Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

  • Tietoliikenne mahdollistaa tiedon siirron tietoverkon laitteiden välillä ja kommunikoinnin eri viestintävälineillä.
  • Protokollat ovat erilaisia tapoja siirtää tietoa verkoissa.
  • Verkkolaitteet / Päätelaitteet
  • Verkko-osoitteet
  • Tietoturva
  • Sovellukset / Palvelut
  • Mobiili / WAN / LAN / WLAN / SAN ( SAN kuituverkko = tärkeä osa datakeskusten toimintaa)

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Lähtökohtia tietoliikenteeseen
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Trendit, ERA:t, erilaisia osia ja perspektiivejä, verkkojen jaottelu, kommunikoinnin muodot, 5G.
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • 5G network for networked society. Yli 50 miljardia laitetta/tavaraa verkossa v.2020 alkaen.
    • 5G for multiple industries; eri alojen tuottaman datan yhdistäminen ja hyödyntäminen
    • Wearable Tech, päällepuettava teknologia on rajussa kasvussa
  • Jäi epäselväksi:
    • ei mainintaa SAN verkoista?

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Kommunikointimallit, kerrosmallit
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Komponentit: Lähde, lähetin, siirtojärjestelmä, vastaanotin, kohde
    • Osatehtäviä: Siirtojärjestelmän hyödyntäminen, Liityntä siirtotiehen, Signaalin luonti, Synkronointi, yhteyden hallinta, virheen havainnointi ja korjaus, vuon hallinta, osoitteet, reititys, sanoman muotoilu, virheistä toipuminen, turvallisuus, verkonhallinta
    • Informaatio / Data / Signaali
    • Transmission Lines: Kapasiteetti, luotettavuus, kustannus
    • WAN etäverkko: piirikytkentä / pakettikytkentä
    • LAN, MAN
    • Verkko hallitsee alueellaan olevia linkkejä
    • Lähteen ja kohteen tehtävät jaetaan osakokonaisuuksiin = kerroksiin, lisää hallittavuutta
    • Kolmen kerroksen malli:
      • Sovellusmoduli (sovellukset), kommunikointimoduli (laitteet), verkkomoduli (verkot)
    • Yhtä kerrosta voidaan muuttaa vaikuttamatta muihin kerroksiin
    • Kommunikointi aina alimman kerroksen kautta
    • Protokolla: säännöt, joilla kerrokset kommunikoivat
      • Verkkoprotokolla, kuljetusprotokolla, sovellusprotokolla
    • Kunkin kerroksen paketit sisältävät sekä ohjausinformaatiota että dataa (PDU = protokollan tietoyksikkö)
    • Sovelluskerroksen dataan lisätään kuljetuksen ja verkon ohjaus
    • Ohjauskenttä toteuttaa protokollan
    • OSI (7 kerrosta)
      • Kukin kerros toteuttaa funktioita ja tarjoaa palveluja ylemmille kerroksille
      • Fyysinen kerros, linkki, verkko, kuljetus, istunto, esitystapa, sovellus
      • Viitekehys, jossa voi toimia useita protokollia eri kerroksissa
    • TCP/IP (5 kerrosta)
      • Fyysinen kerros, verkkokerros, Internet, kuljetuskerros, sovelluskerros
    • UDP
      • voidaan käyttää tcp:n sijaan, ei niin laadukas
      • SNMP verkonhallinta käyttää
    • Verkossa paketin informaatio avataan, pakataan ja lähetetään eteenpäin jokaisessa reitittimessä
    • Yleensä käyttöjärjestelmät tarjoavat palvelut valmiina kuljetuskerrokseen asti
  • Mitä opin tällä kertaa
    • kerrosmallien yksityiskohtia ja eroja

