meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkonäkemykseni tietoliikenteestä on, että siinnä siirretään dataa digitaalisessa muodossa lähettäjältä vastaanottajalle. Protokolia on monia, kuten myös siirrettäviä formaattia (ääntä… kuvaa… videota… tekstiä…). Itse olen elänyt koko elämäni sitä aikaa, kun internet ja digitaaliset laitteet ovat vallinneet mailmaa, joten tietoliikenne on ollut läsnä kokoajan läheisyydessäni, vaikka siihen tuskin on tullut kiinnitettyä suurempaa huomiota. Nykyisin tietoliikenne on räjähtänyt suureen nousuun kun älypuhelimet ovat valloittaneet mailman ja tuoneet internetin jokaisen ihmisen taskuun hyödynnettäväksi uusien tiedonsiirtoprotokolien avuilla. Nykyisin lähes jokaisessa kotitaloudessa on useampi kuin yksi tietokone, jotka ovat yhteydessä toisiinsa joko LAN tai WLAN. Sähkötekniikan opiskelijana olen itse yrittänyt opetella aikaisemmin mikrokontrollereiden käytössä jonkin verran tiedonsiirtoa, kun muunmuassa kaksi eri prosessoria/kontrolleria yrittää jutella keskenään. Kai kyse on siinnäkin tapauksessa tietoliikennetekniikasta (?).

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Mielestäni oli mielenkiintoista nähdä eri maiden “codec kartta”, jossa oltiin esitetty muunmuassa digitv:n ja/tai dvd:n standardit eri maissa kartalla.

TCP/IP kerrosmalli tuntui olevan johdatus siihen, miten tietoliikenne tekniikan protokolat toimivat. Kerrosmallin esitteleminen ja havainnollistaminen jäivät mieleen kuvien ja esimerkkien avulla. Myös data-paketin kulkeminen monien verkkojen kautta vastaanottavaan/kohteeseen oli havainnollistettu kartassa, jossa oli liitetty monia verkkoja yhteen. Epäselväksi kuitenkin jäi, miten verkot osaavat ohjata paketit taas eteenpäin muihin verkkoihin?

FTP protokolan esitteleminen kahdella(vai kolmella) käytännön “esimerkillä” jäi myös mieleen. FTP:n käyttäminen demostroitiin GUI:lla, komentotulkilla ja lopuksi näytettiin viellä käyttäjän tietokoneen ja kohde palvelimen välinen “keskustelu” TCP/IP muodossa joka havainnollisti kuinka protokolat oikeasti toimivat.

Luentopäivä 2:

Luennot aloitettiin tutustumalla protokoliin, niiden tarpeellisuuteen ja toimintoihin. Toimintoja ovat mm. segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, oikeassa järjestyksessä toimittaminen, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteet, kanavointi tai kuljetuspalvelut. Kyseisiä toimintoja tarkasteltiin hieman pintapuolin ja puhuttiin niiden haitoista ja hyödyistä. Internetistä sekä standardoinnista puhuttiin. Miksi yritykset tekevät sitä? Muutamia yleisiä standardeja sekä standardointi organisaatioita käytiin läpi.

Toinen luentopläjäys käsitteli tietoliikennetekniikkaa hieman teknisemmästä näkökulmasta, joka ei sinäänsä minulle (sähkötekniikan) opiskelijalle tuonut mitään uutta asiaa, vaikka olikin kiinnostavaa. Luennot aloitettiin esittelemällä kuinka analoginen äänisignaali muuntuu analogiseksi sähkösignaaliksi, josta D/A-muunnoksen kautta biteiksi ja näin pääsee tietoliikennetekniikan ihmemailmaan. Jopa sini-aallot tuli kerrattua. Anteennit ja kaapelitkin on käyty mm L fysiikassa ja sähkömagnetismin kurssilla.

Luentopäivä 3:

Siirtotiet voidaan jakaa kahteen kategoriaan, johtimellisiin ja johtimettomiin.

