Tiedonsiirtoa voidaan suorittaa monin eri keinoin, mutta tärkeintä on valita keino, jolla signaalin laatu saadaan maksimoitua (Minimoidaan häiriötekijät). Opin myös, että tietoliikenne on hyvin standartoitua. Etuna standardoinnissa on mahdollistaa järjestelmien yhteensopivuus ja haittapuolena se jäädyttää teknologiaa (Nykytekniikka on aina tehokkaampaa kuin standardin tekniikka). Opin myös että analoginen data muutetaan digitaaliseksi summaamalla useita taajuuksia.
  • Jäi epäselväksi: Tiedonsiirtonopeuksien laskeminen kanttiaallon esityksistä.

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Signaalien koodausmenetelmät, linkin ohjausprotokollat, digitaaliset kommikointimenetelmät ja kanavointi
  • Päivän tärkeimmät asiat: Mielestäni tärkeintä oli havainnollistaa se kuinka data (analoginen tai digitaalinen) koodataan signaaliksi (analoginen tai digitaalinen), josta se siirretään tiedonsiirtomenetelmillä(luento 2) protokollien avulla (luento 1) vastaanottajalle. Tärkeää oli myös oppia se kuinka synkronointi vaikuttaa signaalin lähetykseen ja vastaanottamiseen(milloin vastaanottaja tietää uuden signaalin saapuvan? jne.) ja keinot sykronoinnin parantamiseksi. protokollan vuonvalvonnan tiedonhavaitsemiseen ja korjaamiseen paneuduttiin myös tarkemmin kuin aikaisemmin, joka sekin oli tärkeä asia, sillä niin moni tekijä voi muuttaa signaalia. On siis oltava keinoja virhetilanteiden korjaamiseksi. Lisäksi oli asia oli tajuta, kuinka siirtojärjestelmän kapasiteetti jaetaan useiden käyttäjien kesken erilaisilla kanavointimenetelmillä.
  • Mitä opin tällä kertaa: Opin digitaaliset ja analogiset signaalinkoodausmenetelmät sekä niiden pääpiirteiset erot(esimerkiksi synkronoinnin tai virheenhavainnoinin suhteen). Pienillä datamäärillä molemmat tavat ovat käyttökelposia, mutta datamäärän sen kasvaessa synkrinen tiedonsiirto takaa paremman synkronoinnin. Opin lisää virheenhavaitsemisesta/-korjaamisesta sekä tiedonsiirron vuonvalvonnan protokollista, joita käytetään virhetapauksissa, esim. jos data on virheellistä tai kun se katoaa bittiavaruuteen. Opin liukuvan ikkunan vuonvalvonnan sekä Automatic Repeat Request:n (ARQ) 3 eri versiota: stop-and-wait, go-back N ja selective-reject. Opin kanavoinnin ja sen jaottelun luokkiin: Taajuusjakokanavointi (FDMA), aikajakokanavointi (TDMA), koodijakokanavointi (CDMA) ja aallonpituusjakokanavointi (WDMA). Opin kuinka niiden toimintatavat poikkeavat toisistaan sekä niiden hyödyt/haitat sekä sovelluskohteet.
  • Jäi epäselväksi: Quadrature Amplitude Modulation (QAM) toimintaperitaate.

