meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja Jaakko Reponen

Ennakkotehtävä, kotitehtävä ja luentoyhteenvedot viikko 40

Ennakkotehtävä 1: Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikennetekniikasta minulle tulee ensimmäisenä mieleen Internet ja siellä liikkuvat bitit. Internet on nykyään lähes kaikkien ulottuvilla älypuhelinten ja yleisten langattomien verkkojen avulla.

Aiheen piiriin voidaan lukea kuuluvaksi kaikki sähköinen tietoliikenne, jopa television ja kapulan välinen infrapunasäde jota ei usein tule heti mielettyä varsinaiseksi “tietoliikennetekniikaksi”.

Muita asioita/sanoja, joita sana “Tietoliikennetekniika” toi mieleeni:

  • sähköistä
  • langattomuus päivän sana monessa asiassa (hiiret, reitittimet, kuulokkeet etc.)
  • NOKIA! (*#¤&“ Elop)
  • erilaiset protokollat (tcp/ip)
  • gps-paikannus ja satelliitit (suhteellisuusteoria ja Einstein)
  • radiot ja aallot

Odotan, että ymmärrykseni aihealueesta syventyy, sillä nykyisellään tietoni tuntuvat melko vähäisiltä.

Kotitehtävä 1:

  • Luo kuva oman kodin tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista.

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirto
  • Päivän tärkeimmät asiat:
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Opin mitä sana Nomadi tarkoittaa. Esim. kannettava tietokone on tällänen kommunikoinnin väline. Se voi vaihtaa paikkaa kommunikointitapahtumien välillä.
    • Stallingsin malli, joka kuvaa kommunikoivia kohteita (lähde ja kohde) ja niiden välistä siirtotietä.
    • On olemassa useita verkon jaotteluun käytettäviä termejä kuten esim. BAN, PAN, MAN. LAN ja WAN olivat jo tuttuja.
    • Trunking. Trunking on tekniikka, jossa käyttäjät jakaa tietyt taajuusalueet, joiden avulla muut käyttäjät pääsevät osalliseksi verkkoon ja käyttämään tätä. Trunkingia käytetään VHF radio ja viestintäsysteemeissä.

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe: Kommunikointimalli, kerrosmallit ja protokollat
  • Päivän tärkeimmät asiat: Kerrosmallit (OSI, TCP/IP), Protokollat
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • OSI, lyhenne sanoista Open Systems Interconnection, perustuu eri kerrosten (seitsemän) käyttöön, joista jokainen toteuttaa jotakin funktiota ja tarjoaa palveluitaan ylemmille kerroksille.
    • TCP/IP-arkkutehtuuri syrjäytti OSI:n. Siinä on viisi kerrosta (application, transport, internet, network access, physical).
    • IPv6 ajauduttiin mm. koska vanhalla IPv4 protokollalla alkoivat osoitteet loppumaan kesken.
    • Eri järjestelmien välistä viestintää kutsutaan protokollaksi. Se sisältää syntaksin (sanasto, tiedon muotoilu ja signaalitasot), semantiikan (toimintalogiikka) ja ajoituksen ( siirtonopeus, pakettien oikea järjestys).

Ennakkotehtävä, kotitehtävä ja luentoyhteenveto viikko 41

Ennakkotehtävä 2:

  • Pohdi oman kotiverkkosi laitteiden välisiä yhteyksiä. Millaisia siirtoteitä laitteiden välillä käytetään? Syntyykö kotona useiden yhteyksien ketjuja?

Kotiverkossani laitteiden väliltä löytyy lähinnä langattomia yhteyksiä eli data siirtyy ilmateitse. Langaton reitittimeni on yhteydessä Internettiin ja reitittimen kautta jaan verkkoyhteyden PC:lle, tabletille, PS3:lle sekä tarvittaessa puhelimelle. Tämän lisäksi televisioni on yhdistettynä HDMI-kaapelilla tietokoneeseen, jotta sitä voi käyttää tietokoneen 2. näyttönä.

Useiden yhteyksien ketjuja syntyy mm. tabletin ja koneen välillä sekä tabletin ja puhelimen välillä. Tietokoneellani sekä tabletissani on etäkäyttöohjelma, jonka avulla voin ohjata tietokonettani tabletin avulla. Pisimillään ketju voi muodostua muotoon tabletti ↔ puhelin wlan-tukiasemana ↔ 3G-verkko ↔ Internet yhteys tietokoneeseeni ↔ teamviewer etäkäyttöohjelma tietokoneellani.