Johtimellisia siirtoteitä:

  • parikaapeli
  • koakselikaapeli
  • valokuitukaapeli
  • sähköjohto

Johtimettomia siirtoteitä:

  • mikroaaltolinkit
  • sateliittilinkit
  • radiotie
  • infrapunalinkki

Vaimeneminen on siirtoteiden haittoja. Johtimellisissa siirtoteissä vaimeneminen on logaritmistä jolloin se voidaan ilmoittaa desibeleinä etäisyyden suhteen. Johtimettomalla vaimenemiseen on useampia tekijöitä, kuten siirtotie ja taajuus. Jotta vaimenemista vastaan voidaan taistella, täytyy alkuperäistä signaalia vahvistaa tietyn välimatkan välein. Analogista signaalia voidaan vahvistaa vahvistimilla ja digitaalisia signaaleja toistimilla. Vapaan tilan vaimeneminen tarkoittaa sitä, kun signaali edetessään hajaantuu kokoajan suuremmalle alueelle. Tämä on mm sateliitti kommunikoinnissa suurin vaimenemisen aiheuttaja.

Luentopäivä 4:

Kahden tyylisiä linkkejä, point to point ja broadcasting. Siirtokapasiteetti voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken. Tätä kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi.

Kanavoinnin luokat

  • Taajuuiskanavointi FDMA (mm ADSL jossa jokainen saa oman taajuutensa puhelinverkosta)
  • Aikajakokanavointi TDMA (Synkroninen / Asynkroninen) (mm kaapelimoteemi jossa jokainen saa oman hetken lähettää ja vastaanottaa)
  • Koodijakokanavointi
  • Aallonpituusjakokanavointi (mm. optisetkuidut jossa kulkevat valonsäteet voidaan erotella aallonpituuden aka värin mukaan ja näin saada monta eri kanavaa tai ilma vai radiosignaalit jolloin monta eri radioteitse etenevää yhteyttä voi olla yhtäaikaa toiminnassa kunhan ne ovat eri taajuuksilla)

Solmut tarjoavat asemille tietoliikenne palvelun ja siirtävät asemien dataa. Data siirretään solmusta solmuun kunnes saapuu vastaanottavan aseman liitäntäsolmuun, joka toimittaa datan perille. Teleliikenteessä puhe/ääni tarvitsee realiaikaisen kommunikointi väylän (piirikytkentä). Datalle on tärkeämpää, että kommunikointi väyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti (pakettikytkentä). Piirikytkentäisessä verkossa yhteyden muodostaminen edellyttää määriteltyä yhteyspolkua kahden aseman välillä. Yhteyspolku on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä. Viestinvälitys piirikytkentäisessä verkossa edellyttää kolmevaihetta:

  • Yhteyden muodostus
  • Datan siirto
  • Yhteyden sulku

Pakettikytkentäisessä verkossa data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten. Paketin koko riippuu pitkälti siirtoverkosta. Solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta. Pakettikytkennäisen verkon tehokkuus on parempi verrattuna piirikytkentäiseen koska piirikytkentäisen verkon kanava on varattu kokoajan vaikka dataa ei kulkisikaan. Pakettejen reitittäminen (eli reitin valitseminen) perustuu verkon rakenteeseen, sen kuormitukseen ja käyttökustannuksiin. Jokainen paketti numeroidaan “uniikiksi” jotta tuplapaketit voidaan poistaa tai hukkuneita kysyä uudestaan.

Luentopäivä 5:

Matkapuhelin verkossa alueet on jaettu soluihin. Soluissa on tietyt kanavat joita voidaan käyttää ottamaan yhteyttä tukiasemaan. Tietyn matkan päässä nämä samat taajuudet voidaan taas toistaa ottamaan yhteyttä seuraavaan tukiasemaan. Solun kapasiteettia voidaan lisätä, joko lisäämällä kanavia, lainaamalla taajuuksia tai jakamalla solu.

Lähiverkot kehitettiin 1970-luvulla korvaamaan kalliit point-to-point linkit. Sittemmin tullut yleisimmäksi verkko tyypiksi. MAC-protokolaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallitsemiseen. Keskitetty tai hajoitettu hallinta. Erityyppiset lanit liitetään toisiinsa siltaamalla.