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Teleliikenne vs. dataliikenne, piirikytkentä ja pakettikytkentä, reitittäminen, ruuhkautuminen, langattomat (solu)verkot ja LAN.
  • Päivän tärkeimmät asiat: Mielestäni tärkein asia oli käsittää se, että laitteiden kommunikoidessa niiden lähettämä ja vastaanottama data kulkee tietoliikenneverkon kautta (tele/dataliikenneverkko). Reitittämisstrategioilla ja algoritmeilla (reaaliaikainen/paketti) datalle valitaan reitti verkossa olevien solmujen kautta. Tärkeää on myös ymmärtää se että verkon kapasiteetti ei ole rajaton vaan sitä on kontrolloitava, jotta vältytään ruuhkautumiselta ja ylläpidetään siedettävää viivettä. Tärkeää oli myös langattomien (solu)verkkojen toimintaperiaatteet ja soveltaminen 3G ja 4G verkoissa. Tärkeää oli myös oppia periaatteet yleisimmästä verkkotyypistä eli LAN:ista ja sen kehitysvaiheet nykyhetkeen saakka.
  • Mitä opin tällä kertaa: Tietoliikenteen jaon tele- ja dataliikenteeseen sekä niiden pääpiirteiset eroavaisuudet. Teleliikenne pohjautuu reaaliaikaiseen kommunikointiväylään, kun taas dataliikenne vaatii reaaliaikaisuuden sijaan tehokasta väylää. Teleliikenne suosii piirikytkentää ja dataliikenne pakettikytkentää, joka voi olla tietosähke tai virtuaalipiiri (myös piirikytkentää yksityisissä yhteyksissä). Reitityksellä tarkoitetaan pakettikytkentäisen verkon pakettien reittiä päätysolmujen välillä. Reititysstrategioita ovat kiinteät taulut(pysyvät reitit), tulvinta(kaikkien reittien läpikäyminen), satunnaisuus ja mukautuva reititys(käytetyin). Reititysalgoritmeja ovat mm Dijkstra's ja Bellman-Ford. Ruuhkautuminen johtuu siitä, kun ei pystytä käsittelemään kaikkea siirretävää dataa → dataa voi kadota. Viive aiheutuu lähetyksen aikaisesta jonotuksesta, siirtoajasta, prosessoinnista. Opin että taajuuksia voi käyttää uudelleen jakamalla langaton verkko soluihin, joissa on oma antenni, taajuusalue ja yhteys pääasemaan → vältetään päällekkäisyydet signaaleissa. Opin LAN:in toiminnan ja sen kehityksen nykyhetkeen.
  • Jäi epäselväksi: CDMA multirate

Mitä opin kurssin aikana

Mielestäni kurssi oli aihealueeltaan hyvin laaja osittain erittäin haastavakin. Mielestäni kurssin tärkein asia oli havainnollistaa yleispiirteittäin kuinka tietoa voidaan välittää laitteiden välillä. Laitteet kommunikoivat kerrosmallien (esim. OSI, TCP/IP) protokollien mukaisesti siirtotietä pitkin. Data tulee koodata siirtotien tukemaan signaalimuotoon (analoginen, digitaalinen), josta se kulkeutuu linkkien kautta vastaanottajalle. Laitteiden välillä on verkko (paketti/-piirikytkentäinen), jota pitkin data kulkee lähettäjän ja vastaanottajan välillä. Verkon läpi signaali muutetaan takaisin dataksi, joka siirretään vastaanottajalle laitteen kerroksien lävitse. Tiedonsiirron aikana suoritetaan mm virheenhavainnointia/-korjausta, reititysstrategiaa ja muita toimenpiteitä luotettavan ja nopean verkkotoiminnan takaamiseksi. Mielestäni kurssin yksityiskohtaiset “nippelitiedot” eivät olleet niin tärkeitä ja lisäksi niitä on vaikea muistaa kurssin laajuuden vuoksi.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1 + ennakkotehtävä 1

Selvitettävät kysymykset:

 1.Kuinka suorat TV -lähetykset toimivat puhelimesta katsottuna?
 2.Kuinka reitittimiin liitettyjen laitteiden määrä vaikuttaa kunkin laitteen saamaan yhteyden nopeuteen?
 3.Eri verkkojen toiminta (puhelin- , TV-verkko). Miten tieto välittyy?

Kotitehtävä 2 + ennakkotehtävä 2(kuvassa)

KT: Laitteen siirtotie ja sen käyttämä protokolla:

ET: siirtotien koodaus- ja kanavointitapa

  • Ethernet: Manchester encoding, Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection (CSMA/CD)
  • Puhelin: Gaussian Minimum-shift Keying (GMSK), Global System for Mobile Communications (GSM, aika- ja taajuusjakokanavointi)
  • WLAN: Manchester Encoding ja Differetial Manchester encoding, Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) eli Discrete Multitone -modulointi (DMT)

Kotitehtävä 3 + ennakkotehtävä 3

KT: Analyysi kotitehtävistä Analysoin tehtyjä kotitehtäviä viiden käyttäjän perusteella tuoden esiin yleisimpiä havaintoja. Analysoitu 20.11.

Vahvuudet:

  • Kuvien jne. käyttö vastauksen havainnollistamisessa lisää selkeyttä.
  • Runsaat, monipuoliset, aihe-alueen sanastoa sisältävät vastaukset (Toisaalta osan käyttäjien lyhet, selkeät, arkikieliset vastaukset voivat olla yhtä hyviä)
  • Tehtävien selkeä esitystapa (listat, tekstin paksunnokset, tekstin jäsentely)

Kehitettävää:

  • Osalla puuttui linkit standardeihin tehtävässä 2.
  • Jotkut vastaukset ehkä tarpeettoman pitkiä → epäselkeys → tiivistäminen mahdollista?

