Oppimispäiväkirja

Luentopäivä 1, torstai 2.lokakuuta 2014

Oma näkemykseni tietoliikenteestä: Tietoa siirretään paikasta A paikkaan B sekä on erinnäisiä verkostoja ja laitteita, joiden avulla tietoa siirretään.

Ennen ensimmäistä luentoa minulla oli jonkin näköinen käsitys siitä, mitä tiedonsiirto periaatteessa on ja minkälaisia laitteita ja verkkoja sitä varten tarvitaan, mutta ensimmäisellä luennolla käsitys laajeni jo hiukan. Mielikuvasta tuli yksityiskohtaisempi ja osa tiedonsiirron vaiheista jäi hämärästi mieleen. Lisäksi luennolta jäi mieleen kurssin tavoitteet ja suoritusta vaativat tehtävät.

Luentopäivä 2, perjantai 3.lokakuuta 2014

Luentoyhteenvedosta näkee luenolla käydyt asiat, joista nyt lyhyesti:

Kommunikointimallista jäi mieleen teoreettinen malli, joka kuvaa tiedonsiirtoa kahden käyttäjän välillä (esim. käyttäjä ja serveri) ja mitä eri vaiheita kommunikointimallissa on (tiedon anto, tiedon muuttaminen signaaliksi, signaalin siirto, signaalin vastaanotto, signaalin takaisin muutto tiedoksi, tiedon vastaanotto ja luku)

Etäverkko WAN eli Wide Area Network, kattaa maantieteellisesti laajan alueen ja se koostuu yhteenliitetyistä verkon solmuista. Tiedonsiirtotekniikoita ovat piirikytkentä ja pakettikytkentä. Piirikytkennässä generoitu data ohjataan solmujen kautta oikeisiin kanaviin eli se varaa jonkun tietyn reitin koko tiedonsiirron ajaksi, esim. puhelinverkko. Pakettikytkennässä ei ole erillistä kiinteää kommunikointikanavaa vaan tieto lähetetään pieninä osina eli paketteina solmusta toiseen vaihtelevien kanavien kautta. Paketti vastaanotetaan solmussa, tallennetaan ja lähetetään seuraavalle solmulle kunnes tieto saavuttaa vastaanottajansa.

Kerrosarkkitehtuuri jäi mieleen kuinka se toimii teoriassa (vaikka harva sovellus toteuttaa sitä 100 prosenttisesti). Esimerkkisovelluksena jäi luennolta mieleen postin lähetys, kerrokset (3 kerroksen teoreettinen malli):

  1. pomo kirjoittaa kirjeen (sovellusmoduuli)
  2. sihteeri postittaa kirjeen (Tiedonsiirrosta vastaava kommunikointimoduuli)
  3. kuriiri toimittaa kirjeen (Tiedon siirtoa varten erillinen verkkomoduuli, eli “fyysinen tiedon siirto”)
  4. Tietoa lähettäessä kerrosten luku tapahtuu ylhäältä alas, mutta tietoa vastaanottaessa kerrokset luetaan alhaalta ylös. Sovelluksen jakaminen kerroksiin helpottaa tehtävän hallinnointia sekä se tekee siitä mukautuvamman (esim. sihteeri tai pomo voi vaihtua, ilman että koko rakenne rikkoutuu). Ideaalitapauksessa muutos yhdessä kerroksessa ei vaikuta muihin kerroksiin.

Protokolla on toimintamalli tiedonsiirrolle. Pakatun tiedon protokollia ovat UDP ja TCP. UDP on ns. laiska sihteeri joka vain lähettää tiedon eteenpäin varmistamatta sitä tuleeko tieto (kirje) koskaan perille, TCP on ns. hyvä sihteeri joka varmistaa tiedon (kirje) perillepääsyn esimerkiksi pyytämällä vastauksen silloin kun tieto on päässyt perille. TCP vaatii yhteyspyynnön (onko kukaan vastaanottamassa tietoa), varmistuksen siitä halutaanko tieto oikeasti lähettää eteenpäin sekä varmistuksen jokaisen tietopaketin vastaanottamisesta.

Verkkomallit OSI ja IP. Verkkomallin peruskerrosrakenne on:

  1. sovellus
  2. kuljetus
  3. verkko

IP jakautuu viiteen kerrokseen:

  1. sovellus (tieto tullut jo tietylle ohjelmalle, tiedon käsittely sovelluksessa)
  2. kuljetus (kuljetusprotokollat TCP ja UDP)
  3. “verkko”-kerros jakautuu 3 kerrokseen:
  • Internet (monen linkin yli muodostuva verkko)
  • linkki (kahden laitteen välinen yhteys, “linkittyneet” toisiinsa)
  • fyysinen (tiedon fyysinen siirtyminen eli piuhat)

OSI jakautuu seitsemään kerrokseen:

  1. “sovellus”-kerros on jaettu kolmeen osaan:
    1. sovellus(tieto tullut jo tietylle ohjelmalle, tiedon käsittely sovelluksessa)
    2. esitystapa (käsitellään tiedon tyyppi jotta se voidaan ohjata oikealle sovelluksen osalle,esim. kuvatiedosto, tekstitiedosto)
    3. istunto (ilmoitetaan ensin, kun halutaan avata istunto → pidetään keskusteluyhteys yllä kunnes ilmoitetaan että halutaan sulkea yhteys. ELI jokaista lähetettyä tietoa varten ei tarvitse avata uutta yhteyttä vaan kaikk hoidetaan yhdellä istunnolla)
  2. kuljetus (kuljetusprotokollat TCP ja UDP)
  3. “verkko”-kerros jakautuu 3 kerrokseen:
    1. verkko (monen linkin yli muodostuva verkko)
    2. linkki (kahden laitteen välinen yhteys, “linkittyneet” toisiinsa)
    3. fyysinen (tiedon fyysinen siirtyminen eli piuhat)

Luentopäivä 3, torstai 9.lokakuuta 2014

Protokolla koostuu:

  1. Syntaksista (syntax): mm.sanasto, tiedon muotoilu, pakettien kentät (kentät sisältävät reititykseen tarvittavia tietoja esim. kuinka monta ja kuinka suuria paketteja lähetetään) ja signaalitasot
  2. Sematiikasta (sematics): eli toimintalogiikka (mitä tehdään kun joku paketti saapuu, esim. virheenkorjaus)
  3. Ajoituksesta (timing): Pitää sisällään mm. siirtonopeuden, pakettien oikean järjestyksen ja muut siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet.