Kotitehtävä 2:

  • Toisen viikon kotitehtävässä on tarkoitus etsiä omassa kotiverkossa/laitteistossa käytettyjä
    1. Siirtoteitä ja taajuuksia (ennakkotehtävä)
    2. Siirtonopeuksia
    3. Protokollia
    4. Koodaus- ja kanavointimenetelmiä

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe: Tiedonsiirto
  • Päivän tärkeimmät asiat: Standardointi, siirtotiet (johtimellinen ja johtimeton)
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Standardoindilla on hyvät ja huonot puolensa. Se tukee tuotteiden markkinoita antaen edellytykset massatuotantoon ja mahdollistaa laajan yhteensopivuuden niin nyt kuin tulevaisuudessakin. Toisaalta se myös rajoittaa teknologian kehitystä sillä uusien standardien läpi saaminen on hidas prosessi.
    • Erilaisia standardoinnista vastaavia organisaatioita mm. IETF, ISO, ITU, IEC ja IEEE.
    • Johtimellisessa siirtotiessä siirtotiellä on suuri vaikutus laatuun, kun taas langattomassa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat tärkeässä asemassa.
    • Siirtoteillä analogisia signaaleja vahvistetaan vahvistimilla ja digitaalisia toistimilla.
    • Myös sähköverkon sähköjohdoilla voidaan siirtää dataa. Siinä data erotellaan pistokemodeemilla sähkövirrasta. Sähköverkossa esiintyy kuitenkin paljon kohinaa ja heijastukia sekä virtapiikkejä, jotka häiritsevät datasignaalia.
    • Langaton signaali voi edetä suoraan näköyhteyden, ilmakehän sironnan, heijastumisen (ilma-maa-ilma) tai maanpinta-aallon kautta.

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe: Linkit
  • Päivän tärkeimmät asiat: Signaalin koodaus, multipleksointi eli kanavointi
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Käyteityimmät koodaustekniikat ovat ASK (0 viivaa, 1 aaltoa), BFSK (0 harvaa aaltoa, 1 tiheää aaltoa) ja BPSK (0 ja 1 välissä aalto katkeaa ja jatkuu puoli aaltoa jäljessä.
    • Multipleksoinnin avulla siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman signaalin kesken. Näin kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie käytästä koko siirtojärjestelmän kapasiteettia.
    • Kanavointi voidaan jaotella taajusjakokanavointiin (FDMA), aikajakokanavointiin (TDMA), koodijakokanavointiin (CDMA) ja aallonpituusjakokanavointii (WDMA).
    • FDMA:ssa kukin signaali omalla taajuusalueellaan. Esim. television radio- ja kaapelilähetys käyttää tätä tekniikkaa.
    • TDMA:ssa signaalit viipaloidaan tietyn pituisiksi osiksi (bitit, tavut, suuremmat yksiköt)
    • CDMA käytössä johtimettomilla siirtoteillä. Siinä käytetään koko taajuusalue sekä kaikki aikaviipaleet.
    • WCDMA on laajakaistainen koodinjakokanavointi, jossa on sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille. Pienemmille on vastaavasti suurempi signaalinvahvistus. Käytössä esim UMTS/3G-verkoissa.
    • WDMA:ssa useat eritaajuiset valonsäteet (signaalit) voidaan kuljettaa optisen kuidun läpi. Voidaan nykyään kuljettaa dataa jopa 10 Gbps per säde.

Ennakkotehtävä, kotitehtävä ja luentoyhteenveto viikko 42

Ennakkotehtävä 3:

  • Etsikää verkosta (Internet) erilaisia verkkoratkaisuja ja pohtikaa niiden taustalla olevia rakenteita (miten linkit yhdistyvät isommaksi kokonaisuudeksi etc.)

Verkkotopologialla tarkoitetaan tietokoneverkon perusrakennetta jolla verkon laitteet on liitetty toisiinsa. Perustopologioita ovat väylä, rengas ja tähti. Väyläratkaisussa verkon laitteet on kytketty yhteen kaapeliin jonka kautta laitteet pystyvät kommunikoimaan keskenään. Tässä verkossa kommunikoivien laitteiden määrä on rajattu. Sen käyttö perustuu kilpavausmenettelyyn, jolloin verkkoa pystyy käyttämään vain yksi laite kerrallaan. Kaapelina toimii koaksaali- tai valokuitukaapeli.

Rengasratkaisussa verkko muodostaa fyysisen renkaan. Siinä sen jokaisessa solmussa on verkkolaite. Kullakin laitteella on siis kaksi naapuria. Toiselta asemalta saadaan dataa ja toiselle se lähetetään. Verkossa kierrätetään ns. tokenia. Sen haltija (verkkolaite) on puheenvuorossa ja voi lähettää dataansa seuraavalle laitteelle. Kun tokenin haltija puhuu, muut koneet eivät puhu mitään. Token kiertää rengasratkaisussa myötäpäivään.

Tähtiratkaisussa on keskuslaite, johon kaikki laitteet kytketään. Kaikki liikenne kulkee tähtiratkaisussa keskuslaitteen kautta. Se on yleisin käytössä olevista Ethernet-verkkotopologioista. Tähtiratkaisussa keskuslaite muodostuu useista kytkimistä/reitittimistä, jotka lähettävät dataa toisille kytkimille/reitittimille lopulta ohjaten datan halutulle verkkolaitteelle.

