Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Kurssin aluksi opiskelijat kirjaavat näkemyksensä tietoliikenteestä tähän kohtaan omaa oppimispäiväkirjaansa. Näkemys sinällään ei tarvitse olla pitkä selostus max 10 riviä tekstiä ja max 10 avainsanaa.

Ajatellessa tietoliikennetekniikkaa terminä, niin ensimmäisenä oletuksena ja ajatuksena nousi esille, että tietoliikennetekniikka on tiedonsiirtämiseen käytettävän tekniikan määrittämistä ja sen toteuttamista. Miettiessä, että mihin tietoliikennetekniikkaa oikeastaan tarvitaan niin esiin nousi mm. puhelimet, tietokoneet ja erilaiset verkot. Mielestäni tietoliikennetekniikkaa käytetään yksinkertaisesti kaikissa asioissa jotka siirtävät jollain tasolla tietoa keskenään.

Miettiessäni yrityksiä, jotka ovat paljon tietoliikennetekniikan kanssa tekemisessä esiin nousi mm. Nokia, Ericsson, Elisa, Sonera, DNA eli lähestulkoon kaikki yrityksiä, jotka tarjoavat johonkin tiedonvälitykseen liittyviä palveluja oli se sitten puhelin, mobiili tai internetpalveluihin liittyvää.

Tietoliikennetekniikkaan oletettavasti liittyvistä käsitteistä listasin mm. seuraavia asioita ylös: GSM-, 3G- ja 4G-verkot. WLAN- Ja LAN-verkot, P2P-verkot, tukiasemat, lähettimet ja vastaanottimet, solut, tietorakenteet, data signaalit, valokuitu, protokollat ja TCP/IP.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: 02.10.2014

Päivän aihe: Johdatus tietoliikennetekniikkaan

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Kurssin tavoite ja sisältö, tietoliikenneteknologia ja sen kehitys, nykyinen tilanne sekä trendit (mm. 5G-verkko), erilaiset puettavat teknologiat (anturit, mittalaitteet jne.).

Mitä opin tällä kertaa:

  • Ensimmäisellä luennolla sain pääasiassa tietoliikennetekniikasta “laajan” kokonaiskuvan eli millaisia päätelaitteita tietoliikennetekniikkaan liittyy sekä mitä eri verkkoja on olemassa tietoliikennetekniikassa (kotiverkot, mobiiliverkot, ISP jne.) ja, että sen avulla on mahdollista yhdistää useita käyttäjiä, palveluita, sovelluksia ja laitteita keskenään. Tietoliikennetekniikalla on siis erittäin suuri osa jokapäivästä elämäämme vaikka se ei olekkaan aina selvästi näkyvillä esim. pelkän WhatsApp-sovelluksella lähetettävän viestin välittäminen vaatii jo paljon tietoliikennetekniikkaa taakseen. Sähköpostin lähettämiseen liittyvän esimerkin kautta opin uutena asiana sen, että miten sähköposti liikkuu kahden eri koneen välillä ja, että POP protokolla imaisee sähköpostiviestin kokonaan sähköpostipalvelimelta käyttäjän omaan sähköpostilaatikkoon, jolloin se ei ole enään saatavissa muille päätelaitteille. Tämä oli erittäin hyvä oppi, koska jatkossa en varmastikkaan tule valitsemaan POP protokollaa, koska luen sähköpostejani usealla eri päätelaitteella. Lisäksi oli mielenkiintoista kuulla, että 5G-verkko on jo suunnitteilla ja tulossa tulevaisuudessa, en osannut aavistaakkaan, että seuraava teknologia olisi jo tulossa “näinkin” nopeasti. Erilaisten puettavien teknologioiden ennustettu kehitys tulevaisuudessa oli huomattavasti suurempaa kuin olin ajatellut.

Jäi epäselväksi:

  • Kerrosmalli ja Stallingsinmalli (mikä merkitys, mihin käytetään ?). Ihmisten yksityisyys ja tietoturva kun tietoliikennetekniikkaa yhdistetään yhä lähemmäs ihmisten kehoa (entä jos tiedot päätyvät kaupallisiin tarkoituksiin ?).

Luentopäivä 2: 03.10.2014

Päivän aihe: Kommunikointimallit ja -järjestelmät, kerrosmallit ja protokollat

Päivän tärkeimmät asiat:

  • Kommunikointimallit ja -järjestelmät, kommunikoinnin tehtävät, kerrosarkkitehtuuri ja -mallit, 3-kerroksen teoreettinen malli, FTP ja tiedonsiirto, TCP/IP ja OSI -kerrosmallit.

Mitä opin tällä kertaa:

  • Luennon pääasiallisena oppimisena/havaintona nousi esille se, että kuinka monimutkaista eri laitteiden välinen kommunikointi voi olla ja onkin käytännössä. Kommunikointi koostuu eri malleista, järjestelmistä, tiedonsiirrosta ja kerroksista ja jotta se olisi yhtenäistä on sille määritelty protokollat. Kertauksen vuoksi olen kerrannut luennon päähavainnot ja opit muistamisen tueksi.
  • Kommunikointimallia käytetään tietoliikennetekniikassa kuvaamaan tietoliikenneprosessia eli tiedonsiirtoa eri laitteiden välillä. Kommunikointijärjestelmän avulla kuvataan tiedon/informaation välitys kahden eri osapuolenvälillä ja se koostuu seuraavista komponenteista:
    • Lähde, joka generoi datan
    • Lähetin, joka muuttaa datan signaaliksi
    • Siirtojärjestelmä, väylä jonka kautta tieto välitetään esim. ilmatie, verkko jne.
    • Vastaanotin, joka vastaanottaa signaalin
    • Kohde, joka toistaa vastaanotetun datan
  • Käytettävien siirtojärjestelmien rajoitteena/haasteena ovat useimmiten: kapasiteetin, kustannusten ja luotettavuuden oikea tasapaino
  • Tiedonsiirtämiseen kahden laitteen välillä voidaan käyttää pääasiassa kahta eri menetelmää, joita ovat:
  • Piirikytkentä, jossa varataan kommunikointi polku kahden eri laitteen välille käytettävän verkon solmuissa.
  • Pakettikytkentä, data lähetetään paketteina, jolloin kanavaa ei tarvitse varata vaan paketit lähetetään solmusta toiseen kunnes kaikki paketit ovat saapuneet perille.
  • Tiedonsiirrossa käytettävät kommunikointiverkot voivat olla jokin seuraavista: WAN, MAN, LAN, PAN
  • Kerrosarkkitetuuri muodostuu osatehtävistä. Osatehtävien tehtävänä on tehdä järjestelmistä hallittavampi. Kerrosten suunnittellussa on tärkeää ottaa huomioon, että muutokset yhdellä kerroksella ei vaikuta muiden kerrosten määrittelyihin.
  • 3-kerroksen teoreettisenmallin mukaan kommunikointiin liittyy yleensä 3 tekijää: sovellukset, laitteet ja verkot. Lisäksi kommunikointi jaetaan kolmeen eri kerrokseen: verkkokerrokseen, kuljetuskerrokseen ja sovelluskerrokseen. Jokainen kerros toteuttaa omia tehtäviään keskustelemalla niiden vastinolioidensa kanssa, jolloin käytetään sillä kerroksella määriteltyä protokollaa, jotta viestit menisivät varmasti oiken perille ja kommunikointi olion kanssa olisi mahdollista.
  • OSI ja TCP/IP - kerrosmallit:
  • OSI - kerrosmalli koostuu seitsemästä eri kerroksesta, joita ovat:
    • Fyysinenkerros (fyysinen liitäntä)
    • Linkkikerros (yhteyden aktivointi, ylläpito ja vapautus)
    • Verkkokerros (tiedonsiirto)
    • Kuljetuskerros (mekanismi tiedon välitykseen)
    • Istuntokerros (kahden laitteen välisen keskustelun / dialogin hallita esim. radiopuhelin)
    • Esitystapa ja sovelluskerros (tiedon esitystapa sovellusten välillä, miten tieto nähdään/havaitaan)
  • TCP/IP - kerrosmalli rakentuu puolestaan viidestä kerroksesta, joita ovat:
    • Fyysinenkerros ja verkkokerros (fyysinen liitäntä, tiedonsiirto ja linkkitason osoite)
    • Internetkerros (useiden verkkojen käyttö datansiirrossa, verkkojen välisten pakettien reititys)
    • Kuljetuskerros ja sovelluskerros (tiedonsiirron tapa järjestelmien välillä ja tiedon esitystapa)