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: tiedon siirto
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Standardit
    • Siirtotiet
      • Johtimellinen (ohjattu)
        • Fyysistä reittiä pitkin
          • parikaapeli
          • koaksiaalikaapeli
          • valokuitu
          • sähköjohto
      • Johtimeton (ohjaamaton)
        • siirtotiellä langattomasti
          • antenien välityksellä
            • suunnattu /suuntaamaton
            • ympärisäteilevät, suuntaavat, sektoriantenni, sateliittiantenni
        • etemenismekanismit
          • näköyhteysreittiä pitkin
          • d = 3,57 V Kh
        • kolme perustaajuusaluetta 30 MHz - 1 GHz, 1-40 GHz,300 GHz - 200 THz
        • siirtotiet
          • mikroaaltolinkit
          • sateliittilinkit
          • radiotie
          • infrapuna
        • vaimeneminen
        • monitie-eteneminen
  • Mitä opin tällä kertaa?
    • perustietoa langattomasta siirtotiestä
  • Mikä jäi epäselväksi ?
    • johtimettoman siirtotien toiminta

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Datan siirto siirtotiessä
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Datan muuntaminen digitaalinen/analoginen
    • Eri tapoja koodata data siirtotielle
    • Kanavointi eli multipleksointi
      • Taajuusjako-, aikajako-, koodijako-, aallonpituujakokanavointi
  • Mitä opin tällä kertaa?
    • Esim. ADSL käyttää QAM modulointia
  • Mikä jäi epäselväksi ?
    • Miten käytettyjä menetelmiä tutkitaan käytännössä?
    • Käytetyt koodaustavat Ethernet, WLAN, mobiili ?

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe: verkot
  • Päivän tärkeimmät asiat
    • Teleliikenne / Dataliikenne
    • Piirikytkentä / Pakettikytkentä
      • toimintatavat ja erot
    • Erilaiset viiveet
      • Solmuviive, Siirtoviive, Etenemisviive
    • Reititys
      • Oikeellisuus, yksinkertaisuus, virhekestävyys, stabiliteetti, oik.mukaisuus, optimaalisuus, tehokkuus
      • Reititysstrategia
        • Tulviminen, Satunnainen, Mukautuva
      • Algoritmi esimerkit
      • Ruuhkanhallinta - Congestion
  • Mitä opin tällä kertaa?
    • viiveiden syitä ja seurauksia

Luentopäivä 6:

  • Päivän aihe: Verkot
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Matkapuhelinverkot
      • 3G yhdisti laitteet, 4G ihmiset ja 5G tavarat
      • vaimeneminen: fast, slow, flat, selective
    • Lähiverkot
      • Nopeus 1 Gbps Ethernet
      • Fyysisesti Tähti, loogisesti Väylä!
      • 802.3 standardi
      • Portokollat linkkikerroksella: MAC, LLC
    • WLAN
      • 2,4 GHz taajus
      • 802.11 standardi
      • nopeus max 54 Mbit/s
      • Koodijakokanavointi CDMA
      • Wi-Fi standardi
  • Mitä opin?
    • verkkojen eroja
  • Mitä jäi epäselväksi
    • matkapuhelinverkkojen solujen toiminta

Mitä opin kurssin aikana

  • Tietoliikenne kokonaisuus jäsentyi selkeämmin osiin.
  • Uudempien tekniikoiden sisältöä ja taustaa
  • Paljon mielenkiintoisia yksityiskohtia

}

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Kuva oman kodin tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista

kotiverkko.pdf

Kotitehtävä 2,3,4

Tehtäväkuvaus: Toisen viikon kotitehtävässä on tarkoitus etsiä omassa kotiverkossa/laitteistossa käytettyjä

1.Siirtoteitä ja taajuuksia (ennakkotehtävä) 2.Siirtonopeuksia 3.Protokollia 4.Koodaus- ja kanavointimenetelmiä

Puhelinverkko - ADSL modemi

  • Nopeus 24/1 MBit/s epäsymmetrinen yhteys
  • Puheliyhteyden parikaapeli
  • Taajuusjakokanavointi FDMA
  • modulointimenetelmät QPSK ja QAM
  • Discrete multitone (DMT) –tekniikka

Modemi - kiinteä tietokone (LAN)

  • 1 Gbps Ethernet verkko
  • standardi IEEE 802.3
  • Machester koodaus
  • Point-to-point linkki
  • Parikaapeli, RJ45 liittimet
  • TCP/IP Protokolla