Kotitehtävä 3:

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

Otin tähän esimerkiksi jo aikaisemmin mainitsemani TeamViewer-sovelluksen. Sen avulla siis pystyn käyttämään tietokonettani etänä Ipadini kautta. Kerrosmallin mukaan:

  • Sovelluskerros TeamViewer
  • TCP
  • IP
  • WLAN IEEE 802.11b
  • Fyysinen kerros

Tästä johtimetonta siirtotietä pitkin langattomalle reitittimelle, jossa tapahtuu seuraavaa:

  • Fyysinen kerros
  • WLAN 802.11b
  • IP

Jonka kautta:

  • Ethernet
  • Fyysinen kerros

Tästä data jatkaa matkaansa johtimellista siirtotietä pitkin verkkoon, jota kautta se tavoittaa tietokoneeni (johtimellisen siirtotien kautta) seuraavasti:

  • Fyysinen kerros
  • Ethernet
  • IP
  • TCP
  • Auki oleva TeamViewer sovellus tietokoneellani.

Tässä lyhykäisyydessään TeamViewer-sovelluksen toiminta omassa käytössäni.

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe: Verkot
  • Päivän tärkeimmät asiat: Teleliikenne vs. Dataliikenne, piirikytkentä & pakettikytkentä, verkkoruuhka, algoritmit “least cost routing”
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • Kytkentäiset verkot muodostuvat ns. solmupisteistä, jotka on kytketty toisiinsa. Verkkoa käyttäviä laitteita kutsutaan asemiksi.
    • Solmuista muodostuu tietoliikenneverkko, jota kautta data siirtyy.
    • Mitä enemmän solmujen välillä on linkkejä (mahdollisia polkuja datalle), sitä luotettavampi verkko on
    • Teleliikenne käsittää puhelinverkot (PSTN, ISDN, GSM)
    • Dataliikenne käsittää dataverkot (x.25, lähiverkot, Internet, GPRS)
    • Piirikytkentäisessä verkossa viestinvälitys sisältää kolme vaihetta: 1. Yhteyden muodostus 2. Datan siirto 3. Yhteyden lopetus
    • Pakettikytkentäisissä verkoissa data pilkotaan pieniin paketteihin. Paketit lähetetään solmulta solmulle ja ne varastoivat niitä hetken aikaa. Solmut seuraavat verkon tilannetta ja päättävät mitä reittiä pitkin paketit on hyvä lähettää.
    • Pakettikytkennässä kaksi eri kytkentätapaa:
      • Tietosähke: paketit liikkuvat verkossa täysin itsenäisinä ilman viittausta muihin paketteihin. Vain esim. järjestysnumerot
      • Virtuaalipiiri: Lähettäjä lähettää Call-Requestin (reitin määritys), vastaanottaja lähettää takaisin Call-Acceptin, lähettäjä lähettää paketit vakioreittiä pitkin, yhteys lopetetaan Clear-Request paketilla.
    • Kytkentätekniikoissa 3 erilaista viivettä: etenemisviive, siirtoviive, solmuviive
    • Flooding tekniikassa solmut lähettävät paketin kaikille naapurisolmuilleen.
    • Satunnaisessa tekniikassa paketti lähetetään tn-laskuihin pohjautuen satunnaisesti. Ei myöskään tarvitse infoa verkosta.
    • Mukautuvassa reititystekniikassa reititys vaihtuu olosuhteiden mukaan.
    • Djikstran, Bellman-Ford, algoritmejä “halvimman” reitin löytämiseksi.
  • Mikä jäi epäselväksi: Vähiten maksavan reitin algoritmit jäivät hieman hämärän peittoon.

Luentopäivä 6:

  • Päivän aihe: Sovellukset
  • Päivän tärkeimmät asiat: puhelinverkot, mobiiliverkot ja niiden toiminta, LAN- ja WLAN-verkot
  • Mitä opin tällä kertaa:
    • 3G-verkon nopeus vaihtelee 144kbps aina 2,048 Mbps asti.
    • 4G-verkko jo yleinen. Nopeampi kuin 3G.
    • Lähiverkko on halpa ja helposti saatavilla oleva tekniikka. Siinä läheiset ja usein toisiensa kanssa tekemisissä olevat laitteet muodostavat verkon.
    • Verkkojen topologioita eli verkkoratkaisuja lähiverkossa esim. puu, rengas ja tähti.
    • MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan.

Mitä opin kurssin aikana

Kurssin aikana minulle muodostui juuri kurssinpitäjän haluama jonkinlainen kokonaiskuva tämän päivän tietoliikenteestä ja sen takana olevasta tekniikasta. Eri protokollat, kanavointimenelmät, verkkokytkennät, standardoinnit ja kerrosmallit eivät olleet ennen kurssia kovinkaan tuttuja termejä, mutta nyt niiden merkityksen tietää.

Lopuksi voin vain todeta, että täytyy ihmetellä miten koko maailman laajuinen tietoverkko pysyy kasassa. Siihen vaikuttaa niin monta muuttujaa ja asiaa, että sen ylläpitäminen on työn ja tuskan takana. Hienoa, että jotkut jaksavat tämän vaivan asian eteen nähdä.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 40

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävät ja opintopäiväkirja: 4h

Luentoviikko 41

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävät ja opintopäiväkirja: 6h

Luentoviikko 42

  • Lähiopetus: 6 h
  • Kotitehtävät ja opintopäiväkirja: 6h

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