Jäi epäselväksi:

  • FTP tiedonsiirto esimerkki ei auennut aivan täysin luennolla, lisäksi eri kerrosten välinen kommunikointi käytännössä jäi hieman epäselväksi ja, että kuinka paketit löytävät juuri oikean reitin (routing) päämäärälleen eli miten paketit osaavat valita oikeat reititinpalvelimet.

Luentopäivä 3: 09.10.2014

Päivän aihe: Tietoliikenteen standardointi, siirtotiet

Päivän tärkeimmät asiat:

Päivän tärkeimmät asiat jakaantuivat kahteen pääteemaan:

  • Protokolla, protokollan toiminnot. Standardointi ja sen hyödyt sekä haitat.
  • Johtimelliset ja johdittomat siirtotiet sekä niiden käyttö ja käyttökohteet.

Mitä opin tällä kertaa:

Protokollat ja tietoliikenteen standardointi:

Jotta protokolla olisi toimiva pitää sen koostua seuraavista määrittelyistä:

  • Syntaksista (tiedon muotoilu ja signaalitasot)
  • Semantiikasta (toimintalogiikka)
  • Ajoituksesta (siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet: siirtonopeus, pakettien järjestys jne.)

Eli pelkistettynä protokollan pitää vastata Mitä tehdään, koska tehdään ja milloin tehdään, jotta kaksi eri oliota voivat keskustella keskenään. Standardeja tarvitaan siis huolehtimaan eri järjestelmien välisestä yhteensopivuudesta niin fyysisesti, sähköisesti kuin toiminnallisesti.

Standardoinnin etuina on yhteensopivuus ja markkinoiden vahvistaminen tuotteille, jolloin voidaan edetä massatuotantoon ja loppuasiakkaan on helpompi kilpailuttaa eri valmistajien laitteet. Standardoinnin heikkoutena on se, että ne hidastavat osittain teknologian kehittymistä, kun joudutaan käyttämään vanhoja teknologioita vaikka uusia olisi jo tarjolla. Samalle asialle saattaa olla samoja standardeja.

Standardointiorganisaatioiden tehtävänä on huolehtia standardoinneista. Näitä organisaatioita ovat mm:

  • Internet Society:
    • Internetin standardointi
  • ISO:
    • OSI -mallin kehitystyö
  • IEEE:
    • Lähiverkot

Siirtotiet ja niiden käyttö:

Eri järjestelmien välillä tietoa siirretään siirtoteiden kautta, jotka voidaan jakaa johtimellisiin eli ohjattuihin siirtoteihin (langallinen, fyysinen siirtotie) ja johdittomiin eli ohjaamattomiin siirtoteihin (langaton siirtotie). Johdittomat siirtotiet voidaan vielä edelleen jakaa suunnattuihin tai suuntaamattomiin (ympärisäteileviin).

Tiedonsiirto kahden eri järjestelmän välillä on aina riippuvainen siirtotien sekä signaalin ominaisuuksista, koska niillä on merkittävä vaikutus tiedonsiirron laatuun. Esim. johdittomassa eli ohjaamattomassa siirtotiessä tiedonsiirron laatuun vaikuttaa signaalin kaistanleveys ja antennin suuntaus. Johtimellisissa siirtoteissä korostuu käytettävissä oleva kaistanleveys. Jos johtimillisten siirtoteiden kautta kommunikoivien järjestelmien välinen etäisyys on pitkä signaalia pitää vahvistaa, joko vahvistimien (analoginen signaali) tai tahdistimien (digitaalinen signaali) avulla.

Johtimellisissa siirtoteissä voidaan käyttää mm. seuraavia tekniikoita eli johtimia tiedon välitykseen:

  • Parikaapeli (halvin ja eniten käytetty, koostuu kahdesta kiedotusta kuparijohdosta, yksi johdin pari on yksi kommunikointilinkki, voidaan yhdistää isoimmiksi kaapeleiksi, voidaan välittää joko analogisia- tai digitaalisiasignaaleja)
  • Koaksiaalikaapeli (kaksi johdinta sisäkkäin, voidaan välittää joko analogisia- tai digitaalisiasignaaleja)
  • Optinenkuitu (siirtää valoaaltoja, yleensä aina digitaalinen signaali, voidaan jakaa monimuoto- ja yksimuotokuituihin)
  • Sähköjohto (data siirretään sähkön kanssa samassa verkossa)

Johtimillisia siirtoteitä on mm:

  • Puhelin- ja dataverkko(parikaapeli)
  • TV-jakeluverkko (koaksiaalikaapeli)
  • Optisetkuituverkot (runkoverkot, lähiverkot, kaupunkiverkot)
  • Sähköverkko

Datan siirron laatuun vaikuttaa aina seuraavat neljä ominaisuutta, jotka jokaisella yllä mainituista johtimista on hieman erilaiset: kaistanleveys, vaimennus- ja häiriötekijät sekä vastaanottimien määrä. Esim. optisella kuidulla on etuina se, että sillä on mahdollista saavuttaa suuret kaistanleveydet ja se ei ole herkkä vaimentumiselle.