Tiedon segmentointi eli pienempiin paketteihin jakaminen Tietoa segmentoidaan koska:

  • datalohkot ovat liian pieniä suuria paketteja varten
  • virheen korjaus on tehokkaampaa (pienien pakettien läpikäynti nopeampaa kuin yhden ison, sillä virhe voi sijoittua vain yhteen pakettiin)
  • se tasaa verkon käyttöä –> iso paketti voisi varata koko siirtotien eli se “tukkisi” verkkoa
  • pienemmän datalohkon käyttö mahdollista nopeamman tiedon siirron –> tiedonsiirto tehokkaampaa
  • tiedonsiirtoa koskeva data ei vie niin paljoa tilaa itse paketista

Pienempiä verkkoja, jotka muodostavat koko tietoverkko:

  • Home Network: kotiverkko, kattaa verkkoon kytketyt laitteet yhden kodin sisällä
  • Industrial Network: yhtiön sisäinen verkko, jossa on voitu yhdistää eri toimipisteitä samaan verkkoon (esim. Stora Enson oma sisäinen verkko)
  • Regional Network: alueellinen verkko, paikallinen esim. kaupungin kattava verkko (max.valtio)
  • Mobile Network: puhelintukiasemista koostuva verkko
  • Global Network: kansainvälinen verkko, yhdistää maiden eri verkot yhdeksi kokonaisuudeksi

Tietoliikenteen standardisointi

  1. Standardeja tarvitaan, jotta olisi fyysinen, sähköinen kuin toiminnallinen yhteensopivuus eri järjestelmien välillä (melkein mitkä tahansa laitteet voivat toimia yksyhteen)
  2. Perinteiset tietokonevalmistajat ovat pyrkineet sitomaan asiakkaat omaan ympäristöönsä eli luomaan omien tuotteiden sisäisiä standardeja(Applen data/laturi-liitin vs. Samsungin tai Nokian micro-usp)
  3. Verkkolaitevalmistajille yhteistyö on kaiken perusta!
  4. Internetin aikakaudella yhteensopivuutta vaaditaan kaikilta –> muuten syntyisi monta erillistä “internettiä”
  5. Nykyään eniten yhteensopimattomuutta on sovellusten välillä (MicroSoft Office Word vs. LibreOffice Writer) –> KERÄTÄÄN ASIAKKAITA! (LibreOffice tulee MicroSoftin tiedostomuotoja, mutta MicroSoft tukee vain omaansa)
  6. ETUJA:
  • vahvistaa markkinat tuotteille –> luo mahdollisuuden massatuotantoon
  • yhteensopivuus –> kuluttaja voi kilpailuttaa tuotteita
  1. HAITTOJA:
  • “jäädyttää” teknologian kehitystä –> muutosten tekeminen on hitaita ja hankalia prosesseja
  • useita “standardeja” samalle asialle (esim. maittain vaihtelevat standardit kuten verkkojännite ja pistokkeiden rakenne)
  • kompromissit: kaikkia osapuolia TYYDYTTÄVÄ ratkaisu (kaikille ok mutta ei hyvä), standardeja luodessa ei voi suosia yhtä tiettyä yritystä/maata

Siirtotiet / siirtomedia

  1. Siirtotiet, joilla tietoa voidaan siirtää, jaetaan johtimellisiin ja johtimettomiin siirtoteihin.
  2. Johtimellisia siirtoteitä (käytetään usein lyhyissä tilaajaliitännöissä ja lähiverkoissa):
  • parikaapeli
  • valokuitu
  • sähköjohto
  • koaksiaalikaapeli
  1. Johtimettomia siirtoteitä (käytetään pidemmän matkan tiedonsiirrossa):
  • mikroaaltolinkit
  • satelliittilinkit
  • radiotie
  • infrapunalinkit
  1. Johtimellisissa siirtoteissä itse siirtotiellä on suurempi vaikutus tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin kuin johtimettomissa.
  2. Johtimettomissa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet (esim.suuntaus)vaikuttavat tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin
  3. Tiedonsiirtoon vaikuttavia tekijöitä:
  • kaistanleveys: vaikuttaa nopeuteen, esimerkkinä moottoritie, mitä enemmän kaistoja (=suurempi kaistanleveys) sitä paremmin “liikenne vetää” eli sitä nopeampaa tiedonsiirto on
  • vaimennus: johtuu 2 pisteen välisestä materiaalista (johdin, ilma, vesi jne.) joka “syö” signaalia
  • kohina: useat eri signaalit vaimentavat ja häiritsevät toisiaan, esim. puhe luokassa häiritsee luokan edestä puhutun “signaalin” perillepääsyä luokan perälle.

Luentopäivä 4, perjantai 10.lokakuuta 2014

GPS; Global Positioning System

  1. Koostuu seuraavista osista:
    • Space Segment (maata kiertävät satelliitit)
    • Control Segment (lautasantennit joiden avulla kontrolloidaan satelliitteja)
    • User Segment (käyttäjän vastaanotin)
  2. Paikannus perustuu siihen, että jokainen satelliitti, jonka käyttäjä näkee, antaa ohjelmalle käyttäjän ajan ja paikan satelliitista “katsottuna”.
  3. Satelliittijen antamien tietojne avulla lasketaan käyttäjän tarkka paikka. Mitä enemmän satelliitteja käyttäjän näkyvillä, sitä tarkempi paikannuksen tulos on.

