meta data for this page

Jyrki Härmeen kurssisivu

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.

== Ennakkotehtävä 1. == Mitä tietoliikenne sinulla merkitsee kurssin alussa?

Tietoliikenne näkyy kaikkialla ihmisten elämässa. Televisio; vastaan ottaa digitaalistalähetyssignaalia radioteitse tai kaapelitse. Satelliitti vastaanottimet vastaanottavat informaatiota satelliiteilta, jotka vastaanottavat signaaia ja tietoa maa-asemilta. Tietokoneet pyörittävät erinlaisia sovellutuksia ja ovat kytkeytyneet WLAN, LAN tai 3G verkon avulla eri verkkoihin ja siitä palvelimiin, siitoon voidaan käyttää langatonta teknologiaa, langallista tai optistakuitua. Puhuminen ja kommunikoiti tapahtuu kännykällä, mikä toimii WCDMA tai GSM verkossa. Autossa kännykkä kytkeytyy bluetoothin avulla auton omaan verkkoon, mihin voi liittyä myös GPS. Videoneuvottelut toimivat eri paikkojen välillä internetin yli.

Termejä: GPS, GSM, TCP/IP, WLAN, LAN, ADSL, blutooth, firewire, firewall, 3G, CDMA, WCDMA, ethernet

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

a)Mitä opin?

  1. Tietoliikenne ylisesti , kerrosmalli, protokollat
  2. Mikä on internetti eri päätelaitteet, kommunikointi linkit fiber etc. , ja nopeus,kaistanleveys, routerit,
  3. Verkot (PAN, LAN etc), verkkorakenne “Reunalla, edge” päätelaitteet, pääsyverkko, access nw, verkon ydin, core siirretään dataa eteenpäin. Paketit menevät monen verkon kautta.
  4. Miksi kerrokset? Voidaan rakentaa komplekseja systeemejä samalla rakentella, ei tarvitse kehittää rakennetta aina uudestaan. Kerroksen muuttaminen ei saa vaikuttaa toiseen kerrokseen.
  5. Mikä on Internet protocol stack: Physical, link, network, transport, application.
  6. OSI reference model
  7. Mikä on protokolla

Luennolla kerätyt erinlaiset termit, opettele merkitys ja tutki kuinka yhdistää: WLAN, DATA, Reititin, Palvelin,NFC/RFID,saatavuus,RPC, ACK, EDIFACT, ARP, EMAIL, VoIP

Tietoliikentee yleinen haaste: Kuinka lähetetty viesti pystytään toistamaan samanlaisena vastaanotto päässä. (käytännössä signaali vaimenee ja/tai muuttuu aina matkalla, etäisyys vaikuttaa signaalin etenemiseen. Muista myös: mitä lähempänä sitä nopeammin pystyy kommunikoimaan)

Tietoliikenteen trendit: mobiliteetin lisääntyminen, internetin yleistyminen (verkkoliikenteen kasvu, palveluiden lisääntyminen) ja erinlaisten verkkojen yhdistymen

Kehitys: Käytetyt eri teknologiastandardit painottuu Eurooppa, USA ja Aasia standardeihin ja alueihin. Käyttäjäkeskeisyys tärkeys yli teknologian, käyttäjän ja verkon yhdistäminen Verkkoja käyttöalueen mukaan:BAN, PAN, LAN, MAN, WAN, sovellutus, paging, trunking, wireless ,,, Verkkotyypin mukaan: P2P etc. Kommunikoinnin muodot: Kiinteä (fixed), Nomadi (päätelaite pysyy kommunikoinnin aikan paikalaan,,, pc), siirtyvä (Mobile),

GPS peruskomponentit: user, control, space segments. 24+ satelliittiä, 6-tasoa, 55 asteen inclinaatio, korkea kiertorata yli 20000km,

Digi tv; kaapeli, satelliitti, maa-antenni Kaapeliverkon ja anteniverkon ero: Kaapeli tv-verkko on suljettu ja täten helpompi kontrolloida esim. taajuusmielessä, taasen ilmatien taajuusalueet ovat erinlaiset ja eritavalla saatavilla.

Kommunikointmalli kuvaa tietoliikenneprosessia; laitteet, toiminnot laitteissa ja niiden välillä, siirtotie….Lähde, siirto, kohde

Muista Stallingsin malli. Siirtomallin osatehtäviä: hyödyntäminen, liityntä, signaalin luonti, synkronointi, yhteyden hallinta, virheen havannointi ja korjaus, vuon(liikenteen hallinta,osoitteet,reititys, sanoman/viestin muotoilu, virheistä toipuminen, turvallisuus(security, privacy,trust) , järjestelmän-/verkonhallinta.