Johtimettomissa siirtoteissä voidaan käyttää mm. seuraavia tekniikoita tiedon välitykseen:

  • Signaaleja voidaan välittää ilmankautta mm. seuraavien eritapojen avulla:
    • Näköyhteysreittiä pitkin
    • Ilmakehässä tapahtuvan sironnan kautta
    • Ionosfäärissä tapahtuvan heijastumisen kautta
    • Maanpinta-aaltona
  • Mikroaaltolinkit (tarkasti suunnatut lautasantennit, suunnattu kommunikointi, joko äänelle tai datalle, point-to-point linkit rakennusten välillä)
  • Satelliittilinkit (suunnatut lähettimet maassa ja vastaanottimet linkitetty satelliittien kautta. Koostuu kahdesta kaistasta Uplink kaistalla vastaanotetaan ja downlink kaistalla vahvistetaan ja lähetetään eteenpäin.)
  • Radiotie (suuntaamaton, etenemiseen vaikuttaa sironta,vaimeneminen, häipyminen, heijastuminen jne.)
    • Eniten käytetty johtimeton siirtotie nykypäivän tietoliikenteessä
  • Infrapuna (infrapunavalo alueella olevan valosignaalin siirto, vaatii näköyhteyden lähettimen ja vastaanottimen välillä)

Johdittomia siirtoteitä on mm:

  • Televisiokanavat ja lähetykset (satelliitti, broadcast jakelu / radiotie)
  • Puhelinliikenne (satelliitti, puhelut alueille joissa ei maanpäällistäverkkoa)
  • Matkapuhelinjärjestelmät (radiotie)
  • Radiolähetykset(radiotie)
  • Bluetooth (radiotie)
  • Kaukosäätimet (infrapuna)

Jäi epäselväksi:

Käsiteltävät asiat olivat jollain tapaan enemmän “konkreettisia” mikä varmasti helpottaa kurssilla käsiteltävien asioiden omaksumista. Johdittomien siirtoteiden taustalla olevien matemaattisten kaavojen soveltaminen jäi hieman epäselväksi mutta se ei taida kuulua / eikä mahtua tämän kurssin sisältöön. Lisäksi signaalien “resepti/koostumus” on vielä hieman hämäränpeitossa.

Luentopäivä 4: 10.10.2014

Päivän aihe: Signaalien koodaus ja kanavointi

Päivän tärkeimmät asiat: Digitaalinen signaali & bitit. Digitaalisen signaalin koodaaminen analogiseksi ja analogisen signaalin koodaaminen digitaaliseksi, kanavointi

Mitä opin tällä kertaa:

Digitaalinen data koostuu biteistä eli nollista ja ykkösistä. Koodatessa digitaalista signaalia on tärkeää tietää koska bitit alkaa ja mikä on signaalin taso. Digitaalinen signaali voidaan muodostaa jännitteen avulla, jolloin nollille ja ykkösille on omat jännitearvonsa ja digitaalinen signaali saa muotonsa. Digitaalinen signaali voidaan esittää erilaisena riippuen käytettävästä tekniikasta, joita ovat:

  • NRZ-L ja NRZI
  • Bipolar-AMI
  • Pseudoternary
  • Manchester ja Differential Manchester

Digitaalinen signaali voidaan muuttaa analogiseksi signaaliksi seuraavien koodaustekniikoiden avulla:

  • Amplitudimodulointi
  • Taajuusmodulointi
  • Vaihemodulointi

Digitaalisia signaaleja muutetaan analogisiksi erityisesti puhelinverkossa, jossa analoginen puhe välitetään digitaalisena signaalina ja puretaan vastaanottopäässä jälleen digitaalisesta analogiseksi signaaliksi, joka kuullaan puheena.

Analoginen signaali voidaan muuttaa digitaaliseksi signaaliksi seuraavien koodaustekniikoiden avulla:

  • Pulssikoodimodulaatio (analogisesta signaalista otetaan näytteitä)
  • Deltamodulaatio

Kanavointi

  • Kanavoinnilla tarkoitetaan siirtotien jakamista useampiin kanaviin, jolloin kahden järjestelmän välisessä kommunikoinnissa ei tarvitse varata koko siirtotie kanavaa. Tällöin siirtotien kapasiteettia voidaan jakaa paremmin usean järjestelmän kesken ja tiedon siirrosta tulee kustannustehokkaampaa
  • Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin tekniikoihin:
    • Taajuusjakokanavointi
      • Kullakin signaalilla oma taajuusalue eli kanava
      • Vaatii varmuusvälin jättämisen kanavien väliin jotta eri kanavat eivät ota häiriötä keskenään
      • Käytetään esim. TV ja radio kanavien välitykseen
    • Aikajakokanavointi
      • Perustuu signaalien aikajakoon (näytteistys) eli signaalin viipalointiin.
      • Siirettävästä datasta muodostetaan kehyksiä, jotka koostuvat signaalin aikaviipaleista
      • Käytetään puheen ja digitaalisen datan välityksessä
    • Koodijakokanavointi
      • Käytetään johtimettomilla siirtoteillä
      • Voidaan käyttää koko taajuusalue siirtotiellä
      • Vastaanottajan pitää olla tarkasti selvillä käytetystä koodaustekniikasta, jotta signaali voidaan vastaanottaa. Koodausavaimena on yleensä joku yksilöllinen tieto esim. laiteosoite.
    • Aallonpituusjakokanavointi
      • Perustuu valonsäteisiin, jotka ovat eri aallonpituuksilla ja muodostavat kukin oman kanavansa.
      • Käytetään yksimuotokuidussa

Jäi epäselväksi: Signaalien muunto käytännössä, Eri tekniikat digitaalisten signaalien muodostamiseen ja kanavien varaus käytännössä.

Luentopäivä 3: 16.10.2014

Päivän aihe: Piirikytkentä ja Pakettikytkentä

Päivän tärkeimmät asiat: Kytkentäiset verkot, Reititys pakettikytkentäisissä verkoissa, Ruuhkanhallinta

Mitä opin tällä kertaa:

Tämän luennon jälkeen opin, että teleliikenne on piirikytkentäistä ja dataliikenne pakettikytkentäistä. Kytkentäiset verkostot koostuvat solmupisteistä (nodes). Verkkoon kytkettyjä laitteita (tietokoneet, puhelimet jne.) kutsutaan asemiksi. Verkot eivät ole täysin yhteydessä toiseensa, koska jokaisen solmupisteen välillä ei ole kommunikointilinkkiä. Tämä siksi, koska tälläisen järjestelmän rakentaminen on hyvin kallista. Linkitettyjä solmuja on oltava kuitenkin tarpeellinen määrä, jotta verkolle voidaan saavuttaa asetettu toimintavarmuus/luotettavuus.