Tiedonsiirto

  1. Nykyään käytännössä enemmistö tiedosta siirretään ykkösinä ja nollina, eli digitaalisessa signaalimuodossa
  2. Analoginen signaali “puhdistetaan” ylimääräisestä kohinasta käyttämällä eri taajuuksia, joiden avulla voidaan luoda mahdollisimman hyvin vastaava digitaalinen signaali ja näin ollen tarkentaa alkuperäisen signaalin sisältämää tietoa
  3. jokaisella tiedonsiirtotekniikalla on oma rajoitettu kaistanleveys mikä rajoittaa tiedonsiirtonopeutta
  4. siirtotien pituus vaikuttaa tiedon siirtoon (mitä pidempi siirtomatka sitä enemmän siirrettävää tietoon kohdistuu häiriöitä, mutta mitä kanttialtoisemmaksi data saadaan sitä paremmin se kestää häiriötä)
  5. Eri kohinoita, jotka vaikuttavat tiedonsiirtoon:
  • Valkoinen kohina: Lämmöstä johtuvaa kohinaa, mitä ei voida poistaa
  • “crosstalk”: päälekkäiset taajuudet/signaalit häiritsevät toisiaan
  • impulssikohina: sähköiset signaalit jotka häiritsevät siirrettävää signaalia
  1. Kommunikoinnin muotoja
  • Simplex: signaali kulkee vain yhteensuuntaan (esim. TV tai radio)
  • Half Duplex: signaali voi kulkea molempiin suuntiin kahden pisteen välillä, mutta vain yhteen suuntan kerralla (esim. radiopuhelimet)
  • Full Duplex: signaali voi kulkea kahden pisteen välillä molempiin suuntiin yhtäaikaa (esim.kännykkäpuhelu)

Point-to-point linkittäminen ja kanavointi

  1. Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia jolloin sitä voidaan jakaa useamman kahden järjestelmän väliseen kommunikointiin. –> Kutsutaan kanavoinniksi eli multiplekseroinniksi.
  2. Kanavoinnissa yhdellä linjalla/linkillä monta kanavaa käytössä (monta inputtia —kanava— monta outputtia)
  3. Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:
  • Taajuusjakokanavointi
  • Aikajakokanavointi (käytössä oleva kaista jaetaan käyttäjille, ajan perusteella (perus 2G GSM) on yksinkertaisimpia kun liikennöidään vuorotellen)
  • Koodijakokanavointi
  • Aallonpituusjakokanavointi

Luentopäivä 5, torstai 16.lokakuuta 2014

KYTKENTÄISET VERKOT

  • verkko koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä (node)
  • verkkoa käyttäviä laitteita, kuten tietokonetta, kutsutaan asemiksi (station)
  • solmut muodostavat tietoliikenneverkon jota asemat voivat käyttää, sekä ne siirtävät asemilta lähetettyä ja niille saapuvaa dataa.
  • siirto tapahtuu solmusta solmuun, kunnes se saapuu vastaanottajan liitätäsolmuun joka toimittaa datan asemalle
  • yleistä:

toiset solmut toimivat pelkästään verkon sisäisinä ”välipisteinä”, toiset taas ottavat vastaan ja luovuttavat dataa asemille eli toimivat ns. liitäntäsolmuina solmujen väliset linkit ovat jaettu kanavoinnin avulla (multiplexing) verkot eivät ole 100% kytkettyjä, eli jokaisen solmun välillä ei ole linkkiä, mutta mitä useampia linkkejä eli mahdollisia polkuja eri solmujen välillä olisi, sitä luettettavammaksi verkko muodostuu yleisimmät kytkentäisen verkon muodot ovat piirikytkentä ja pakettikytkentä

TELE/DATALIIKENNE

  • Tietoliikenne jaetaan:
  1. Teleliikenteeseen:
  • Puhelinverkot, esim:
    • PSTN (public switched telephone netwrok, perinteinen puhelinverkko)
    • ISDN (Integrated Services for Digital Network, piirikytkentäinen puhelinverkkojärjestelmä, joka on suunniteltu digitaalisen puheen ja datan siirtoon tavallisissa puhelinlinjoissa )
  1. Dataliikenteeseen:
  • Dataverkot, esim:
    • X.25 (ITU-T:n määrittelemä liityntästandardi)
    • lähiverkot
    • Internet
  • tietoliikenne on jaettu kahteen, koska eri sovelluksilla (ääni/data) on erillaiset vaatimukset

Teleliikenteessä puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän (PIIRIKYTKENTÄ). Data tarvitsee mahdollisimman tehokkaan kulkuväylän(PAKETTIKYTKENTÄ)

PIIRIKYTKENTÄ

  • tavoitteena reaaliaikainen tiedonsiirto
  • kehittynyt erityisesti puheen siirtoon
  • voidaan käyttää myös dataliikenteen siirtoon kiinteissä yksityisisssä yhteyksissä
  • piirikytkentäinen verkko vaatii määritellyn yhteyspolun kahden aseman välillä, jotka on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä
  • viestinvälitys piirikytkennässä:
  1. Yhteyden muodostus (piirin muodostus)
  2. Datan siirtoon
  3. Yhteyden lopetus (piirin purku)
  • yhteys tulee muodostaa aina päästä-päähän ennenkuin dataa voidaan siirtää → jokaisen linkin välilltä varataan kapasiteettia yhteyttä varten ja kapasiteetti on varattuna niin pitkään, kunnes yhteys suljetaan → yhteyden muodostamiseen tuhlaantuu aikaa
  • kun yhteys on muodostettu, sen varaamat resurssit ovat käytössä vain ja ainoastaan kyseiselle yhteydelle → resurssit eivät ole muiden yhteyksien käytössä kunnes yhteys puretaan!
  • data siirretään vakionopeudella, ainoa viive syntyy linkkien välisestä etenemisviiveestä
  • piirikytkentäisiä verkkoja ovat esim yleinen puhelinverkko (PSTN) ja yritysten yksityiset verkot
  • Digitaalinen piirikytkentäsolmu sisältää verkkoliitännän, digitaalisen kytkimen ja hallintayksikön (yhteyden muodostus, ylläpito ja purku)

Signalointitavat:

  • Signalointi voi tapahtua:

varsinaisen puheen kanssa samalla kanavalla

  • kaistan sisäisesti (sekaisin puheen kanssa)
  • kaistan ulkopuolella

omalla kanavallaan

  • yhteinen kanava eri datavirroille
  • Haittoja ja etuja:

yhteydenmuodostus vie aikaa kun yhteys on kerran muodostettu, solmuissa ei tarvita sen jälkeen erillistä prosessointia → solmuviive olematon