Kommunikointimallin termejä: informaatio (datan merkitys jossakin tilanteessa), data (kommunikointiin sopiva esitysmuoto), signaali (tiedon fyysinen esitystapa)

Tiedonsiirtotie. point to point (ei kuitenkaan kannattava jos laitteita paljon ttai etäisyys pitkä), kommunikontiverkot(WAN etc.)

WAN, Piirikytkenta (kiinteäpuhelinverkko), pakettikytkentä (PC-PC välinen tiedonsiirto), ATM

Protokolla arkkitehtuuri:

  • source, active or inform readiness,
  • source; täytyy tietää etä vastanottaja on valmis,
  • siirtosovelluksen pitää varmistaa että vastan ottaja on valmis,
  • formaatnimuutos mahdollisuus.

Protokollaarkkitehtuurin toiminne: jakaa logiikka alakerroksiin, jotka voidaan toteuttaa erikseen. (esim. osi 7, TCP/IP 5) Kerrosarkkitehtuuri avulla saadaan järjestelmästä hallittavampi. Kerrostensuunnittelu: monta kerrosta, toiminteet/loogisuus. Kommunikoiti alimman kerroksen kautta, kerrosten välinen siirto ei saa häiritä muita kerroksia.

3 kerroksen malli: network acccess module(alin) kommunikoi esim. toisen PC:n kanssa, communications service module hyödyntää siirtotietä kommunikoidakseen toisen PC:n vastaavan moduulin kanssa, samoin mallin ylin taso file transfer application hyödyntää comms serv moduulia kommunikoidakseen toisen PC:n kanssa.

3 kerroksen malli⇒ verkkokerros (network acces layer), kuljetuskerros (transport layer), sovelluskerros (app.layer). Verkkokerros huomioi verkkoositteen, kuljetus luotettavuuden, sovellus huomioi sovellusolioiden osoitteet.

Protokolla. kerrokset toteuttavat tehtäviään keskustelemalla vastinolioidensa kanssa. tähän tarvitaan kerroksen protokollaa. Protokolla: Syntax (rakenne), Semantics (kielioppi, mitä info tarjoaa), Timing (oikea ajoitus). Eli 3 kerroksen mallissa vastaavat protokollat. Tiedostonsiirto esim ftp komennot, kuljetus TCP, Verkkokerros kulloinkin soveltuva esim. Ethernet. Kunkin kerroksen paketit sisältää ohjausinfoa ja dataa.

OHJAUSKENTTÄ TOTEUTTAA PROTOKOLLAN TOIMINNOT esim “transport header koko transport paketin edessä eli ylemmän tason data ei tätä ohjaa vaan kyseisen kerroksen oma ohjaus”

Tutki TCP/IP paketin rakennetta. TCP Header, TCP menee datakokonaisuutena IP Headeriin. Tsekkaa myös UDP (ei luotettava, mutta nopea rakenteensa takia) Tsekkaa FTP (portti 21?) - TCP - IP - Ethernet (alin) linkki kokonaisuudessaan

b)mikä oli päivän tärkeimmät sanomat

Universaalihaaste tietoverkoissa: Kuinka lähetetty viesti pystytään toistamaan samanlaisena vastaanotto päässä.

Simplified data communication system model: Source - transmitter - transmission system - receiver - destination

OHJAUSKENTTÄ TOTEUTTAA PROTOKOLLAN TOIMINNOT

c) muuta

Luentopäivä 2:

OSI ja TCP/IP mallit

OSI: 7 kerrosta, modulaarisuus. Ei kuitenkaan ole toteutunut hyvin käytännössä.

Physical, data link, network, transport, session, presentation, application. Transport ei muutu eli sama kuin TCP. Protokollamäärittely, palvelumäärittely, osoitteistus Palvelut kerrosten välill. paikka SAP. Voi olla vahvistettu tai vahvistamaton. Pyyntö, osoitus,vastaus, vahvistus: Palveluprosessi: ylempi kerros pyytää alempaa kerrosta, alempi kerros lähettää toiseen päähän osituksen, saa vastauksen ja vahvistaa alkuperäiselle palvelulle.