Tietoliikenne on jaettu perinteisen mallin mukaan:

  • Teleliikenteeseen: Puhelinverkot kuten GSM, ISDN jne.(Piirikytkentä)
  • Dataliikenteeseen: Dataverkot kuten Internet, Lähiverko jne. (Pakettikytkentä)

Yllä mainitut kytkentäiset verkostot on syntynyt ja kehittynyt sovellusten eri tarpeista. Teleliikenteessä on tarvittu reaaliaikaista kommunikointia ja Dataliikenteessä on haluttu saavuttaa kommunikointiväylille mahdollisimman korkea käyttöaste.

Piirikytkennäisessä verkossa on määritelty yhteyspolku kahden aseman välillä, joka muodostuu verkkosolmujen välisten linkkien avulla. Yhteyspolku eli kanava on varattuna yhteydelle niin kauan kuin yhteys on “päällä” vaikka dataa ei kulkisikaan eli jokaisesta solmusta varataan kapasiteettia yhteydelle niin kauan kun se on “päällä”. Piirikytkentäisessä verkossa yhteyden muodostaminen sisältää kolme vaihetta: 1) Piirin muodostus (yhteyden avaus) 2) Datan siirto (esim. puhe) 3) Piirin purkaminen (yhteyden lopettaminen)

Pakettikytkentäisessä verkossa lähetettävä data pilkotaan pieniin paketteihin. Näiden pakettien koko riippuu hyvin pitkälti käytettävän siirtotien kapasiteetistä / siirtokyvystä. Paketit sisältävät sekä käyttäjän lähettämää dataa, että kontrolli-informaatiota, kuten osoitetiedot jonka avulla paketti pystytään viemään perille. Pakettikytkentäisen verkon solmupisteiden tehtävänä on huolehtia pakettien lyhyestä varastoinnista solmussa, kunnes paketti voidaan edelleen lähettää seuraavalle solmulle tai pääteasemalle. Solmujen tehtävänä on “kuunella” verkon tilaa eli niiden pitää olla tietoisia mitä reittiä pitkin paketti kannattaa lähettää, jotta ei syntyisi ruuhkaa. Solmu huolehtii siis verkon kuuntelusta ja pakettijonon sekä lähetysjonon muodostamisesta. Tarvittaessa paketit voidaan lähettää eri solmuja pitkin, jos verkossa on suuri ruuhka. Pakettikytkennäinen verkko eroaa piirikytkennäisestä verkosta pääasiassa siinä, että sen käyttötehokkuus on suurempi koska uusien yhteyksien muodostamista ei estetä verkkoon vaan sitä hallitaan pakettijonojen avulla, jolloin välitysviive kasvaa mutta yhteyden muodostamista ei estetä. Lisäksi pakettikytkentäisessä verkossa eri paketteja voidaan hallita prioriteettien avulla, jolloin joillakin paketeilla on “etuajo-oikeus” muihin paketteihin verrattuna eli liikennettä voidaan priorisoida. Pakettikytkentäisiä verkkotyyppejä on lisäksi eroteltavissa erilaisia, näitä ovat mm. Virtuaalinen pakettikytkentä ja Datagram pakettikytkentä. Ero näiden välillä on lähinnä siinä, että Virtuaalisessa pakettikytkennässä pakettien reitti on ennaltamääritetty eli kaikki paketit menevät oikeassa järjestyksessä ennalta määrättyä reittiä pitkin. Datagram pakettikytkennäisessä verkossa paketit puolestaan reititetään jokainen erikseen verkon solmukohdissa, eli paketeille ei ole ennalta määriteltyä reittiä jolloin paketit voivat saapua eri järjestyksessä kun ne lähetettiin. Tällöin vastaanottavan aseman tehtävänä on järjestää paketit oikeaan järjestykseen.

Kun eri kytkentäisten verkkojen suorituskykyä mitataa on huomioitava seuraavat asiat mittaamisessa:

  • Etenemisviive (signaalin etenemiseen kuluva aika)
  • Siirtoviive (Lähettimeltä kuluva aika datalohkon lähetykseen)
  • Solmu/prosessointiviive (Solmun päätökseen / prosessointiin kuluva aika)

Kytkentäisissä verkoissa reitityspäätökset pohjautuvat usein aina seuraaviin tekijöihin:

  • Verkkoon (verkon koko/kapasiteetti)
  • Verkontilanteeseen (onko ruuhkaa jne.)
  • Reitityskustannuksiin (pienimmän kustannuksen reititykseen voidaan käyttää Dijkstran tai Bellman-Fordin algoritmeja)

Pakettikytkentäisessä verkossa voidaan käyttää seuraavia reititysstrategioita pakettien reitittämiseen:

  • Reititystaulut (Jokaiselle solmulle on määritelty algoritmin mukaan kustannusoptimaalisin reitti)
  • Tulviminen (Paketti lähetään jokaiselle solmuun kytketylle solmulle, jolloin lähetetään useita kopioita paketista, kuormittaa paljon verkkoa)
  • Satunnainen (Paketti lähetetään satunnaisella päätöksellä seuraavaksi “lähempänä” olevalle solmulle eli ei välttämättä mene kuitenkaan lyhintä tai kustannustehokkainta reittiä pitkin, ei kovin käytännöllinen mielestäni)
  • Mukautuva reititys (Reititys päätös vaihtelee kuuntelemalle verkon tilaa, yleisin menetelmä eli käytössä lähes kaikissa Pakettikytkentäisissä verkoissa, vaatii solmukohdilta enemmän “logiikkaa”)

Ruuhkaksi kutsutaan tilannetta, jolloin solmuun saapuu nopeammin paketteja kun solmu on kykenevä lähettämään eteenpäin. Ruuhkaa voidaan pyrkiä hallitsemaan aiemmin mainittujen sisääntulevien pakettien ja edelleen lähetettävien pakettijonojen avulla. Tämän ei ole kovin optimaalista ja tätä tilannetta kutsutaan nimellä “backpressure” jolloin ruuhka puskuroituu aina alemmalla tasolla olevalle solmulle ja sieltä mahdollisesti vielä edelleen alaspäin. Ruuhkaa voidaan pyrkiä hallitsemaan “choke” pakettien avulla, jolloin voidaan pyytää lähettäjä asemaa odottamaan lähetyksen kanssa kunnes verkon tilanne on tasaantunut. Toisena keinona on, että verkko signaloi verkossa olevia laitteita ruuhka signaalien avulla, jolloin lähettäjä asemat pyrkivät toimimaan järkevämmin eli lähettämään esim. hieman vähemmän paketteja kunnes verkon kuorma tasaantuisi. Ruuhkan halinnassa tulee keskittyä seuraaviin asioihin: 1) Oikeudenmukaisuus 2)Quality of Service (Eri yhteyksille eri kohtelu) 3) Reservations (Ruuhkasopimus lähettäjän ja verkon välillä)

Opin myös, että Traceroute ohjelma toimii pakettien avulla, jossa pakettien time to live aikaa kasvatetaan aina yhdellä kunnes vastaanottaja asema on saavutettu. Lisäksi opin, että pakettien hävikkiä tapahtuu silloin kun verkossa on kova ruuhka ja puskurit tulevat täyteen. Pullonkauloja syntyy silloin kun siirtoteiden siirtokapasiteetit eroavat suuresti eri isommalta siirtotieltä pyritään puskemaan dataa pienemmälle siirtotielle tai toisinpäin.