WLAN pääkohtaiset sovellukset ovat LAN:n jatke, rakennuksesta toiseen yhteydet ja julkiset tilat. Modeemeissa käytetyt taajuudet ja lähetystehot riippuvat maasta ja maanosasta.

Internetworking koostuu laitteistosta ja ohjelmistosta. Sen tarkoitus on kasata pienemmistä verkoista suurempi kokonaisuus, eli internet. Verkkokerros eli IP mahodllistaa useiden yhteenkytkettyjen verkkojen käytön datan siirrossa. IP mahdollistaa mahdollistaa verkkojen välisen pakettejen reitityksen keräämiensä ip-osoitteiden pohjalta. Jokaisella internetin komponentilla tulee olla IP-osoite.


Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: 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. Kurssin edetessä tätä kuvaa laajennetaan sitä mukaan kun uusia osia malliin ilmenee ja lopulta saamme alussa asetettuihin kysymyksiin vastaukset.

tehtava_1_risto_hujanen.png

1: Mitä jos internet kaatuisi päiväksi? Tai pitemmäksi aikaa?

2: GPS on alunperin USA:n sotilaskäyttöön kehitetty järjestelmä. Onko meillä kriisitilanteessa mahdollista menettää pääsy siihen?

3: Viimoiset 10-15vuotta teknologia on kehittynyt erittäin nopeaa vauhtia. Milloin tulemme taitekohtaan ja kehitys pysähtyy?

Kotitehtävä 2

3 protokolaa minun lähiympäristössäni:

1. TCP/IP on kahden protokolan yhdistelmä joka on yleisesti käytetty internetliikennöinnissä. IP on alimmantason protokola joka vastaa, että paketit menevät oikeaan osoitteeseen, kun taas TCP on kuljetuskerroksen protokola. http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_Protocol_Suite

2. HTTP (eli Hypertext Transfer Protocol) on protokola sovelluskerroksella, jota selaimet ja www-palvelimet käyttävät. http://en.wikipedia.org/wiki/Hypertext_Transfer_Protocol

3. FTP (eli File Transfer Protocol) on protokola jota käytetään tiedonsiirtoon kahden tietokoneen välillä. http://en.wikipedia.org/wiki/File_Transfer_Protocol

Kotitehtävä 3

Kolmannessa 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.

-Digi-TV, Digitaalinen, DVB-T (Euroopassa) on antenniverkossa lähetetty maanpäällinen digitv signaali. DVB-C on sama mutta kaapeliverkostossa.

-WLAN, WLAN, IEEE 802.11, langaton lähiverkkoyhteys on tapa jollai tietokoneet voivat olla yhteydessä toisiinsa lähiverkon avulla. IEEE802.11 standardista 802.11g on (wikipedian mukaan) yleisin.

-3G eli kolmannen sukupolven matkapuhelinteknologiat. Käytetty siirtotie puhelimesta mastoon tai sateliittiin ilmanläpi. Euroopan yleisin 3G standardi on UMTS.

Kotitehtävä 4

Minulla on kotitehtävissä ollut esim Digi-TV, WLAN ja 3G. Nämä ovat kaikki tarkoitettu monen käyttäjän käytettäväksi yhtäaikaa, joten ei varmaankaan ole epäselvää, että kyseisissä tekniikoissa käytetään kanavointia.

Digi-TV on broadcasting verkko. Se on tarkoitettu vain lähettämään dataa ja katsojat “vastaanottavat” sitä samaan aikaan. Eritaajuuksille signaalissa on sijoitettu eri kanavat, aivan kuten radiossakin. Digi-TV ehkä hieman huono esimerkki, kun signaali on niin monimutkainen. Taajuuden lisäksi signaalin täytyy olla moniulotteinen jotta jokaiselle pikselille saadaan erikseen väri (RGB), kirkkaus, kordinaatit jne.