OSI kerrokset: Fyysinen kerros (Mekaaniset, sähköiset, toiminnaliset), Linkkikerros (linkin akstivointi, ylläpito, korjaus) Verkkokerros (tiedonsiirto jotakin kommunikoitiverkkoa käyttäen) Kuljetuskerros (mekanismi tiedosiirtoon kahden järjestelmän välillä Istunto (lisäpalveluita tarjoava) Esitystapa( määritellään tiedon esitystapa) Sovellutus (

TCP/IP-arkkitehtuuri (lyhenne tulee sanoista: Transmission control protocol, internet protocol)

Physical, network access, internet, transport, application Muista TFTP esimerkki kirjasta.

Tilakone? ⇒ tilakone (state machine) on järjestelmä, jota voidaan kuvata tiloina ja niiden muutoksina. tilakone kykenee muistamaan edellisen tilansa, ja vaihtaa tilaansa sen mukaisesti. Tälläistä logiikkaa kutsutaan myös sekvenssilogiikaksi Mealyn tilakone? ⇒ Mealyn tilakone on automaatti, jossa on määritelty myös tulostus (output):

TCP state machine example.: http://userpages.umbc.edu/~jeehye/cmsc491b/lectures/tcpstate/sld001.htm

protokolla koostuu: Syntaxi, semantiikka (mitä tehdään kun paketti saapuu, esim. virheen korjaus), ajoituksesta (siirtonoopeus, pakettien oikea järjestys) Mitä,kuinka,koska = protokolla

Kommunikointijärjestelmät: point to point, multi point, switched, internet

Segmentointi ja kokoaminen: datavirtoja voi joutua pilkkomaan johtuen koosta, syitä eri verkkoratkaisuja ja datan määrä voi vaihdella systeemistä toiseen siirryttäessä esim. ethernet - ATM. Mahdollisia haittoja; mitä pienempiä paketteja sen enemmän ohjaus dataa - tehokkuus! mahdolliset keskeytykset datpaketin saapuessa. kokoaminen on segmentoinnin vastatoimenpide, mikä myös vie aikaa.

Paketointi: datalohkot pitää sisällää monenlaista tietoa

Yhteyden hallinta: olioiden kommunikointi voi tapahtus a)yhteydettömästi esim. postikortti, b)yhteydellisesti esim. puhelinkeskustelu

Tärkeä osa on sequencing, numerointi ⇒ oikea järjestys, virheenkorjaus, vuon valvonta.

Toimitus oikeassa järjestyksessä: saapuminen mahd. eri aikaan, yhteydellsisessä kommunikoinnissa vaaditaan oikea järjestys, mahd. ongelma on numeroinnin rajallisuus.

Vuon valvonta: säätelee lähettäjän lähetysnopeutta, yksinkertaisimmillaan stop-and-wait. Suosittu liukuvan ikkunan menetelmät puskurointi lähetys- ja vastaanottopäissä

Virheenkorjaus: usein havainniointi ja uudelleenlähetys, eri kerroksissa

Osoitteet: kts. aikaisempi materiaali

Yhteystunnisteet: yhteydettömässä globaali osoite, yhteydellisessä .

Osoitustila: Osoite voi olla unicast(yhdelle) , multicast (monelle), broadcast (kaikille)

Kanavointi: one to one, upward multiplexing, downward multiplexing……(multiplexing and protocol connections)

=== NYT PTÄISI OLLA HANSKASSA: ===

Kerrosmalli, protokollat


Standardointi: vahvistaa markkinat tuotteille, yhteensopivuus - myös tulevaisuudessa. Toisaalta jäädyttävät teknologiaa, voi olla useita standardeja samalle asialle, usein kompromisseja.

TIEDONSIIRTO

Signal quality + characterestics of transmisson medium (johtimellinen tai johtimeton, guided and unguided,,, erot kaikki voivat käyttää tai on varattu käyttäjäle esim. ethernet)

Teminologiaa: direct link, point to point, multi point, simplex (TV), half duplex (radio puh.), full duplex (kännykkä).

Analoginen vs. digitaalinen signaali. mikätahansa arvo vs. määrätty taso.

SIN käppyrä: Amplitudi, max strengt of signal tajuus, rate of change of signal vaihe: missä ollaan sinissä aallonpituus

Taajuus aika domain - taajuus domain

Tiedonsiirto ja kaistanleveys

kaikkilla tiedonsiirtojärjestelmillä on kaistarajoitus, vaikuttaa siirrettävään datanopeuteen. Sakara-aallolla on loputon määrä taajuuskomponentteja. Suurin energia on ensimmäisissä taajuuksissa. Rajoitettu kaistanleveys luo häiriöitä tiedonsiirtoon. Mitä kapeampi “bitin” taajuus sen suuremman kaistan se vaatii.

kanttiaalto kolme taajuutta B=8MHz, f=2MHz, T=0,5micro s, bitit 0,25 micro s välein, tiedonsiirto nopeus =4MHz.