Jäi epäselväksi: Varsinaisia epäselvyyksiä ei kyllä herännyt eikä syntynyt tämän luennon aikana. Lisäksi pienet epäselvyydet pakettikytkentäisessä verkossa korjaantuivat oppimispäiväkirjaa kirjoittamalla, jossa tarkoituksenani on aina samalla kerrata käyty aihealue luentomuistiinpanojeni ja luentokalvojen avulla.

Luentopäivä 4: 17.10.2014

Päivän aihe: Mobiiliverkot, Lähiverkot (LAN), Nopeat Lähiverkot ja Langattomat lähiverkot (WLAN).

Päivän tärkeimmät asiat: Mobiiliverkkosolut, Kantavuus & Eteneminen, Vaimeneminen, Topologiat, MAC, Ethernet

Mitä opin tällä kertaa:

Opin, että Mobiiliverkko koostuu soluista, joita voidaan tarvittaessa sektoroida myös pienemmiksi soluiksi. Moobiliverkot toimivat niin, että tukiasemajärjestelmät ovat yhteydessä tausta-asemajärjestelmiin, jolloin esim. kännykkäpuhelut voidaan yhdistää lankapuhelin verkkoon. Yhden mobiiliaseman kantavuus ja peitto riippuvat käytettävän signaalin voimakkuudesta sekä vaimenemisesta. Monitie eteneminen vaikuttaa siihen millä tehokkuudella tai voimakkuudella signaali koetaan tietyssä kohdassa esim. jos ollaan katvealueella signaali on huomattavasti heikompi. Jos siirrymme katvealueelta pois koemme signaalin voimakkaampana. Näin ollen vaimeneminen voidaan jakaa seuraaviin tasoihin: 1) Nopea vaimeneminen (isoja esteitä/katveita) 2) Hidas vaimeneminen (pieniä esteitä / katveita) 3) Tasainen vaimeneminen (kaikki taajuudet vaimenevat saman verran) 4) Valikoiva vaimeneminen (vain tietyt taajuudet vaimenevat).

Euroopassa käytettävä 3G mobiiliverkko on WCDMA pohjainen ja 4G mobiiliverkko on LTE pohjainen. 3G - verkko pohjautuu CDMA kanavointi menetelmään, jolla saavutetaan nopeus 2 Mbit/s. 4G - verkossa käytetään kanavointiin puolestaan OFDMA menetelmää, jolla voidaan päästä jopa 200 Mbit/s nopeuteen.

Lähiverkojen (LAN) tekniikkana on Ethernet (802.3), Ethernet tekniikka toimii/vaikuttaa kerrosmallin mukaan linkkikerroksella ja fyysisellä kerroksella. Lähiverkoissa käytettävät topologiat määrittävät lähiverkon rakenteen. Topologioita on neljä erilaista: 1) Väylä 2) Puu 3) Rengas ja 4) Tähti. Nykyisin käytettävä topologia on pääasiassa tähtimallin mukainen. Käytettävän topologian valintaan vaikuttaa rakennettavalle verkolle haluttava 1) Tehokkuus 2) Luotettavuus ja 3) Laajennettavuus. Lähiverkot on kehitetty sitä varten, että monia laitteita lyhyellä etäisyydellä saadaan kytkettyä yhteen. Erilaisten ohjelmistojen avulla on myös mahdollista rakentaa nykypäivänä virtuaalisia lähiverkkoja.

MAC (Media Access Control) protokolla huolehtii ethernetissä kapasiteetin hallinasta ja jakamisesta. MAC voi olla joko keskitetysti tai hajautetusti hallittu eli jolloin yksi asema jakaa muille lähetysvuorot tai hajautettu jolloin kaikki asemat toteuttavat hallintaprotokollaa. Valittava MAC protokolla riippuu valitusta topologiasta ja se on yleensä kompromissi kustannusten, suorituskyvyn ja verkon monimutkaisuuden välillä. MAC voidaan toteuttaa synkronisesti (staattinen) tai asynkronisesti (dynaaminen). Asemien lähetysvuorot voidaan jakaa siis joko lähetysvuorojen perusteella (round robin) tai ajan perusteella aikalohkoihin (varausmenetelmä) tai asemat voivat kilpailla lähetysajoista (random access). Ethernetissä (802.3) on käytössä MAC protokollana dynaaminen CSMA/CD menetelmä. WLAN (802.11) on käytössä puolestaan CSMA/CA. CSMA/CD perustuu siihen, että ennen kuin lähetetään tietoa niin kuunellaan onko mahdollisesti toinen lähetys jo käynnissä. MAC protokolla kertoo myös laitteen MAC osoitteen eli jos laite johon lähetetään tietoa sijaitsee samassa lähiverkossa (LAN) niin ei tarvita IP osoitetta vaan MAC osoite kertoo reitin.

Nopeita Lähiverkkoja ovat:

  • Fast Ethernet (IEE:n määrittelemät 100 Mbs Ethernet verkot, 100BASE-T)
  • Gigabit Ethernet (1 Gbs Ethernet verkot, Käytetään usein 100 Mbs toimivien lähiverkkojen runkoverkkona)
  • 10 Gigabit Ethernet (10 Gbs Ethernet verkot, tekniikkana varsin uusi. Tullaan käyttämään aluksi runkoverkoissa ja kampusalueilla)

Langattomat lähiverkot (WLAN) ovat alunperin kehittyneet infapuna tekniikan kautta. Langattomissa lähiverkoissa käytettävä siirtotaajuus on euroopassa 2,4 Ghz. Langattomien lähiverkkojen tekniikka perustuu 802.11 standardiin. Langattomissa lähiverkoissa MAC protokollan tehtävänä on huolehtia tiedonsiirron luetettavuudesta, kulunvalvonnasta ja tietoturvasta. Nykyisellä 802.11g standardilla on mahdollista päästä 54 Mb/s tiedonsiirto nopeuteen per kanava. Uusin 802.11n käyttää MIMO teknologiaa, jossa hyödynnetään radioaaltojen monitie etenemistä, jossa on mahdollista päästä parempaan kuuluvuuteen ja siirtonopeuteen (kattona kuitenkin 54Mb/s). Langattomien lähiverkkojen standardiksi oli kandinaattina myös 802.16 standardin mukainen (WiMAX) tekniikka mutta vallitsevaksi tekniikaksi valittiin 802.11 standardi. Langattomien lähiverkkojen avulla on mahdollista yhdistää joko muita langattomia lähiverkkoja (WLAN) tai lähiverkkoja (LAN) helpommin yhteen mutta tällöin siirtonopeus verkkossa olevien laitteiden välillä on huomattavasti hitaampi ja paljon riippuvaisempi etäisyydestä.