PAKETTIKYTKENTÄ

  • Periaatteet:

data pilkotaan pienempiin osiin (paketteihin) siirtoa varten paketin koko riippuu siirtoverkosta, mutta jokainen paketti sisältää käyttäjän dataa eli siirrettävää tietoa sekä kontrolli-informaatiota (mm. osoitetiedot) kun paketti vastaanotetaan solmuun, se varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle solmujen tulee olla tietoisia, mitä reittiä pitkin paketit kannattaa siirtää

  • Pakettikytkennän etuja:
    • Tehokkuus
    • 'solmusta solmuun' -linkit voidaan jakaa dynaamisesti kaikilta asemilta tulevien pakettien kesken, piirikytkennässä linkin kanava on koko ajan varattuna vain tietylle yhteydelle vaikka dataa ei liikkuisikaan
    • Pakettikytkentäinen verkko voi suorittaa datanopeuden muunnoksen siinä tapaukessa, jos kahdella asemalla on eri nopeuksiset yhteydet → tekee datansiirrosta mukautuvamman
    • Piirikytkentäisessä verkossa verkon ruuhkautuessa uudet yhteydet estetään kunnes liikennemäärä alenee, mutta pakettikytkentäisessä paketit hyväksytään vaikka se lisäisikin välitysviivettä.
    • Pakettikytkentäisessä verkossa voidaan määrätä eri prioriteetteja paketeille JOLLOIN korkeamman prioriteetin omaavilla paketeilla on etuajo-oikeus

Kytkentätavat: tietosähke ja virtuaalipiiri

Tietosähke / datagrammi:

  • paketit lähetetään täysin itsenäisinä (niissä ei viitata muihin jo lähetettyihin paketteihin)

jokainen paketti saa oman toisistaan riippumattoman reitityspäätöksen (saman lähetyksen paketit voivat kulkea eri reittejä perille) → paketit voivat saapua vastaanottopäähän mielivaltaisessa järjestyksessä, jolloin niiden järjestäminen oikein on vastaanottoaseman käsissä. Järjesteleminen tehdään esimerkiksi pakettien järjestysnumeroiden avulla.

  • Haittoja ja etuja:

- yhteydenmuodostusviivettä ei ole sillä erillistä yhteyttä vastaanottajaan ei tarvitse muodostaa ennen lähetystä MUTTA → solmuviive voi olla merkittävä, sillä jokainen paketti reititetään erikseen jokaisessa solmussa mikä kasvattaa prosessointia solmuissa.

Virtuaalipiiri:

  • lähettävä asema lähettää ”Call-Request” -paketin joka etsi sopivimman reitin kohdeasemaan

jos vastaanottaja on valmis vastaanottamaan dataa, se lähettää ”Call-Accept” -paketin samaa reittiä takaisin lähettäjälle

  • kun vastaanottajan vastaus on saavutettu, lähettäjä lähettää pakettinsa vastaanottajalle vakioreittiä pitkin (reitityspäätöstä ei tarvita, mutta polun ei tarvitse olla varattu yhteydelle kuten piirikytkennässä)
  • kun siirto on tapahtunut, yhteys lopetetaan ”Clear-Request” - paketin avulla
  • Etuja ja haittoja:
  1. yhteyden muodostus samankaltainen kuin piirikytkennässä → vie aikaa
  2. paketeilla on vakioreitti
  3. solmuviive voi kasvaa huomattavasti, sillä jokainen paketti joutuu odottamaan omaa lähetysvuoroaan seuraavaan solmuun

DATAGRAMMI VS. VIRTUAALIPIIRI

  • Datagrammissa jokaiselle paketille tehdään erikseen reittiyspäätös, virtuaalipiirissä yhteys muodostetaan ”Call-Request”-paketin avulla → paketit liikkuvat virtuaalipiirissä nopeammin ja varmasti alkuperäisessä järjestyksessä
  • Datagrammissa plussana se, että koko reittiä päästä-päähän ei tarvitse suorittaa → muutaman paketin lähetystapauksissa tämä on nopeampi lähetystapa.
  • Datagrammi-lähetys mukautuu ruuhkatilanteisiin (reitti valitaan ruuhkattoman solmun kautta)

→ Jos virtuaalipiirissä ”kaatuu” solmu, datavirrat eivät pääse kulkemaan sen kautta, MUTTA datagrammsissa pystytään kiertämään kaatunut solmu käyttämällä uutta solmua.

PAKETTIKOKO

  • Paketin koossa on otettava huomioon se, että solmun täytyy vastaanottaa paketti kokonaisuudessaan ennenkuin se voi lähettää sitä seuraavalle solmulle
  • Yleensä: mitä pienempi paketti → sitä nopeampi datavirran siirtoon

KUITENKIN on olemassa tietty optimi, jonka jälkeen dataosaa ei kannata enää pilkkoa pienemmäksi (tietty määrä ohjausinformaatiota joka paketissa)

Piiri- ja pakettikytkentöjen 3 erillaista viivettä:

  • etenemisviive: signaalin etenemisaika kahden solmun välillä
  • siirtoviive: lähettimeltä datalohkon lähetyksessä käytetty aika
  • solmuviive / prosessointiviive: solmun prosessoinnista kytkennän aikana aiheutuva viive.

REITITYS PAKETTIKYTKENTÄISESSÄ VERKOSSA

  • verkko koostu solmuista (node) ja päätesolmuista eli asemista (station)
  • verkon vaatimukset:
    • virheettömyys (vie paketin sinne minne pitää)
    • yksinkertaisuus (yksinkertaisuus lisää tehokkuutta)
    • kestävä (verkko ei saa olla kaatumisaltis)
    • deterministisyys (tuottaa aina saman lopputuloksen samoilla lähtöarvoilla)
    • tasapuolisuus (kaikkea liikennettä kohdellaan tasapuolisesti)
    • optimaalisuus (tuottaa hyväksyttävän lopputuloksen hyväksyttävässä ajassa)
    • tehokkuus
  • Suorituskyvyn/tehokkuuden kriteerit (käytetään reitin valintaan):

yksinkertaisin tapa on valita ”vähiten hyppyjä” eli vähiten solmuja voidaan valita reitti, josta seuraa kokonaisuudessaan vähiten viivettä ja hyppyjä (Yleensä halutaan kaikenkattavasti vähiten viivettä ja hyppyjä kuin pelkästään hyppyjä)