Nopeutta lisää: kaistanleveyttä lisää, tai yksinkertaistaa signaalia

Häiriöt kertaantuu analogia teknologiassa, digitaalusessa voidaan alkuperäinen signaali aina kootaa uudestaan.

Digitaaliset signaalit häiriöttömättömämpiä kuin anakoginen, vaimee enemmän kuin analoginen,halvempi toteuttaa.

Häiriöt analoogisessa kohina kasvaa matkan lisääntyessä, digitaalinen bit error rate.

Viivevääristymä digitaalitiedonsiirron haaste.

Kohina: additional signals inserted between xmit and receiver; lämpökohinaa, intermodulaatiokohinaa, cross talk, impulse noise (esim. ukkonen - korkeatehoinen virtapiikki, häiritsee erityisesi digitaalista).

Max rate of transmitted data depends on: data rate, bandwidth, noise, error rate, physical propoerty limitatios, (achieving efficiency is noise?)

Nyquist bnwidth: C=2B*(log2)*M Shannon capacity formula: C=B log 2 (1+SNR), SNR = 10log10 (S/N) nykyään signaalin energia/bitti ja kohinatehotihey/herzi

Luentopäivä 3:

Siirtotie

a)Johtimilliset b)Johtimettomat: ilmatie eri osiin, radiotir,infra, satelliiti, mikroaallot

Yleistä

siirtotie ja singnaalin ominaisuudet vaikuttvat tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin jotimellisessa siirtotien vaikutus suurempi jhdottomassa signaalin kaistaleveys, antennin ominaisuudet

Suunnittelun lähtökohtia: kaistanleveys, transmission impairments, interferenssi, vastaanottimien määrä

Twisted pair, next loss (db) vaimentaa lähettimen aiheuttamaa ylikuulumista kaapelissa

Koaksiaalikaapelit; lähinnä enään radiotekniikan käytössä

Valokaapelit; kokonaisheijastus - kaapeli tehty niin että valo pysyy coressa, tulokulma säädetty vastaavasti eli valo heijastuu

Lähettimet; LED tai ILD (Injection Laser Diode)

alueita; multimode 850nm, single mode: 1300nm, 1550nm

monimuoto, valo kulkee useita eri reittejä (pulssin vaimentuma ja varsinkin aikaviiveet leventävät vastaan otettua pulssia, dispersio)

asteittais monimuoto, parempi toiminta kuin tavallisessa multimodessa (pienempi vaimentuma, pienemmät aikaviiveet)

yksimuoto, ydin kapea, valo kulkee yhtä reittiä (pieni vaimentuma, ei aikaviiveitä eri kulkureittien takia)

Ilmatie

Etenemismekanismit; eri alueet matalat taajuudet heijastuvat ilmakehästä, yli 30MHz ei enään heijastu hyvin vaan tyypillisesti tarvitaan LOS, myös sironta tekniikka mahdollista korkeammillakin taajuuksilla. Maapinta eteneminen tarvitaan hyvin matala taajuus.

Taajuusalueita 30MHz - 1GHz radioaallot 1GHz - 40GHz mikroaallot (Sat..) 300GHz - 200THz (infra apps.)

Antennit

ympärisäteilevät suunta-antennit sektoriantennit lautasantennit (suunta)

Antennivahvistus (dB) 3dB gain = 3dB vahvistus isotrooppiseen antenniin vrrattuna

Mikroaallot

runkoverkor, point to point linkit, äänelle ja datalle alueet 2G, etc.

Vaimennus, vapaatila, sade, maasto-olsuhteet, heijastus, muut signaalit

Vapaantila vaimennus, L free space = 10log (4*pi*d)/lamda)^2 =10log (4*pi*f*d/c)^2

Satelliitit: Uplink ja downlink

kiertoratoja: geostatioanry 35784km, matalarata LEO,MEO low, medium latenssiaika, mitä kauempana sat on.

Radiotie

sironta ,monitie-eteneminen, taittuminen (diffractio) taittuu kulmassa, vaimentuminen (riippuu matkasta, taajuudesta ja siirtotiestä) aiheuttaa myös väärentymistä koska taajuudet vaimenee eritavalla.

interferenssi; voi summata tai jopa hävittää signaalin

opittua: eri rajoitukset eri siirtotiellä

Luku 5 kirjasta:

eri data-koodauksia; f.ex Mansester koodaus tarvitee suuremman kaista johtuen jatkuvasta muutoksesta koodauksessa.