ET: Pohdiskelua WLAN-artikkelista ja LTE-tekniikasta

  • WLAN-artikkeli käsittelee monia luennoilla oppimiamme asioita:
    • johtimettomattomat/johtimelliset siirtotiet, niiden siirtonopeuksia.
    • signaalien koodaus- ja kanavointimenetelmiä, siirtoteissä signaaleihin kohdistuvat häiriöt(monitie-eteneminen, heijastuminen langattomassa siirtotiessä)
    • Signaalien lähettäminen ja vastaanottamien antennneilla ja antennien suuntaus.
    • Tiedonsiirron protokollien standardien esiintyminen artikkelissa: mm. 802.11n/g/ac/ad ja stantardointiorganisaatiot: IEEE
    • luennoilla opittuun verrattuna tekniikka tuo mukanaan:
      • uuden kanavointimenetelmän Orthogonal Frequency Division Multiple Acces (OFDMA), joka mahdollistaa yhä suuremmat siirtonopeudet, 64QAM modulaation, suuren kaistanleveyden (jopa 20 MHz) ja MIMO-siirtotekniikan, joka käyttää useita antenneja lähettäjällä ja vastaanottajalla kommunikoinnin parantamiseksi.
      • Yksinkertaistettu verkon arkkitehtuuri lyhentää tiedonsiirron viiveitä.
      • Tiedonsiirto mahdollista nopeasti liikkuvissa ajoneuvoissa.
      • LTE-tekniikan kehitteillä oleva LTE-Advanced yltäisi jopa 1 Gbps.
    • Kysymyksiä:
      1. Mihin puhelimissa tarvitaan jopa 1 Gbps:n siirtonopeuksia?
      2. Mitä kyseinen tekniikka tulee vaatimaan puhelimilta?
      3. Kuinka paljon kustannuksia LTE-verkon laajentaminen koko Suomeen maksaa? Onko kehityksestä aiheutuvat kustannukset hyödyn arvosia? (eikö 3G riitä?)

Kotitehtävä 4

Pohdiskelua Ethernetistä sen tehokkuuden suhteen

  • Pääpiirteisesti ethernetin kehittyminen nykyisiin siirtonopeuksiin (jopa 100 Gbps) perustuu parantuneisiin verkkolaitteisiin, laadukkaampiin kaapeleihin ja ennen kaikkea verkon rakenteen muuttumiseen.
  • paikallisverkkojen yhdistäminen siltauksella (verkot omia kokonaisuuksia) lisää luotettavuutta, suorituskykyä ja tietoturvaa. Useiden verkkojen liittäminen mm. kytkimillä ja reitittimillä mahdollistaa usean käyttäjän yhtäaikaisen verkon käyttämisen. Se on pakettikytkentäverkko, joka taas mahdollistaa datan tehokkaat siirtomenetelmät. Luotettava ja tehokas datansiirto mahdollistetaan protokollilla ja reitittämisstrategioin.
  • Ethernetin CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces With Collision Detection) mahdollistaa käyttäjien samanaikaisen käytön. Se jakaa laitteille oikeuksia aloittaa tiedonlähetys, kun mikään muu laite ei lähetä. Jos kaksi tai useampi laite alkaa lähettää samanaikaisesti, ne havaitsevat törmäyksen (Collision Detection) ja keskeyttävät lähetyksen. Satunnaisen ajan päästä ne yrittävät uudelleenlähetystä.
  • Lähiverkkojen suuret nopeudet mahdollistetaan suurinopeuksisilla runkoverkoilla, joihin lähiverkot yhdistetään.
  • Eri verkkotopologiat eroavat toisistaan mm. datansiirtomenetelmiltään, luotettavuudeltaan ja muilta osin. Valitsemalla oikea verkkotopologia haluttuun tarkoitukseen saavutetaan haluttu lopputulos.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Ethernet

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1:

  • Lähiopetus 6 h, koti- ja ennakkotehtävät/oppimispäiväkirja 2 h

Luentoviikko 2:

  • Lähiopetus 6 h, koti- ja ennakkotehtävät/oppimispäiväkirja 2 h

Luentoviikko 3:

  • Lähiopetus 6 h, koti- ja ennakkotehtävät/oppimispäiväkirja 2 h

Luentoviikko 4:

  • Lähiopetus 6 h, koti- ja ennakkotehtävät/oppimispäiväkirja 2 h

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