Jäi epäselväksi: WWW - esimerkki ei aivan auennut kunnolla enää lopputunnista, sain kuitenkin ideasta kiinni yleisellä tasolla.

Mitä opin kurssin aikana

Kurssin aikana opin muodostamaan omasta mielestäni tietoliikennetekniikasta “ison kuvan” sekä havainnollistamaan kerrosmallin avulla kuinka kaksi eri laitetta kommunikoivat keskenään verkossa ja mitä kaikkea siinä välissä tapahtuu, jotta kommunikointi voi onnistua. Tähän tarvitaan erilaisia protokollia, koodausta, signaaliksi muuttamista ja kanavointia siirtotielle. Lisäksi opin millaisia eri siirtoteitä ja verkkoja on olemassa sekä mihin teknologiaan ne pohjautuvat ja miten niissä reititetään tieto perille (piiri- ja pakettikytkennäiset verkot → teleliikenne ja dataliikenne pohjaisetverkot)

Tarkat tekniset ominaisuudet ja jotkin termit jäivät kurssilla vielä hieman hämärän peittoon mutta koska kurssin tavoitteena oli tarkoitus saada aikaiseksi kokonaiskuva tietoliikennetekniikasta ja hahmottaa miten tieto eri laitteiden välillä teoriassa liikkuu niin nämä tavoitteet koin ainakin itse saavuttaneeni tämän kurssin aikana.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Määrittele oma näkemyksesi tietoliikenteestä oppimispäiväkirjaan. Rehellinen näkemys asiasta lyhyesti ennen mitään muuta. Siihen on hyvä verrata sitten mitä kurssilla on opittu (siis opiskelija voi verrata). Mieti termejä/käsitteitä/asioita/kokonaisuuksia, joita tietoliikenne tuo mieleesi ?

SIVUN ALUSSA

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Luo kuva oman kodin tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista.

Kotiverkko koostuu reitittimestä, joka on yhteydessä paikalliseen internetpalveluntarjoajaan (ISP) ja sieltä edelleen Internettiin. Reitittimeen on kytketty langatontukiasema (WLAN), jonka kautta internetyhteys on jaettavissa langattomasti ilmateitse tabletille, läppärille ja älypuhelimelle. Fyysisessä yhteydessä reitittimeen on parikaapelin (CAT6 -kaapelin) kautta pöytäkone, TV ja Playstation. Printteri ja GPS kello ovat USB-kaapelilla yhteydessä Pöytäkoneeseen. Lisäksi Playstation on kytkettynä HDMI -kaapelilla TV:seen ja GPS kello on lisäksi ilmateitse etäyhteydessä avaruudessa olevaan satelliittiin.

Ennakkotehtävä viikolle 41

Tehtäväkuvaus: Pohdin oman kotiverkkosi laitteiden välisiä yhteyksiä. Millaisia siirtoteitä laitteiden välillä käytetään? Syntyykö kotona useiden yhteyksien ketjuja?

Laitteiden välillä käytetään niin johdollisia kuin johdottomiakin siirtoteitä. Johdollisia siirtoteitä käytetään seuraavien laitteiden välillä:

  • Langatontukiasema - Reititin (CAT6-kaapeli, parikaapeli)
  • Pöytäkone - Reititin (CAT6-kaapeli, parikaapeli)
  • Playstation - Reititin (CAT6-kaapeli, parikaapeli)
  • Taulu TV - Reititin (CAT6-kaapeli, parikaapeli)
  • Playstation - Taulu TV (HDMI 1.4-kaapeli)
  • Printteri - Pöytäkone (USB 2.0 kaapeli)
  • GPS kello - Pöytäkone (USB 2.0 kaapeli)

Johdotonta siirtotietä käytetään seuraavien laitteiden välillä:

  • Langatontukiasema - Tabletti (Radiotie, ilma)
  • Langatontukiasema - Läppäri (Radiotie, ilma)
  • Langatontukiasema - Älypuhelin (Radiotie, ilma)
  • Satelliitti - GPS kello (Satelliittilinkki, ilma)

Useiden laitteiden välisiä ketjuja syntyy monia laitteiden välillä, jotka ovat samassa lähiverkossa (LAN) ja joilla on kyky keskustella ja kommunikoida keskenään.

Älypuhelimella tai tabletilla voidaan ohjata langattomantukiaseman kautta Taulu TV:tä, koska se on kytkettynä samaan lähiverkkoon.

Pöytäkoneella voidaan muodostaa yhteys esim. tablettiin ja siirtää siellä olevat valokuvat langattomantukiaseman kautta samassa lähiverkossa olevaan pöytäkoneeseen. Yllä oleva toimenpide voidaan myös suorittaa älypuhelimelle tai toiminnot voidaan myös suorittaa niin, että tietoa siirretään pöytäkoneesta mobiililaitteisiin.

Playstation ja pöytäkone voivat myös kommunikoida keskenään ja olla yhteydessä saman lähiverkon kautta. Playstationin kautta on mahdollista esim. selata pöytäkoneelle siirrettyjä valokuvia tai videotiedostoja. Playstationilta tieto taas siirtyy HDMI-kaapelin kautta taulu TV:seen, jolloin muodostuukin jo kolmen laitteen välinen yhteysketju.

Kotitehtävä 3

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

Langatontukiasema - Reititin:

  • Siirtotie: Langatontukiasema on kytkettynä reitittimeen fyysisesti parikaapelilla (CAT6). Tieto vaihtuu kummankin laitteen välillä.
  • Siirtotaajuus: 250 MHz (CAT6)
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbit/s (ISP:n asettama verkon nopeus rajottavana tekijänä Internettiin päin). Muuten verkon sisäisessä (LAN) kommunikoinnissa 1 Gbit/s
  • Protokolla: IEEE 802.3
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: Modulointi menetelmänä kaapeliverkossa on QPSK (Quadrature phase-shift keying) ja QAM (Quadrature amplitude modulation)

Pöytäkone - Reititin:

  • Siirtotie: Pöytäkone on kytkettynä reitittimeen fyysisesti parikaapelilla (CAT6). Tieto vaihtuu kummankin laitteen välillä.
  • Siirtotaajuus: 250 MHz (CAT6)
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbit/s (ISP:n asettama verkon nopeus rajottavana tekijänä Internettiin päin). Muuten verkon sisäisessä (LAN) kommunikoinnissa 1 Gbit/s
  • Protokolla: IEE 802.3
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: QPSK (Quadrature phase-shift keying) (kaapeliverkko)

Playstation - Reititin:

  • Siirtotie: Playstation on kytkettynä reitittimeen fyysisesti parikaapelilla (CAT6). Tieto vaihtuu kummankin laitteen välillä.
  • Siirtotaajuus: 250 MHz (CAT6)
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbit/s. Muuten verkon sisäisessä (LAN) kommunikoinnissa 1 Gbit/s
  • Protokolla: IEE 802.3
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: QPSK (Quadrature phase-shift keying) (kaapeliverkko)

Taulu TV - Reititin:

  • Siirtotie: Taulu TV on kytkettynä reitittimeen fyysisesti parikaapelilla (CAT6). Tieto vaihtuu kummankin laitteen välillä.
  • Siirtotaajuus: 250 MHz (CAT6)
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbit/s (ISP:n asettama verkon nopeus rajottavana tekijänä Internettiin päin). Muuten verkon sisäisessä (LAN) kommunikoinnissa 1 Gbit/s
  • Protokolla: IEE 802.3
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: QPSK (Quadrature phase-shift keying) (kaapeliverkko)

Playstation - Taulu TV:

  • Siirtotie: Playstation on kytkettynä reitittimeen fyysisesti HDMI-kaapelilla. Tieto vaihtuu kumpaankin suuntaan, koska TV:n kautta voidaan välittää käskyjä playstationille kuten esim. laitteen sammutus
  • Siirtotaajuus: 340 Mhz (HDMI 1.4)
  • Siirtonopeus: 10,2 Gbit/s
  • Protokolla: TMDS (Transition-minimized differential signaling)
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: LPCM (Linear Pulse Code Modulation)

Printteri - Pöytäkone:

  • Siirtotie: Printteri on kytkettynä reitittimeen fyysisesti USB-kaapelilla. Tieto vaihtuu kumpaakin suuntaan, koska printteri osaa kertoa koska tulostus työ on valmis.
  • Siirtonopeus: 480 Mbit/s (USB 2.0)
  • Protokolla: Serial
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: Manchester koodaus

GPS kello - Pöytäkone:)

  • Siirtotie: Kello on kytkettynä reitittimeen fyysisesti USB-kaapelilla. Tieto vaihtuu kumpaakin suuntaan, koska kelloa voidaan ohjata tietokoneella olevalla softalla ja kellosta saadaan siirrettyä tietoa tietokoneelle.
  • Siirtonopeus: 480 Mbit/s (USB 2.0)
  • Protokolla: Serial
  • Koodaus- ja kanavointimenetelmä: Manchester koodaus

Langatontukiasema - Tabletti:

  • Siirtotie: Tabletti on langattomassa yhteydessä ilmateitse langattomaantukiasemaan (radiotie). Tieto vaihtuu kumpaakin suuntaan.
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbt/s (ISP:n asettama verkon nopeus rajottavana tekijänä Internettiin päin), Maksiminopeus 54Mbit/s verkon sisäisessä (WLAN) kommunikoinnissa
  • Siirtotaajuus: 2,4 Ghz
  • Protokolla: IEEE 802.11g
  • Koodaus ja kanavointimenetelmä: BPSK/QPSK

Langatontukiasema - Läppäri:

  • Siirtotie: Läppäri on langattomassa yhteydessä ilmateitse langattomaantukiasemaan (radiotie). Tieto vaihtuu kumpaakin suuntaan.
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbt/s (ISP:n asettama verkon nopeus rajottavana tekijänä Internettiin päin). Maksiminopeus 54Mbit/s verkon sisäisessä (WLAN) kommunikoinnissa
  • Siirtotaajuus: 2,4 Ghz
  • Protokolla: IEEE 802.11g
  • Koodaus ja kanavointimenetelmä: BPSK/QPSK

Langatontukiasema - Älypuhelin:

  • Siirtotie: Älypuhelin on langattomassa yhteydessä ilmateitse langattomaantukiasemaan (radiotie). Tieto vaihtuu kumpaakin suuntaan.
  • Siirtonopeus: 10/10 Mbt/s (ISP:n asettama verkon nopeus rajottavana tekijänä Internettiin päin), Maksiminopeus 54Mbit/s verkon sisäisessä (WLAN) kommunikoinnissa
  • Siirtotaajuus: 2,4 Ghz
  • Protokolla: IEEE 802.11g
  • Koodaus ja kanavointimenetelmä: BPSK/QPSK, (lisäksi WCDMA jos myös mobiilitukiasemaa hyödynnetään)

Satelliitti - GPS kello

  • Siirtotie: GPS kello on langattomassa yhteydessä ilmateitse satelliittiin (satelliittilinkki). Tieto vaihtuu kumpaakin suuntaan.
  • Siirtonopeus: 1023 Mbit/s
  • Siirtotaajuus: Satelliitilta 1575.42 MHz, Radioliikenteessä 2.457 GHz (älypuhelinten kanssa kommunikointi ANT+ Alliance)
  • Protokolla: ANT+, NMEA 0183
  • Koodaus ja kanavointimenetelmä: GFSK, BPSK, CDMA.

Ennakkotehtävä viikolle 42

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

Internetistä etsittyjen erilaisten verkkojen pohjalta voidaan havaita, että kaksi eri pääteasemaa kommunikoi koko verkossa erilaisten verkkosolmujen avulla ja kautta. Verkkosolmujen on tarkoitus yhdistää lähettävältä pääteasemalta tuleva data/signaali lyhimmän reitin tai vapaana olevien solmujen kautta vastaanottavalle asemalle. Verkkosolmuja voi olla tutkitun perusteella esim. reitittimet, joiden avulla voidaan siirtää tietoa yhdestä verkkorakenteesta toiseen verkkorakenteeseen. Alla olevassa pelkistetyssä kuvassa on lähinnä havainnollistettu miten tieto voi liikkua eri laitteiden välillä eli miten yksittäiset linkit muodostuvat isommaksi kokonaisuudeksi ja miten ne voivat mahdollisesti reitittyä “isommassa” verkossa.

Verkkorakenteet voivat myös poiketa huomattavasti toisistaan. Yleisimpiä verkkorakenteita on verkkotopologian mukaan kolme:

  • Väylärakenne
  • Tähtirakenne
  • Rengasrakenne
  • Puurakenne

Kotitehtävä 4

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

TCP/IP kerrosmallin mukaan tieto voi välittyä omasta verkostani (LAN) “ison kuvan” mukaisesti seuraavasti muualla sijaitsevaan verkkoon.