Scrambling-avulla saadaan pitkät nolla- tai ykköstilat vältettyä

Encoding tekniikat

ASK, FSK, PSK (käytetyin, esim quadrature PSK (neljä vaihetta, a 2 bittiä)

QAM käytetään esim. ADSL:ssä

QAM-16 8 vaihetta (?), 2 amplitudia (?)

WIMAX käyttää QAM-64 lähellä tukiasemaa, kauemmaksi mennessä QAM-16, ja kaukasimillaan QPSK:ta

PCM esimerkki, kuinka analooginen signaali koodataan digitaaliseen muotoon kaksinkertainen näytteenottonopeus.

Delta modulaatio? missä käytetään?

Analooginen data, analoogien singnaali

AM, FM, PM -radiotekniikasta tuttua.

Luku 6 kirjasta: async and sync transmission

async: yksi merkki kerralla,,, alkubitti, data, lopetusbitti. mahdolliset virheet ajastuksessa heikentää synkronointia.

Sync: isompia data paketteja kerrallaan, blogit tarvii controlli bitit, mutta ei geneerisesti alku ja loppukoodeja, mutta voi olla kellosignali datan sisässä, tai erillinen ulkoinen kellosigmaali.

Virheet: yksittäiset, esim taustakohina, virhebursti esim. häipymä tai impulssihäiriö.

Virheen havannointi: tarkistusbiti, esim pariteetibitti, CRC, FCS

Virheenkorjaus: tehdään koodisana alkuperäisestä datasta, lähetetään dekoodataan ja mahdollisesti korjataan data

Luku 7 kirjasta

vuonvalvonta: vältetään datan ylivuoto vastaanottavassa päässä. Yksinkertainen tapa: stop and wait. Liukuvan ikkunan menetelmä, erikokoisia ikkunoita.

ARQ: Virheen hallintatekniikat: havainnointi, kielto, uudelleenlähetys, kuittaus. Stop and wait, Go back n (kaikki paketit uudestaan alaken virheestä), Selective reject (virheellinen paketti uudestaan).

Luentopäivä 4:

Multiplexointi, kanavointi:

  1. taajuuskanavointi,
  2. aikajakokanavointi(TDMA),
  3. koodijakokanavointi (CDMA),
  4. aallonpituusjakokanavointi

taajuuskanavointi FDMA, signaali keskittyy omalle taajuusalueelle, eli kanavalle. signaali moduloidaan eri taajuuksisille kantoaalloille. Kanavaväli! Siirtotien täytyy kapasiteetillaan olla suurempi kuin siirrettäviem signaalien yhteenlaskettu kapasiteetti. ADSL, puhelin käyttöön tarkoitetulla parikaapelilla up to 1MHz. Käyttää DMT tekniikkaa discrete multitone. Eli jaetaan kokotaajuusalue 4khz kanaviin, kanavat testataan siirtoteillä ja parhaisiin taajuusaleisiin ohjataan enemmän liikennettä-

aikajakokanavointi, TDMA, perustuu signaalien viipalointiin, esim. PCM, viipaleet aina samankokoiset. Synkroninen: Siirtotiekapasiteetin tulee ylittää signaalien kapasiteetti,,, signalointi ja sync vaatii osansa. Datan oltava digitaalista. Kanavat muodotavat kehyksen (PCM systeemit 32 kehystä). GSM käyttää myös. Ei tarvita vuonohjausta, ei linkkiprotokollaa. ylemmän tason protokollat hoitaa kanavatason virhetapaukset. Kehys on tahdistettava. Pulse stuffing tarvitaan jos data ei riittävä esim datakanavalla. Voicekanavalla signalointi bitti joka kuudennessa kanavassa. ISDN 2B+d

statistical, tilastollinen TDMA: siirtotie voi olla hitaampi kuin yhteenlasketut teoreettiset kanavat (käyttää hyväksi taukoja siirossa), eli multiplekseri skannaa kanavia ja ottaa vain ne siirtoon, mitkä ovat aktiivisia. suurilla kuormituksilla ongelmia, täytyy pskuroida. esimerkkejä Kaapelimodeemi. Jakaa datakaistaa tarpeen/pyynnön mukaan, jos monta käyttäjää, niin hidastuu. Taajuuskäyttö alhaalta ylöspäin: upstream, tv kanavat, downstream.

CDMA and spread spectrum. Pseudorandom luvut, perustuu algoritmiin, joka käyttää peruskoodia, alkuluku. Ei täysin satunnainen. Hyvä salaus, häiriöt vähenevät.