  • Reitityksen päätökseen käytetty aika ja paikka:
    • päätösaika (milloin päätös tehdään):
      • päättääkö jokainen solmu itse reitityksen vai päättääkö lähdesolmu koko reitin jota muut solmut toteuttavat
      • vaihteleeko reititys vai muuttuuko se käytön mukaan (esim. älypuhelimella soittaessa käytetään kiinteää virtuaalipiiriä, joka on tietyllä tavalla reititetty. Mutta nettiä selatessa annetaan vapaus reitittää siirto miten tahansa, sillä kiinteällä reitiällä ei ole merkitystä.)
    • päätöspaikka (missä päätös tehdään):
      • hajautettu (jokainen solmu tekee reitityspäätöksen itse → monimutkaisempi tapa, mutta kestävämpi esim ruuhakaiset solmut voidaan kiertää)
      • keskitetty määritettyyn solmuun, joka vastaa koko reitityksestä, vastuulla tuntea kaikki mahdolliset reitit
      • lähde (lähdeasema/lähdesolmu päättää reitin)
  • Reitityspäätös perustuu verkon tuntemiseen, tietoliikenteen määrään sekä kuinka monen linkin kautta tietyllä reitillä pitäisi mennä kunnes saavutetaan määräasema

Hajautetussa reitityksessä käytetään ns. naapurisolmujen tuntemista (verkon tunteminen), viereisestä solmusta saadusta tiedosta (mitä reittiä kannattaa ja pitää lähettää jotta päästään päätepisteeseen) Keskitetyssä reitityksessä ”pääsolmu” kerä tiedon kaikilta muilta solmuilta ja tekee reitityspäätöksen.

REITITYSSTRATEGIA

KIINTEÄTAULU

  • jokaisella solmulla on kiinteä lista muista solmuista, mihin sen pitää lähettää paketti jotta se pääsee halutulle solmulle
  • verkko on kokonaisuutena ensin laskettu, ja sitten jokaiselle solmulle on annettu taulukko mahdollisista reiteistä
  • taulut ovat kiinteitä kunnes verkkoon lisätään uusi laite, joka muuttaa mahdollisia reittejä, jolloin taulut lasketaan uudelleen
  • etu on, että se on yksinkertainen, haittapuolena on se, että se ei ole kovinkaan joustava

TULVITUS

  • paketti lähetetään solmusta kaikkiin naapurisolmuihin
  • päämäärään saapuu monta kopiota paketista
  • itse verkkoa ei tarvitse tuntea, kun vastaanottaja on verkossa, paketti (ja sen kopiot) pääsevät joskus perille
  • jokaisella paketilla on uniikki numero jonka avulla ne tunnistetaan, jolloin kopiot voidaan hylätä
  • tarvitaan tapa jolla rajoittaa muuten päättymätöntä paketin uudelleen lähettämistä:

solmut voivat muista jo lähetetyt paketit, jolloin ne eivät lähetä samaa pakettia uudestaan eteenpäin pakettiin voidaan lisätä rajoitus hyppyjen lukumäärälle

  • tulvituksen ominaisuudet:
    • kaikki mahdolliset reitit tulee kokeiltua (hyvin toimintavarma)
    • vähintään yksi paketti (tai paketin kopio) pääsee perille vähimmäismäärällä hyppyjä (mitä voidaan käyttää virtuaalipiirin suunnittelemiseen)
    • kaikki solmut käydään läpi (käytännöllinen informaation jakamiseen verkon kaikille solmuille)
  • haittapuolena on se, että se luo paljon liikennettä / kuormittaa verkkoa paljon kerralla

SATUNNAINEN

  • yhtä yksinkertainen kuin tulvitus mutta aiheutttaa vähemmän kuormitusta
  • solmu valitsee yhden lähetyskanavan sisääntulevalle paketille
  • valinta voi olla satunnainen tai laittaa vuorotellen paketteja eri lähetyskanaviin järjestyksessä
  • verkkoa ei tarvitse tuntea etukäteen, mutta satunnaisessa reitissä harvoin on vähiten ”hyppyjä” sekä harvoin millään mittarilla paras reitti.

MUKAUTUVA REITITYS

  • käytetään melkein kaikissa pakettikytkentäisissä verkoissa
  • reitityspäätös vaihtelee verkon tilan mukaan (reitityspäätös muuttuu jos joku laiten rikkoutuu tai ruuhkautuu)
  • verkko pitää tuntea, eli solujen tulee tuntea vähintään naapurisolujensa tila
  • haittapuolia:
    • päätökset paljon monimutkaisempia
    • kompromissi verkon tuntemisen ja tiedonsiirron välillä on vaikea tehdä (joko tunnetaan verkko hyvin, mutta keskustelu solujen välillä käydään vain verkon tilasta eikä dataa siirry, tai dataa siirtyy mutta huonoja reittejä pitkin)
    • liian nopea reaktio voi aiheuttaa paketin lähettämistä muutaman solmun välillä → reagoidaan omaan liikenteeseen (tuossa solussa on ruuhkaa, lähetetään tänne.. nyt onkin ruuhkaista, heitetään paketti toiseen..) → paketit jää pyörimään kehää
    • liian hidas reagoiminen voi aiheuttaa sen, että reagoidaan vanhentuneeseen tietoon (tilanne kerkeää muuttumaan toisessa solussa ennen reagoimista)

TIETOLIIKENTEEN HALLINTA

  • hallinnointiin vaikuttavat tekijät:
    • tasapuolisuus (jokaista datavirtaa käsitellään tasa-arvoisesti)
    • palvelun laatu (eri yhteyksiä kohdellaan erillailla → tekee tarkemman ratkaisun)
    • kaistanvaraus (sopimus käyttäjän ja verkon välillä, liiallinen liikenne jätetään huomiotta tai käsitellään niin hyvin kuin mahdollista)