WLAN yhteys modemi - kannettava PC

  • Radiotie, antennien välityksellä
  • Eteneminen näköyhteysreittiä pitkin
  • 802.11 standardi
  • Koodijakokanavointi, CDMA
  • Modulointi QPSK
  • Nopeus max 54 Mbps
  • Taajuus 2,4 GHz

Älypuhelin - matkapuhelinverkko

  • Radiotie, pakettiverkko
  • 3G tekniikka, max 2 Mbps
  • Antenni - tukiasema
  • koodijakokanavointi, CDMA
  • Taajusalue 30 MHz - 1 GHz

Kaapeliverkko - TV

  • TV on koaksiaalikaapelilla kiinni kaapeliverkossa,
  • Taajuusjakokanavointi, FDMA
  • Yksisuuntainen → TV

Kaukosäädin - TV

  • Infrapunaalueen valo näköyhteydellä
  • Lyhyen matkan point-to-point
  • Taajuusalue 300 GHz - 200 THz

Kotitehtävä 5-6

ADSL yhteys 24/1 Mbit/s on johdollinen puhelinparikaapeliyhteys (yksi pari). Kahdensuuntainen yhteys on epäsymmetrinen, jakelusuunta on laajempi kuin paluusuunta. Käytössä on taajuusjakokanavointi FDMA ja modulointimenetelmät QPSK ja QAM. ADSL käyttää Discrete multitone (DMT) –tekniikkaa jakamaan signaalin kanaviin, bitit jaetaan 4 kHz alikanaville. Lähimmässä puhelinkeskuksessa DSLAM ottaa vastaan datayhteydet puheen ja datan erottelun jälkeen.

Johdollinen lähiverkko on 100 Mbit/s Ethernet verkko. Yhteydet ovat kahdensuuntaisia. Käytössä on parikaapelit (CAT5) ja RJ45 liittimet. Käytetään IEEE 802.3 standardia, TCP/IP protokollaa ja linkkitasolla MAC ja LLC protokollia. Signaali koodataan Manchester koodauksella. ADSL modeemissa on neljä Ethernet porttia. Yhdessä portissa on PC (100 Mbps) ja yhdessä portissa Raspberry Pi (100 Mbps). PC:llä toimii Putty pääte-emulaattori, jolla voidaan käyttää RPi:tä. Tiedostoja kopioidaan FTP:llä.

TCP/IP protokolla jakautuu viiteen kerrokseen. Fyysinen kerros järjestää siirtotien liitynnät ja hyödyntää sen ominaisuudet. Lisäksi bitit koodataan signaaleiksi ja kanavoidaan. Linkkikerros toimii verkkokerroksen ja päätelaitteen välissä hyödyntäen linkkitason osoitteita. Internet kerros huolehtii pakettien reitityksestä IP osoitteiden avulla IP protokollalla. Kuljetuskerros tarjoaa tiedonsiirron järjestelmien välillä TCP protokollalla. Sovelluskerros sisältää sovelluksen tarvitseman logiikan ja tarvittavat protokollat sovellusten välillä esim. http, ftp.

WLAN

ADSL modeemissa on WLAN tukiasema, joka mahdollistaa kodissa johdottoman radiotieyhteyden antennien avulla. Käytössä on IEEE 802.11 standardi, koodijakokanavointi CDMA, modulointi QPSK ja taajuus 2,4 GHz. Yhteyden nopeus on max 54 Mbit/s. Yhteys on kahdensuuntainen ja kilpailtava, joten yhteyden toimivuuteen vaikuttaa yhtä aikaa käyttävien laitteiden määrä ja niiden vaatima kaistanleveys. WLAN yhteyttä käyttävät TV, kannettava PC, MacBook ja joskus myös älypuhelimet.

Esim. Kannettava lähettää radiotietä sovelluskerroksesta paketin TCP/IP:n avulla linkki ja fyysisen kerroksen kautta reitittimelle, joka lähettää paketin johtimellista siirtotietä pitkin työasemalle.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1 itseopiskelu 4 h
  • Luentoviikko 2 itseopiskelu 4 h
  • Luentoviikko 3 itseopiskelu 4 h
  • Viikko 4 kotitentti 12 h

Lähiopetus: 8 h + 8 h + 8 h


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