Taajuushyppely:FHSS Taajuushyppelyssä lähettäjä vaihtaa lähetystaajuutta tietyn algoritmin mukaisesti. Taajuushyppelyalgoritmi voi olla täysin satunnainen, kuitenkin siten että lähettäjä ja vastaanottaja tietävät satunnaisuuden, tai etukäteen sovittu. Taajuushyppely suoritetaan siten, että laaja taajuusalue (useita megahertsejä) jaetaan suureen määrään kapeita kanavia. Lähetettävä signaali pilkotaan pieniin osiin ja jokainen osa lähetetään aikavälein kullakin kapealla kanavalla. Hajautuskoodi toimii korkealla taajuudella ja kun alkuperäinen signaali moduloidaan tällä taajuusalue lajenee, amplitudi pienenee. Slow MSK and fast MFSK taajus vaihtuu nopeasti ja omaa paremman virheensietokyvyn.

Suorasekventointi: DSSS, direct sequence spread spectrum. Suorasekvennoinnissa lähetettävä sanoma jaetaan pieniin osiin ja lähetetään koko taajuusalueella (useita megahertsejä) yhtenä signaalina. Ongelmaksi muodostuu tällöin muiden signaalien aiheuttamat häiriöt. Ratkaisuna on sekoittaa lähetettävä signaali kohinaa muistuttavaan kantoaaltoon.

CDMA: code division multiple access: CDMA-kanavoinnissa jokainen käyttäjä voi käyttää hyväkseen koko saatavilla olevaa taajuuskaistaa lähetyksessä ja vastaanotossa. Käyttäjät erotetaan toisistaan yksilöllisellä koodilla. Lähettäjä sisällyttää vastaanottajan koodin signaaliinsa, jolloin vain koodin tunteva asema voi vastaanottaa sen. Koodeja on olemassa miljardeja, tämä voi parantaa tietoturvaa ja tekee esimerkiksi puhelinten kloonauksesta hankalaa. Eri koodien ansiosta useat käyttäjät voivat toimia samanaikaisesti samalla taajuusalueella häiritsemättä liikaa toistensa lähetyksiä. Ortogonaalinen koodi, valittu siten, että ei tule vääriä avauksia.

WDM (wavelength-division multiplexing) kuituyhteyksissä käytetty tekniikka, jossa yhdessä kuidussa siirretään useita eri kanavia jaottamalla niitä eri aallonpituuksilla (lamda). Näin voidaan moninkertaistaa yhden kuituyhteyden siirtokapasiteetti, jossa perinteisesti on käytetty vain yhtä aallonpituutta per kantoaalto. Näin olemassa olevien kuituyhteyksien kapasiteettia voidaan moninkertaistaa lisäämättä uusia kuituyhteyksiä, mikä tietysti merkitsee huomattavia kustannussäästöjä. Yhteen kuituun voidaan sovittaa luokkaa 160 eri aallonpituutta, jolloin esimerkiksi 10 Gbps kykenevässä kuidussa voidaan siirtää 160 x 10 Gbps = 1,6 Tbps.

Kytkentäiset verkot. esim.tietokoneverkko Tietoliikenne on jaettu perinteisesti: tele-ja datalikenteeseen. Teleliikenteessä johtuen laatutavoitteista (aikanaan) mentiin piirikytkentäiseen ja datassa pakettikytkentäiseen. Nykyään suuntaus on all IP.

Piirikytkentäinen: yhteyden muodostus, datan siirto, yhteyden purku. (varataan kapasiteetti verkosta)

Pakettikytkentäinen verkko: tietoSähke, datagram (paketti voi tulla missätahansa järjestyksessä ja eri solmujen kautta, mukautuu ruuhkatilanteisin) , virtuaalipiiri, virual circuit (paketit samaa reittiä pitkin ja saapuvat samassa järjestykseä, nden kaatuminen voi estää viestin vastaanottamisen).

Paketin koko vaikuttaa siirettävään nopeuteen (rinnakkaislähetys)

Routing, reititys reititysstrategia, xx, flooding (kuormittaa verkkoa), mukautuva reititys, adaptiiviset reititysstrategiat: local, adjacent nodes, all nodes ARPANET routing strategies 1st gen. (bellman-ford algorithm), laskee viivevektoria. 2nd gen. viivelasku perustui paketin lähetys ja saapumisasikaan, ACK (Dijkstran algoritmi), 3rd gen. laskee keskimääräistä viivettä 10s ajalta ja arvio linkin käyttöasteesta.