PAKETIN KATOAMINEN

  • solmulla on tietty kapasiteetti jolla se voi lähettää paketteja eteenpäin, ja tietty kapasiteetti vastaanotettuja paketteja varten
  • kapasiteettien ylittyessä solmu voi menettää paketteja (jos solmu vastaanottaa paketteja nopeammin kuin se pystyy niitä lähettämään, solmun jono täyttyy jolloin se ei voi enää tallentaa saapuvia paketteja jolloin paketit menetetään)
  • protokollasta riippuen, jos edellinen solmu ei saa kuittausta paketin vastaanotosta, se yrittää lähettää paketin uudestaan TAI sitten asialle ei tehdä mitään (esim. livelähetyksessä ei ole hyötyä lähettää uudelleen pakettia, sillä menetys on jo tapahtunut)

Luentopäivä 6, torstai 17.lokakuuta 2014

SOLUVERKKO (esim. kännykkäverkko toteuttaa)

Toimintaperiaatteet:

  • kehitetty liikkuvan radiopuhelimen kapasiteetin nostamista varten
  • ennen kännykkäverkkoa:

radiopuhelinpalvelut oli toteutettu yksittäisillä suuritehoisilla lähetinvastaanottimilla tyypillisesti tuki 25 eri kanavaa kantama 80km päähän

Soluverkkojärjestelmä:

  • avain mobiiliteknologialle
  • pohjautuu useisiin pienitehoisiin lähettimiin
  • alue on jaettu ”soluihin”:
    • paloiteltu alue takaa täyden kuuluvuuden koko alueelle

kaikilla on oma antenni

  • jokaisella on oma taajuusalue
  • yksi pääasema:
  • koostuu lähettimesta, vastaanottimesta ja hallintayksikkö
  • vierekkäiset solut käyttävät eri taajuusalueita välttääkseen ylikuulumista (crosstalk)
  • solut, jotka on riittävän kaukana toisistaan voivat käyttää samaa taajuusaluetta

Taajuuksien uudelleen käyttö: Kun lähetin lähettää lähekkäisille soluille eri taajuuksia jotka eivät häiritse toisiaan:

  • mahdollistaa monta samanaikaista lähetystä
  • jokaisella solulla on käytettävissä 10-50 eri taajuutta
  • Kun pääasema kontrolloi alilähettimien tehoja:
    • pitää lähetyksen alilähettimen solun alueen sisäpuolella
    • vähentää lähetyksen karkaamista viereisiin soluihin

Kapasiteetin kasvattaminen:

  • lisää uusia kanavia:

kaikkia kanavia ei käytetä heti alkuun

  • taajuuksien lainaaminen:
    • ruuhkautunut solu voi lainata viereisen solun taajuusaluetta

tai keskusasema määrää dynaamisesti sen, mitä taajuusaluetta jokainen alilähetin tarvitsee

  • solun jakaminen:
    • verkon rakenne ja liikenteen jakautuminen verkossa ei ole yhdenmukaista
    • isolla alueella käytetään pienempiä soluja

Solun jakaminen:

  • Solun jakaminen sektoreihin:
    • solu on jaettu kiilanmuotoisiin sektoreihin (3-6 / solu)
    • jokaisella on oma kanava-alue
    • tarvitaan tarkasti suunnattuja antenneja
    • Solun jakaminen pienempiin ”mikrosoluihin”:
      • mitä pienemmäksi solut menevät, sitä ”lähemmäksi maanpintaa” antennit tulevat
      • käytetään pienempää tehoa kattamaan pienempi alueella
      • hyvä kaupungeissa ja isojen rakennuksien sisällä

2 eri kanavatyyppiä käyttäjän ja tukiaseman välillä

1. Kontrollikanava:

  • avaa keskusteluyhteyden käyttäjän ja tukiaseman välille
  • avaa ja ylläpitää lähetyksistä

2. Liikennöintikanava:

  • siirtää ääntä ja dataa

Muita soluverkon toimintoja:

  • yhteyksien estäminen, jos liikennöintikanavat ovat varattuja
  • yhteyden lopettaminen, kun käyttäjä lopettaa yhteyden
  • yhteyden pudottaminen, kun tukiasema ei voi ylläpitää yhteyttä tarpeeksi vahvalla signaalilla
  • yhteydet kiinteiden ja mobiilikäyttäjien välillä

Signaalin kantavuuteen vaikuttavat asiat:

  • signaalin voimakkuus:
    • voimakkuuden käyttäjän ja tukiaseman välillä oltava riittävän suuri, jotta signaalin laatu ei heikkene
    • signaali ei saa olla liian voimakas, jotta se ei häiritse viereisiä taajuuksia
    • pitää sietää kohinaa
  • signaalin heikkeneminen:
    • signaali voi saapua vastaanottimeen eri reittejä pitkin jolloin signaalin perillepääsyyn kestää eri aikoja
    • vaikka signaali olisi tarpeeksi vahva, jos se ei tule luotettavasti oikeaan aikaan perille, sitä ei voida tulkita vastaanottimessa oikein

Suunnitteluun vaikuttavat asiat:

  • halutaan maksimi siirtoteho tukiasemalta käyttäjälle
  • tyypillinen käyttäjän antennin korkeus
  • käytettävissä olevan tukiaseman antennin korkeus

Yllämainitut liittyvät signaalin kantavuuteen, mutta ne on mahdotonta ennakoida.

  • käytetään havainnoilla kerättyä dataa (teorettiset menetelmät ovat suuntaa antavia, mutta tarkkaan lopputulokseen ei päästä, sillä esimerkiksi pinnanmuotojen kartat voivat olla virheellisiä → tarkat mittaukset suoritettava paikan päällä)

Signaalin heikkenemisen tyypit:

  • nopea heikkeneminen (kun signaalin vastaanottaja osuu signaalin aallon puoliväliin eli nollakohtaan)
  • hidas heikkeneminen (rakennuksien ja muiden esteiden aiheuttama signaalin ajoituksen vaihtelevuus)
  • tasainen heikkeneminen (esim. pitkillä matkoilla olevat esteet, jotka rasittavat yhtä paljon kaikkia taajuuksia)
  • vaihteleva/valikoiva heikkeneminen (heikkeneminen koskee vain tiettyjä aallonpituuksia)

Ennakkonäkemys aihealueesta

Vko 40, Ennakkotehtävä 1.

Oma näkemykseni tietoliikenteestä: Tietoa siirretään paikasta A paikkaan B sekä on erinnäisiä verkostoja ja laitteita, joiden avulla tietoa siirretään.

