Tietoliikennetekniikan perusteet

Oppimispäiväkirja

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenteestä minulle tulee ensimmäisenä mieleen erilaiset siirtotiet (fyysiset ja ilma), verkot (lähiverkot ym.), protokollat (IP ym.) ja tiedonsiirtoo tarvittavat laitteet.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Kurssin aloitus
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Kurssin yleiset asiat: suoritus vaatimukset, wiki.
    • Yleiskatsaus tietoliikenteeseen ja sen osa-alueisiin.
    • Pintaraapaisu verkkoihin, protokolliin, päätelaitteisiin, kerrosmalliin
  • Jäi epäselväksi:
    • Kotitentti

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Kerrosmalli, kommunikointimalli, protokollat
  • Päivän tärkeimmät asiat:
    • Kerrosmalli: Lähde ja kohde jaettu kerroksiin, joilla kullakin oma tehtävänsä. Jako tekee kokonaisuudesta helpommin hallittavan ja osia voidaan muuttaa. Eri malleja ovat esim. Stallingssin kolmikerrosmalli (application-transport-network), OSI (application-presentation-session-transport-network-data link-physical), TCP/IP (application-TCP-IP-network-physical). Kerrokset kommunikoivat vastinkerrkosen kanssa omalla protokollalla.
    • kommunikointimalli:
      • Lähde-lähetin-siirtojärjestelmä-vastaanotin-kohde.
      • Signaalin muuntaminen eri vaiheiden välillä analogisesta digitaaliseksi ja vice versa.
    • Protokollat:
      • Kerrosten välinen keskustelumalli.
  • Mitä opin tällä kertaa:
  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Tiedon siirto
  • Päivän tärkeimmät asiat: Standardointi, jotimellinen ja johtimeton siirtotie
    • Johtimelliset siirtotiet:
      • Parikaapeli:
        • UTP, STP, FTP
        • Käytetään puhelin- ja dataverkoissa.
        • Eri kategorioilla hyvin erilaiset ominaisuudet (suorituskyky)
      • Koaksaalikaapeli:
        • Käytetään TV-jakeluverkoissa
      • Optinen kuitu:
        • Monimuoto- ja yksimuotokuidut.
        • Todella suuri kapasiteetti
        • Käytetään runko- ja kaupunkiverkoissa, mutta yleistyy myös pienemmissä verkoissa.
    • Johtimettomat siirtotiet:
      • Radioaallot (30 MHz, suuntaamaton), mikroaallot (1-40 GHz, suunnattu), infrapuna (300 GHz - 200 THz, point-to-point)
      • Etenemismekanismit:
        • Näköyhteys (30 MHz - 300 GHz)
        • Sironta ilmakehässä (1.3-10 GHz)
        • Heijastuminen ionosfääristä (alle 30 MHz)
        • Pinta-aalto (muutama MHz)
      • Etenemiseen vaikuttaa:
        • Vaimeneminen, sironta, taipuminen, heijastuminen, monitie-eteneminen, dobbler-ilmiö.
  • Mitä opin tällä kertaa:
  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Linkit
  • Päivän tärkeimmät asiat: Enkoodaus, kanavointi, modulointi
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Digitaalinen data, digitaalinen signaali
      • Enkoodaus menetelmiä: NRZ-L, NRZI, Manchester, Dif.Manchester…
    • Digitaalinen data, analoginen signaali
      • ASK, FSK (BFSK), PSK (DPSK, QPSK), QAM (-16, -64, …)
    • Analoginen data, digitaalinen signaali
      • Digitoidaan ja digitaalisena, tai analogisena signaalina
      • PCM, DM
    • Analoginen data, analoginen signaali
      • Moduloidaan kantoaaltoa analogisella datalla
      • AM, FM, PM
    • Multipleksointi = uhdellä linjalla monta kanavaa
    • FDMA, TDMA, CDMA, WDMA, WDM

Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe: Verkot
  • Päivän tärkeimmät asiat: Verkot, piiri- ja pakettikytkentä, reititys
    • Verkko: Verkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä. Verkkoa käyttäviä laitteita kutsutaan asemiksi. Data liikkuu solmista solmuun kunnes saavuttaa oikean osoitteen.
    • Piiri- ja pakettikytkennät:
      • Piirikytkennässä kahden aseman välille varataan oma kanava, jonka kapasiteetti on varattu vain ko. yhteydelle. Yhteys pitää olla muodostettu enne kuin dataa voidaan lähettää.
      • Pakettikytkennässä lähetettävä data jaetaan pieniin osiin, jotka lähetetään asemalta toiselle mahdollisimman tehokasta reittiä käyttäen. Datan lähettäminen ei vaadi valmista yhtettä, vaan jokainen paketti siältää tiedon paketin määränpäästä.
        • Kaksi eri kytkentätapaa: datagrammi ja virtuaalipiiri. Datagrammissa paketit lähetetään täysin itsenäisesti ja jokaiselle paketille tehdään oma reitityspäätös. Virtuaalipiirissä lähetetään call-request -paketti, joka etsii parhaan reitin kohdeasemalle. Paketit lähetetään tätä vakioreittiä pitkin.
    • Reititys:
      • Strategiat:
        • Fixed: Pysyvät reitit solmusta solmuun
        • Flooding: Solmu lähettää kaikille solmuille
        • Satunnainen: Solmu lähettää satunnaiseen suuntaan
        • Mukautuva: Ottaa huomioon verkon tilan. Tarvitsee tietoa verkosta.
  • Mitä opin tällä kertaa: Kaiken yllä.
  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 6:

  • Päivän aihe: Sovellukset
  • Päivän tärkeimmät asiat: Cellular, LAN, WLAN
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Mobiiliverkkojen solut
    • 3G/4G ominaisuuksia
    • CDMA, TDMA, FDMA -verkko ratkaisut
    • LAN
      • Topologiat
      • LLC, MAC -protokollat
      • Siltaus, hubit, kytkimet
      • CSMA/CD ja /CA
      • Ethernet tyypit
    • WLAN
  • Jäi epäselväksi:

Mitä opin kurssin aikana

Sain kurssilla laajan yleiskuvan siitä mitä tietoliikenne pitää sisällään. Opin mitä datalle tehdään, kun se siirtyy laitteelta laitteella ja millaisia reittejä datan siirtoon voidaan käyttää. Kurssi selvensi ennestään tuttuja, mutta hieman hämäriä, lyhenteitä ja avasi eri käsitteitä riittävälle tasolle.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Luo kuva oman kodin tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista.

Kotitehtävä 2

Etsi omassa kotiverkossa/laitteistossa käytettyjä

  • Siirtoteitä ja taajuuksia
  • Siirtonopeuksia
  • Protokollia
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmiä
  • Lnet - Reititin:
    • Siirtotie: Fyysinen, parikaapeli, 100 BASE-TX Ethernet, 24AWG, 4PRS, UTP, CAT5E
    • Taajuus: 100MHz
    • Nopeus: Teoreettinen maksimi 1 Gbps, Nopous LOASin kohteissa 100/100 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.3, CSMA/CD
    • Koodaus ja kanavointi: Manchester/4B5B/NRZI-3
  • Reititin - PC:
    • Siirtotie: Fyysinen, parikaapeli, 100 BASE-TX Ethernet, 24AWG, 4PRS, UTP, CAT5E
    • Taajuus: 100 MHz
    • Nopeus: 100/100 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.3, CSMA/CD
    • Koodaus ja kanavointi: Manchester/4B5B/NRZI-3
  • Reititin - TV:
    • Siirtotie: Fyysinen, parikaapeli, 100 BASE-TX Ethernet, 24AWG, 4PRS, UTP, CAT5E
    • Taajuus: 100 MHz
    • Nopeus: 100/100 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.3, CSMA/CD
    • Koodaus ja kanavointi: Manchester/4B5B/NRZI-3
  • Reititin - Xbox360:
    • Siirtotie: Fyysinen, parikaapeli, 100 BASE-TX Ethernet, 24AWG, 4PRS, UTP, CAT5E
    • Taajuus: 100 MHz
    • Nopeus: 100/100 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.3, CSMA/CD
    • Koodaus ja kanavointi: Manchester/4B5B/NRZI-3
  • Reititin - Läppäri:
    • Siirtotie: Langaton, WLAN
    • Taajuus: 2.4GHz, auto 20/40 MHz BW
    • Nopeus: Teoteettinen maksimi 150 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.11 b/g/n, CSMA/CA
    • Koodaus ja kanavointi: BPSK/QPSK/FSK ja OFDM/MIMO
  • Reititin - Älypuhelin:
    • Siirtotie: Langaton, WLAN
    • Taajuus: 2.4GHz, auto 20/40 MHz BW
    • Nopeus: 100 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.11 b/g/n, CSMA/CA
    • Koodaus ja kanavointi: BPSK/QPSK/FSK ja OFDM/MIMO
  • Reititin - Chromecast:
    • Siirtotie: Langaton, WLAN
    • Taajuus: 2.4GHz, auto 20/40 MHz BW
    • Nopeus:100 Mbps
    • Protokolla: IEEE 802.11 b/g/n, CSMA/CA
    • Koodaus ja kanavointi: BPSK/QPSK/FSK ja OFDM/MIMO
  • Puhelin - Tukiasema:
    • Siirtotie: Langaton, radio
    • Taajuus: HSPA 850/900/1700/1900/2100
    • Nopeus: HSPA+ 21/5.76 Mbps
    • Koodaus ja kanavointi: ja WCDMA

Kotitehtävä 3

Pohtikaa omien laitteiden muodostamaa kokonaisuutta erityisesti kokonaisuuden eli verkon kannalta. Kuvatkaa kuinka tieto liikkuu laitteelta toiselle (kerrosmallin keinoin, protokollat huomioiden)

Esimerkiksi avataan http -sivu tietokoneella.

Selain lähettää HTTP protokollan mukaisen GET-komennon serverille, joka on osoitteessa http://www.esimerkki.com ja käyttää oletusporttia 80. Pyyntöön liitetetään TCP- ja IP-headerit, jotka sisältävät tiedon portista ja IP osoitteesta, joka on haettu nimipalvelimelta (esim. 165.1.2.3) Pyyntö kulkee useiden solmujen kautta, joissa se reititetään oikeaan suuntaan IP osoitteen perusteella.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 8h
    • Kotitehtävät: 0h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus: 8h
    • Kotitehtävät: 0h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus: 8h
    • Kotitehtävät: 0h
  • Tenttiviikko
    • Wiki/päiväkirja/kotitehtävät: 12h

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