Ruuhkahallinta, congestion control; estetään verkon ylikuormittumunen. yleisesti pidetään rajana 80% kapasiteetistä käytetty, tämän jälkeen viiveet lisääntyy. backpressure; hidastaa data nopeutta, choke packet = hold down, pysäyttää lähetyksen, radikaali. Implisiittinen tapa: hidastuttaq, viiveet, hylkääminen. Expliittiset, (backwards, forwards) verkko alkaa rajoittaa. Policy esim. käyttörajoitteet datamäärässä tai nopeudessa.

Explicit signaling categories: binary, credit based, flow? based.

Liikenteen hallinta:fairness, QoS, reservations

kuinka häviöt ja viiveet tapahtuvat? (välityksessä aina viivettä.)

  1. nodal prosessing
  2. queuing
  3. transmission delay
  4. propagation delay (siirtoviive)

Luentopäivä 5

Matkaviestiverkot. Verkkosuunnittelussa solun taajuusuudelleenkäyttö pattern. kapasiteetin lisääminen, : lisää kanavia, taajuuksien lainaaminen, jaettu solu. MAkrosolut, mikrosolut, femto ja piko Propagation: reflection, scattering, diffraction, FADING,,, maaston ja rakennusten vaikutus. Hidas häipymä ja nopea häipymä (vaimentuminen johtuen matkasta ja maastoesteiden etc. heijastumien aiheuttamat) 3G ja 4G,OFDMA

Lähiverkot

LAN: key elements, topology, transmission medium, wiring layout, medium access control(MAC, siirtotielle pääsyn hallinta). Topologia, väylä, puu, rengas, tähti

MAC protokolla,toteutetaan topologian mukaan, synkroninen - staattinen kapa varaus (ei yleensä optimiratkaisu), asynkroninen - dynaaminen kapa varaus-round robin,varaus, kilpailu

ALOHA, mutta CSMA/CD parempi hyöyty kuin ALOHA. collision detection onnistuu langallisessa, mutta ei oikein WLAN:ssa Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet,10 Gbps Ethernet

WLAN four frame exchange, WiFi yhteensopivuus, 802.11g nyt enimmäkseen käytössä, 802.11n uusin, käyttää MiMo tekniikkaa, useampi antenni.

security, WEP, 802.11i, WPA

802.16 WiMax

Internetworking

internet on verkko verkossa infrastruktuuri mahdollistaa sovellusten tarjonnan. tällähetkellä käytössä IPv4, useampi osoite formaatti luokka olemassa, (IPv6 tulossa) Verkkokerros:osoite ja routing tieto. Multicasting, useampi voi ottaa vastaan saman tiedon, tekniikka välittää datan tehokkaasti, ilman turhia extra lähetyksiä.

Reititys; autonomisessa verkossa voi käyttää mitä vain reititysprotokollaa - interior router protocol, mutta reitittimien välillä pitää olla oma protokolla - exterior router protocol - BGP-4 protokolla: naaputi routerin tiedot vaihdetaan.

Mobile IP, (ongelma - tällähetkellä IP ei seuraa laitetta), päätelaite ilmoittaa sijaintinsa kotiserverille (?)

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kotitehtävä1: Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Valitse selkeästi erillisiä laitteita tyyliin tietokone, puhelin, sykemittari, gps, televisio, … ja erilaisista palveluista tyyliin urho-tv, facebook, …. Ajatuksena on, että tässä vaiheessa luodaan kuva tietoliikennetarpeista ja sovelluksista ilman, että vielä pohditaan alla olevia teknologioita. Tämän kuvan olisi hyvä herättää ajatuksia ja kysymyksiä siitä kuinka kaikki toimiikaan. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa.

Kysymys 1: Miten firewall toimii?

Kysymys 2: Pystyykö mobiiliverkkoa optimoimaan niin, että kapasiteettiä voidaan antaa jollekkin alueelle automaattisesti käytön mukaan?

Kysymys 3: Miten GPS pystyy määrittelemään paikan niinkin tarkasti, mihin se perustuu?

jyrki_haerme_teht1.pptx

Kotitehtävä 2

Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

SMS http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23040.htm

TCP/IP http://datatracker.ietf.org/doc/rfc1065/

DVB-T2 http://pda.etsi.org/pda/home.asp?wki_id='y8rVTj_zcWYeZfc5TSIc

Kotitehtävä 3

kotitehtävässä tarkastallaan laitteiden ja palveluiden hyödyntämiä siirtoteitä ja tiedon koodausta. Eli jälleen käsitellään 3 eri tapausta ja niistä käytetty siirtotie ja sillä käytetty koodaus. Jos käytetään ilmatietä niin olisi hyvä selvittää taajuusalue jolla toimitaan.