Avainsanoja:

  1. Internet
  2. modeemi
  3. tietoturva
  4. palvelimet/serverit
  5. operaattorit

Vko 41, Ennakkotehtävä 1.

Omassa kotiverkossani on kaksi laitetta: tietokone ja puhelin. Tietokone on kaapelilla yhteydessä LOASin tarjoamaan verkkoon ja puhelin on yhteydessä tietokoneeseen niin USB-piuhan kuin esimerkiksi bluetoothin avulla. Voin jakaa tietokoneelllani WLANin avulla nettiyhteyden kännykälleni joten ne ovat periaatteessa linkittyneet samaan verkkoon(kännykkä tietokoneen kautta sillä erillistä modeemia ei ole). Lisäksi voisin jakaa usb-piuhan avulla puhelimeni (yhteydessä kännykkätukiasemaan) käyttämän verkon tietokoneen kanssa. Johtimellisia siirtoteitä käytetään usb-piuhassa sekä verkkopiuhassa (kuparijohdin) ja johtimettomia siirtoteitä puhelimen ja tietokoneen antennien välillä ilmateitse.

Vko 42, Ennakkotehtävä 1.

On olemassa pienempiä verkkoja, jotka on yhdistetty isompiin verkkoihin ja taas isompiin verkkoihin. Verkot voivat olla piiriytkentäisiä tai pakettikytkentäisiä. Piirikytkentäisissä verkoissa verkot ja verkkojen omat solmut ja asemat (käyttäjät)ovat yhteydessä toisiinsa määritellyn yhteyspolun avulla jolloin tiedonsiirto tapahtuu reaaliajassa kiinteää reittiä pitkin. Esimerkkeinä tästä on puhelinverkko. Analoginen tiedonsiirto vaatii piirikytkentäisen verkon, sillä analogisen signaalin paloitteleminen paketteihin on mahdotonta. Pakettikytkentäisessä verkossa lähetettävä data pilkotaan pienempiin paketteihin ja lähetetään solmusta solmuun vaihtelevia reittejä pitkin vastaanottajalle. Jos analoginensignaali muutetaan ensin digitaaliseksi, silloin pakettikytkentäinen verkko on tehokas tiedonsiirtoratkaisu.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1, torstai 2.lokakuuta 2014 : Minulle selvisi luentopäivältä kurrsin tavoitteet eli kuinka kurssin loputtua pitäisi olla käsitys tietoliikennetekniikasta kokonaisuutena ja mitä vaiheita sekä tekniikoita kuuluu tiedonsiirtoon. Periaatteessa kävimme pienen pintaraapaisun siitä, mitä tuleman pitää sekä kuinka kurssi kannattaa ja pitää suorittaa.

Luentopäivä 2, perjantai 3.lokakuuta 2014: Käydyt päivän aiheet: kommunikointimalli (teoreettinen malli, joka kuvaa tiedon siirtoa laitteiden välillä) ja sen tehtävät (reititys,signaalin muutos & siirto, rajapinta jne.), kuinka puhelussa tiedonsiirto toimii, etäverkko WAN (wide area network) sekä sen tekniikat piiri- ja pakettikytkentä, kerrosarkkitehtuuri, protokolla (“hyvä sihteeri” TCP ja “huono sihteeri” UDP), verkkomalli OSI ja TCP/IP, kerrosarkkitehtuurin eri kerrokset ja niiden tehtävät sekä kerrosten luku tiedon lähetyksessä ja vastaanotossa (kun lähetetään kerrokset luetaan ylhäältä alas, kun vastaantetaan kerrokset luetaan alhaalta ylös).

Luentopäivä 3, torstai 9.lokakuuta 2014: * Käydyt päivän aiheet: *Protokolla koostuu(Syntaksista (syntax),Sematiikasta (sematics),Ajoituksesta (timing)) *Tiedon segmentointi (eli pienempiin paketteihin jakaminen) *Pienempiä verkkoja (muodostavat koko tietoverkon:Home Network: kotiverkko,Industrial Network: yhtiön sisäinen verkko,Regional Network: alueellinen verkko, Mobile Network: puhelintukiasemista koostuva verkko, Global Network:kansainvälinen verkko) *Tietoliikenteen standardisointi *Siirtotiet / siirtomedia(Johtimellisia siirtoteitä: parikaapeli,valokuitu,sähköjohto,koaksiaalikaapeli ;Johtimettomia siirtoteitä:mikroaaltolinkit,satelliittilinkit,radiotie,infrapunalinkit)

Luentopäivä 4, perjantai 10.lokakuuta 2014: *Käydyt päivän aiheet: *GPS; Global Positioning System *Tiedonsiirto (signaalit, signaalin muutokset jne.) *Point-to-point linkittäminen ja kanavointi

Luentopäivä 5, torstai 16.lokakuuta 2014:

  • Käydyt päivän aiheet:
  • KYTKENTÄISET VERKOT
  • TELE/DATALIIKENNE
  • PIIRIKYTKENTÄ
  • PAKETTIKYTKENTÄ
  • Tietosähke / datagrammi
  • Virtuaalipiiri
  • REITITYS PAKETTIKYTKENTÄISESSÄ VERKOSSA
  • REITITYSSTRATEGIA (KIINTEÄTAULU,TULVITUS,SATUNNAINEN,MUKAUTUVA REITITYS)
  • TIETOLIIKENTEEN HALLINTA
  • PAKETIN KATOAMINEN

Luentopäivä 6, torstai 17.lokakuuta 2014: Käydyt päivän aiheet:

  • SOLUVERKKO
    • Toimintaperiaatteet
    • Soluverkkojärjestelmä
    • Taajuuksien uudelleen käyttö
    • Kapasiteetin kasvattaminen
    • Solun jakaminen
    • 2 eri kanavatyyppiä käyttäjän ja tukiaseman välillä
    • Muita soluverkon toimintoja
    • Signaalin kantavuuteen vaikuttavat asiat
    • Suunnitteluun vaikuttavat asiat
    • Signaalin heikkenemisen tyypit

Kotitehtävä 1, vko 40

Avainsanoja ja niiden määritys:

  1. Internet: Koostuu palvelimista, tiedonsiirtoverkoista (kytkimet (kaikki portit saman tyyppisiin kanaviin), reitittimet (esim modeemi on reititin, yhdistään erillaiset verkot keskenään), piuhat jne.) ja niiden solmuista sekä käyttäjistä
  2. modeemi: reititin, jonka avulla käyttäjä on yhteydessä muuhun tietoverkkoon
  3. tietoturva: kuinka tiedonsiirron datapaketit suojataan kolmansilta osapuolilta
  4. palvelimet/serverit: palvelin odottaa käskyjä/pyyntöjä käyttäjiltä ja toimii niiden mukaan
  5. operaattorit: “Internetin myyjä/tarjoaja” sekä runkoverkon ylläpitäjä sekä voi toimia joidenkin sivujen välimuistina (esim.Google)

Kotitehtävä 1, vko 41

Kuva eri laitteiden välisistä yhteyksistä: Havainnollistamiskuva

  • Omassa kämpässäni on vain kaksi laitetta jotka ovat yhteydessä verkkoon ja yhteydessä toistensa kanssa: tietokone ja puhelin. Puhelin ja tietokone voivat vaihtaa tietoa keskenään käyttämällä ilmateitse Bluetooth-yhteyttä tai USB-piuhan avulla. Bluetooth-yhteys toimii puhelimen ja tietokoneen antennien välillä ilmateitse ja käytetty taajuus on 2,45 GHz:n luokkaa. Bluetoothilla siirtonopeus pyörii 2,1 Mbs:n tietämillä. USB-piuhassa kulkee kaksi datajohdinta, joissa tieto menee ykkösinä ja nollina eli digitaalisena signaalina, toisessa piuhassa oikeinpäin ja toisessa käännettynä. Näiden signaalien erotuksesta näkee, kumpi oli alkuperäinen signaali häiriöstä huolimatta. USB-piuhan siirtonopeus pyörii 480 Mbps:n tietämillä.
  • Bluetooth-yhteyden avulla voi siirtää dataa. Puhelimessa käytettyä DNA:n tarjoamaa verkkoyhteyttä voi hyödyntää tietokoneessa jakamalla sen USB-piuhan avulla. SeedOf.me tarjoaman testin mukaan, puhelimen download-nopeus on noin 1,95 Mbps ja upload-nopeus 1,56 Mbps. Tietokone on yhteydessä LOASin tarjoamaan verkkoon, jolle testi antaa download-nopeudeksi 41,69 Mbps ja upload-nopeudeksi 31,7 Mbps (download = tiedon latausnopeus, upload = tiedon lähetysnopeus)

Kotitehtävä 1, vko 42

Kun katsotaan vko:n 41 kotitehtävään muodostettua kuvaa kotini laitteiden välisistä yhteyksistä nähdään, että ainoat yhteydet niiden välillä on Bluetooth ja USB-yhteys. Bluetoothin kerrosmalli ja kuinka mitkäkin kerrokset vastaa OSI-mallin kerroksia näkyy seuraavassa kuvassa (kuva lähde: http://www.informit.com/articles/article.aspx?p=27591&seqNum=5):

Bluetooth on suora yhteys kahden laitteen, tietokoneen ja älypuhelimen välillä, joten tietoa lähettäessä kerrokset luetaan ylhäältä alas ja vastaanottaessa alhaalta ylös. Koska välissä ei ole mitään reititintä, jonka tarvitsisi lukea alimmilta kerroksilta tietopaketin osoite, bluetooth yhteydessä kaikki kerrokset käydään kerralla läpi. Kuvassa näkyy bluetoothin omat protokollat. USB-yhteydessä kaksi laitetta on kiinnitetty piuhalla toisiinsa, joten dataa siirrettäessä voidaan olettaa kaiken data kuuluvan vastaanottajalle, joten osoitteistusta ja niistä vastaavie kerroksia ei tarvita. Jos dataa siirrettäisiin WLAN-yhteyden avulla tarvittaisiin WLAN-tukiasema joka toimisi kytkimenä älypuhelimen ja tietokoneen välillä. Kun esim älypuhelin lähettää tietokoneella datpaketin, Wlan tarkistaa paketin kerroksista MAC-osoitteen, joka kertoo mille laitteelle datapaketti lähetetään. Kytkimen ei tarvitse tietää IP-osoitetta sillä se on vain laajempaa verkkoa varten. IP-osoite vie laajemmassa verkossa tarpeeksi lähelle itse kohdetta, ennekuin törmätään kytkimeen joka tuntee laitteen MACi osoitteen (MAC-osoite on tietokoneelle eräänlainen “sormenjälki”, uniikki ja sillä voidaan tunnistaa itse kohde).

Oman kodin tietoteknikkalaitteet ja sovellukset

Oman kämpän tietotekniikkalaitteita: tietokone, älypuhelin, LOASin verkkoyhteys (piuha seinään)

Laitteissa käytettyjä sovelluksia: Facebook, Gmail, Yle Areena, nettiselain (Iron Portable), Steam jne.

Esimerkiksi Facebookkia ja Gmailia tulee molempia käytettyä sekä kännykän että tietokoneen kautta ihmisten yhteydenpidon takia. Nettiselainta, Iron Portablea, tarvitaan mm. Gmailin ja Facebookin käyttöön, mutta myös Areenan katsomiseen. Steamia tulee käytettyä sekä yhteydenpitoon että pelaamiseen sekä pelikirjastojen jakamiseen ystävien kanssa. Tällä hetkellä melkein kaikki tietotekniikkalaitteet ja sovellukset ovat yhteydenpitoa ja ajantasalla pysymistä varten (ja tietysti myös esimerkiksi opiskelua varten).

Kolme tärkeää kysymystä: Kuinka LOASin kaltainen “suuri” verkontarjoaja toimii käytännössä? Kuinka esimerkiksi Gmailin yhteystietojen synkronointi toimii? Kuinka kahden eri sovelluksen tilit voidaan yhdsitää toisiinsa esimerkiksi Gmail + Facebook?

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h Kotitehtävät: n.2h

  • Luentoviikko 2

Lähiopetus:6 h Kotitehtävät: n.2h

  • Luentoviikko 3

Lähiopetus:6 h Kotitehtävät: n.2h


Pääsivulle