Olkoon esimerkki tilanteena esim. omalta pöytäkoneeltani Outlookista lähetettävä sähköpostiviesti ystävälleni joka sijaitsee keskieuroopassa, jotta tieto välittyy onnistuneesti perille on eri kerrosten hoidettava tiedonvälityksessä seuraavat tehtävät:

Sovelluskerroksen tehtävänä on määrittää lähettämäni viestin “purkamiseen” ja esittämiseen tarvittava logiikka, jotta se näyttää Outlookissa järkevältä ja luettavalta (eikä esim. jonolta koodeja/käskyjä ja merkkejä). Sovelluskerroksella käytettävä protokolla on Outlookin tapauksessa IMAP (Internet Mail Access Protocol). Mikäli käyttäisin outlookkia webselaimen kautta olisi käytettävä protokolla HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Sovelluskerroksella käytettävä IMAP protokolla huolehtii siis sähköpostiviestin lukemisesta sähköpostipalvelimelta ja niiden esitystavasta.

Kuljetuskerroksen tehtävänä on kertoa kuinka tieto kuljetetaan perille vastaanottajalle. Sähköpostiviestien lähettämisen tapauksessa kuljetuskerroksessa käytettävä protokolla on SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). SMTP protokollaa käytetään sähköpostiviestien lähettämiseen sähköpostipalvelinten kesken. Kuljetuskerros kertoo lisäksi mihin porttiin sähköpostiviesti on matkalla. SMTP:lle on varattu portti numero 25.

Verkkokerroksen tehtävänä on hoitaa reititys eri verkkojen välillä niin, että lähetettävä sähköpostiviesti välittyy oikeaan osoitteeseen eli omalta sähköpostipalvelimeltani eri reitittimien kautta ystäväni sähköpostipalvelimelle. Reitittimiä voi olla hyvinkin monta lähettäjän ja vastaanottajan välillä mikäli etäisyys on todella pitkä esim. sähköpostiviestin lähettäminen Suomesta Amerikkaan. Verkkokerroksella käytettävä protokolla on IP (Internet Protocol), jonka tehtävänä oli siis huolehtia oikean reitin valinnasta.

Linkkikerros huolehtii lähettävän laitteen ja vastaanottavan laitteen linkkitason osoitteesta eli MAC:sta (Media Access Control), joka yksilöi ethernet verkossa olevan laitteen ja kertoo kommunikointi säännöt verkossa (verkonvaraus ja lähetysvuorot). Linkkitasolla käytettävä protokolla on Ethernet. (Mikäli laitteet kommunikoisivat vain lähiverkossani (LAN) osaisivat laitteet lähettää tiedon oikealle laitteelle MAC osoitteen perusteella eli edellisessä kappaleessa mainittua verkkokerrosta (IP prokolla) ei tarvittaisi vaan kommunikointi tapahtuisi linkin ja fyysisen kerroksen kautta.)

Fyysisen kerroksen tehtävänä on varsinaisen tiedon eteenpäin lähettäminen eli datan siirto omalta sähköpostipalvelimeltani aina vastaanottavalle sähköpostipalvelimelle saakka. Fyysinenkerros huolehtii siis digitaalisen datan eli bittien tai analogisen datan koodauksesta signaaleiksi ja kanavoinnista (multiplexing) käytettävälle siirtotielle. Fyysisen kerroksen tehtävänä on siis tiedon sovittaminen käytettävälle siirtotielle. Koska esimerkkinä toimii nyt sähköpostiviestin lähettäminen sähköpostipalvelimelta, on kyseessä digitaalisen datan koodaaminen digitaaliseksi signaaliksi, jossa voidaan käyttää esim. Manchester koodausta. Lisäksi koska lähetys tapahtuu Ethernetissä (pakettikytkennäinen verkko) lähtee digitaalinen signaali eteenpäin paketeiksi pilkottuna ja verkossa käytettävä kanavointimenetelmä on CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection).

Käytettävä koodaus- ja kanavointimenetelmä voi vaihtua tiedon siirron aikana, jos digitaalista signaalia on jostain syystä tarve siirtää jossain välissä analogisessa muodossa eteenpäin (esim. radiotie) tai toisinpäin. Tämä riippuu siis täysin käytettävistä siirtoteistä, jota pitkin välitettävä viesti reitittyy. Eli kun sähköpostiviesti on lähtenyt omalta sähköpostipalvelimeltani eteenpäin välittyy se joko johtimellisia tai johtimettomia siirtoteitä pitkin aina ystäväni sähköpostipalvelimelle. Kun tieto siirtyy on muistettava, että siirtoteiden välillä tapahtuu aina joko vaimenemista tai häiriöitä eli lähetettävä signaali ei ole koskaan samanlainen kuin vastaanotettava signaali.

Kun sähköpostiviesti on välittynyt siirtoteitä ja reitittimiä pitkin aina fyysisen, linkki, verkko ja kuljetuskerroksen kautta tapahtuvan kommunikoinnin kautta ystäväni sähköpostipalvelimelle voi ystäväni noutaa lähettämäni viestin omalla outlook sovelluksellaan omalta sähköpostipalvelimeltaan käyttäen samaa IMAP (Internet Mail Access Protocol) protokollaa, jota käytin alunperin viestien lähettämiseen omasta Outlook sovelluksestani.

Yllä esitetty esimerkki on kuvattu alla olevissa kuvissa kerrosmallin ja “ison kuvan” avulla tarkemmin.

Kerrosmalli tiedon liikkumisesta (esimerkissä sähköposti) kahden eri laitteen välillä verkossa. Seuraavan kappaleen kuvassa on pyritty havainnollistamaan “isompaa” kokonaisuutta.

“Iso kuva” tietoliikenteestä eli tiedon liikkumisesta (esimerkissä sähköposti) kahden eri laitteen välillä verkossa. Tiedon liikkumista ja reitittymistä on pyritty havainnollistamaan keltaisten viivojen avulla eli kuinka sähköposti lähtee Outlookista IMAP protokollan avulla sähköpostipalvelimelle ja kuinka sähköpostipalvelin lähettää sähköpostin SMTP protokollan avulla vastaanottavalle sähköpostipalvelimelle ja kuinka sähköposti noudetaan Outlook sovellukseen IMAP protokollan avulla vastaanottavassa päässä. Tarkempi tiedon liikkuminen ja protokollat on kuvattuna edellisen kappaleen kuvassa.

Lähteet

Kaikki tieto on etsitty seuraavista lähteistä:

  • Stallings W. 2011. Data and Computer Communications. Pearson Education: New Jersey.
  • Porras J. 2014. Luentokalvot. CT30A2003 Tietoliikennetekniikan perusteet.
  • Ruuskanen H. 2014. Luentomuistiinpanot. CT30A2003 Tietoliikennetekniikan perusteet.
  • Wikipedia 2014.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 8h
    • Oppimispäiväkirjat ja kertaus: 6h
    • Kotitehtävät: 4h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus: 4h
    • Etäopiskelu: 4h
    • Oppimispäiväkirja ja kertaus: 9h
    • Ennakkotehtävä: 2h
    • Kotitehtävä: 8h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus: 8h
    • Oppimispäiväkirja ja kertaus: 10h
    • Ennakkotehtävä: 2h
    • Kotitehtävä: 9h

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