WLAN käyttää myös kanavointia. IEEE standardin 802.11 mukaan on asetettu tietyt taajuusalueet joita wlan modeemit käyttävät, ja tietyt välit kuinka leveitä kanavat ovat.

3G ilmeisesti on sekoitus kumpaakin. Kun yhteys puhelimesta lähimpään tukiasemaan otetaan, se muodostetaan ilmateitse. Radiosignaalit käyttävät jotain taajuutta, eikä samaa taajuutta voi käyttää kuin yksi sovellus yhtä aikaa (ilman häiriöitä). Tähän tarvitaan kanavointia. Kun taas puhe tai joku muu kulkee maalinjoja pitki vastaanottajan lähimpään tukiasemaan, se kulkee pakettiverkkoja käyttäen, jolloin verkostosta saadaan suurin teho irti.

Kotitehtävä 5

FTP

FTP on sovellustason sovellus joka on tarkoitettu tiedostojen siirtämiseen kahden palvelimen välillä. FTP toimii TCP/IP pohjaisen verkon päällä. Sovelluksena FTP näkyy käyttäjälle joko graafisena tai tekstipohjaisena komentotulkkina. Yhteys toiseen palvelimeen muodostetaan yleensä IP-osoitteen perusteella, joka jokaisella Internet Protokolaa käyttävällä sovelluksella täytyy olla. Jos yhteys muodostetaan johonkin “osoitteeseen”, selvitetään palvelimen oikea IP-osoite DNS:ltä. Palvelimien välisen reitin muodostaa internetworking, joka huolehtii palvelimien/reitittimien listojen ylläpitämisestä. Se kyselee ja päivittelee kokoajan listaa, mitä minkäkin solmun päästä löytyy. Kun jonkin solmun päästä löytyy taas uusi reititin, se lisätään verkkoon ja sieltä verkosta taas jälleen selvitetään reitittimet. Näin Internet “rakentuu kasaan lähiverkkoyhteyksistä”. Kun FTP-client siis kysyy yhteyttä johonkin toiseen palvelimeen, osaa se sen muodostaa internetworkingin keräämien listojen avulla.

Kun yhteys on saatu muodostettua, ruvetaan FTP protokolaa käyttämään. Eli sillä siis tehdään ilmeisesti jotain. Esimerkiksi jos jokin tiedosto siirretään, FTP protokola kasaa jonkin paketin dataa, siirtää sen alemmalle TCP kerrokselle joka lisää siihen omat datansa ja siirtää sen jälleen alemmalle IP kerrokselle joka jälleen lisää siihen omat datansa ja jälleen edelleen ethernet kerrokselle jolloin paketti on valmis lähetettäväksi eteenpäin. Kun modeemi tuuppaa paketin eteenpäin on uloimpana Ethernet-kerroksen tiedot eli mistä paketti on tulossa ja (tärkeimpänä) mihin se on menossa. Reitittimet huolehtivat datan ohjaamisen oikeaan paikkaan internetworkingin luomien listojen perusteella ja pian paketti onkin siellä missä pitää :).

Paketin saapuessa vastaanottavalle palvelimelle, ruvetaan sitä purkamaan päinvastaisessa järjestyksessä eli alimmalta tasolta. Viimeiseksi vastaanottavan palvelimen application-layer eli FTP (tapauksessamme) saa oikeasta portista sisälle lähetetyn datan ja alkuperäinen tarkotuksemme näin toteutui.

Viikoittainen ajankäyttö

= Luentoviikko 1 =

Lähiopetus: 7 h

Kotitehtävät: 1h

Luennollevalmistautuminen: 1h

= Luentoviikko 2 =

Lähiopetus: 7h

Kotitehtävät: 2h

Luennollevalmistautuminen: 2h

= Luentoviikko 3 = Lähiopetus: 7h Kotitehtävät: 2h Luennollevalmistautuminen 2h

= Luentoviikko 4 =

Lähiopetus: 7h

Kotitehtävät: 2h

Luennollevalmistautuminen 2h

= Luentoviikko 5 =

Lähiopetus: 7h

Kotitehtävät: 2h

Luennollevalmistautuminen 2h


Pääsivulle