SMS: käytetään mobiililaitteissa joiden taajuusalueet ovat 900MHz ja 1800MHz. Koodauksena ilmatiessä GSM: tapauksessa käytetään GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) modulaatiota mikä on yhdistelmä taajuusmodulaatiota ja vaihemodulaatiota. WCDMA tapaukseessa käytetään downlink modulaatiossa QPSK quadrature phase shift keying modulaatiota, kun taas uplink suuntaan DQPSK modulaatiota, dual channel quadrature phase shift keying.

TCP/IP siirtyy esimerkiksi WLAN 802.11 e/g ilmatiessä, missä käytetään taajuusalueena on 2.4GHz. Koodauksena käytetään Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM modulaatiota, sekä direct-sequence spread spectrum, DSSS modulaatiota.

DVB-T2 taajuusalue ilmatiessä on VHF 174-230MHz, tällähetkellä, koodauksena QPSK, 16QAM, 64QAM ,256QAM ja OFDM modulaatioyhdistelmä siirtotielle.

Kotitehtävä 4

4. kotitehtävässä käsitellään siirtotien/verkon hyödyntämiseen ja tehokkuuteen liittyviä asioita. Riippuen kunkin tarkastelemista laitteista/sovelluksista/teknologioista pohtikaa hieman kuinka valituissa lähestymistavoissa siirtotien/siirtoverkon tehokas käyttö on huomioitu. Onko kyse kanavoinnista vaiko verkkotekniikoista joilla tehokkuus ja yhtäaikainen käyttö saadaan aikaiseksi.

Kaikissa valitsemissani esimerkeissä käytetään siirtotienä ilmatietä eri radiotaajuuksissa. Mobiiliverkoissa käytetään solutyyppistä ratkaisua, joissa eri soluilla on omat taajudet, jotka eivät häiritse rinnakkaissoluja. Esim. CDMA tyyppisessä mobiiliverkossa solun alueella jokainen käyttäjä voi käyttää hyväkseen koko saatavilla olevaa taajuuskaistaa lähetyksessä ja vastaanotossa. Käyttäjät erotetaan toisistaan yksilöllisellä koodilla. Wlan verkossa jaetaan ilmatietä DSSS tekniikalla, mikä mahdollistaa että samalla taajuusalueella voi olla useampi käyttäjä. DVB-T2 ilmatiessä kanavat siirretään ryppäinä, joten tätä voidaan pitää tehokkaana kuljetuskanavana, joka toimii tehokkaasti määrätyllä taajuudella.

Kotitehtävä 5

Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.

SMTP sovelluskerroksesta lähettää pyynnön vastaanottajapalvelimelle ja antaa lähetettävän email osoitteen. Kuljetuskerros ohjaa oikean portin käytön, sekä vastaa että päästä päähän yhteys on luotettava mm. virheet, vuonohjaus. Intetnetkerros hoitaa tarvittavan IP (IPv4) osoitteen, jota tarvitaan datapakettien reitittämisessä oikeaan paikkaan. Verkkokerros huolehtii päätelaitteen ja verkon tiedonsiirrosta niihin liittyvin protokollin esim. NAP. tässä tasossa on myös laitteen MAC osoite. Tässä tapauksessa hoidetaan myös PC:n linkittyminen vastapuolen palveluserverille. Fyysinenkerros hoitaa konkreettisen liitynnän verkkoon waikkapaa Ethernet parikaapelilla. Tästä eteenpäin voidaan kytkeytyä ethernet kytkimelle, mikä käyttää MAC ositetta eli toimii verkkokerroksella. Kytkin liittyy esim. kotiverkon reitittimelle, joka taasen käyttää internettason IP osoitettaa reitityksessä.Reitittimen yhteyteen on liitetty firewall tietoturvallisuuden lisäämiseksi. Kotiverkon reitin kytkeytyy internettipalelutarjoajan reitittimeen ADSL modeemin avulla (siirtotie). ADSL käyttää taajuusjakokanavointia puhelinjohdossa, mikä mahdollistaa puheen ja data siirtämisen samassa johdossa samaan aikaan.

Ajankäytön arviointi

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus paikalla kaikki tunnit
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 2
  • Lähiopetus paikalla kaikki tunnit
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 3
  • Lähiopetus paikalla kaikki tunnit
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 4
  • Lähiopetus paikalla kaikki tunnit
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h

Luentoviikko 5

  • Lähiopetus paikalla kaikki tunnit
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h

Tenttiin valmistautuminen 2 vkoa ennen 6 h viimeinen viikko ennen tenttiä joka ilta