Minna Jukan 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.

Langaton tietoliikenne on kiehtova, mutta ah niin arkipäiväinen asia. Tietoliikenteen merkitystä nyky-yhteiskunnassa ei voi korostaa liikaa, joten tulee olemaan mielenkiintoista (sana mielenkiintoinen kuulostaa ihan nuoleskelulta, mutta en keksi parempaa sanaa) perehtyä itse tekniikkaan. Tai sitten ei, se selviää vasta kurssin jälkeen. Iski heti alkuun epäilys liittyykö tämä kurssi ollenkaan tekniikkaan, vai opetellaanko taas vain kolmikirjaimisia lyhenteitä ulkoa ja kysytään niitä sitten tentissä? Luin viime kesänä pari aihetta käsittelevää suomenkielistä kirjaa (Granlund 2001 ja 2007) ja jossain vaiheessa alkoi tuntua siltä, että ymmärsin jotain. Helteet kuitenkin resetoi pään, joten en muista enää kovinkaan paljon. Väitetään, että aivoista ei koskaan katoa mitään, mitä sinne on tallennettu kestomuistiin, ihminen vain unohtaa oikean reitin tiedon luokse. Toivottavasti tämä kurssi pistää reitityksen uudestaan kuntoon.

Tietoliikenne toi luennoilla tehdyssä ennakkotehtävässä mieleeni seuraavat termit WAP, GSM, GPRS, EDGE ja UMTS. Näitä oli hauska verrata luennoilla listattuihin yhteentoista termiin - yksikään ei natsannut omaan listaani. Ehkä käsitykseni tietoliikennetekniikasta painottuu liikaa puhelinverkkoihin.

Granlund, K. (2001). Langaton tiedonsiirto. Docendo Finland Oy. WS Bookwell: Porvoo 2001.

Granlund, K. (2007). Tietoliikenne. Docendo Finland Oy. WS Bookwell: Porvoo 2007.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Termejä, käsitteitä, asioita ja kokonaisuuksia. Paljon uusia lyhenteitä ja muita vastaavia asioita. Termeistä ja käsitteistä on tietysti pakko peruskurssit aina aloittaa. Ruuan jälkeen hieman helpotti, siirryimme käsittelemään kommunikointimalleja, kerrosmalleja ja protokollia. Olen joskus lukenut yliopistossa viestintää ja luennoilla esitetty kommunikointimalli muistutti hämmästyttävästi Shannonin ja Weaverin (1949) yksisuuntaista viestintämallia (informaatiolähde - sanoma - lähetin - signaali (+ hälylähde) - vastaanotettu signaali - vastaanotin - sanoma - kohde). Ainoastaan hälylähde tai kohina puuttui luennoilla esitetystä mallista. Aloin miettiä kumpi oli ennemmin muna vai kana ja päädyin siihen, että Shannon oli keksijä, koska hän työskenteli Bellin puhelinlaboratoriossa ja kehitti mallin puhelintekniikkaa varten. Malli laajeni myös viestintäteorioihin ja nykyisin siitä on monta erilaista variaatiota.

Kommunikointimallin komponentit ja osatehtävät käytiin läpi ja ne oli helposti maalaisjärjellä ymmärrettävissä, kuten komponentit: lähde, lähetin, vastaanotin, siirtojärjestelmä ja kohde, sekä osatehtävät: liitynnät, signaalin luonti, synkrononinti, yhteyden hallinta ja virheen havainnointi ja korjaus. Ahaa -elämys syntyi näiden peilaamisesta Shannonin ja Weaverin malliin. Eihän tämä ole ollenkaan vaikeaa, kun ajattelee asiaa pelkistetysti tyyliin lähde-signaali-vastaanotin.

Tiedonsiirtoverkot, etäverkot, piiri- ja pakettikytkennät ja ATM tuntuivat myös heti tutuilta asioilta. Kunnes sitten alkoi kerrosarkkitehtuuriosuus. Teoreettinen kolmen kerroksen malli meni ensin kovaa ja korkealta ohi, kunnes vihdoin valkeni: verkkokerros, kuljetuskerros ja sovelluskerros ja jokaisella omat prokollat. OSI-malli olikin jo ennestään tuttu Granlundin kirjasta. Tosin nyt ymmärsin paremmin eri kerrosten väliset palvelut palvelupyyntöineen, niiden vastauksineen ja vahvistuksineen. TCP/IP -arkkitehtuurin ymmärtämistä helpottaa sen arkipäiväisyys internetin arkkitehtuurina. Yhteenvetona voidaan todeta, että ensimmäisestä luentopäivästä selvittiin hengissä ja hyvillä fiiliksillä. :)

Luentopäivä 2:

Eri järjestelmien oliot tarvitsevat yhteisen säännöstön - protokollan - voidakseen toimia keskenään. Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Protokollien perustoimintoja ovat segmentointi ja kokoaminen, paketointi (enkapsulointi niin kuin Erja sanoo), yhteyden hallinta, oikeassa järjestyksessä toteutettu toimitus ja vuon valvonta. Segmentointi paketeiksi on ihan perushuttua, paketointi Erjan kursseilta tuttua jne. Yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta ja virheen korjaus maalaisjärjellä ymmärrettävää.

Tietoliikenteen standardoinnin avulla huolehditaan yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä. Tärkeimmät standardointiorganisaatiot ovat Internet Society, ISO, ITU-T, ATM Forum ja IEEE. IETF eli Internet Engineering Task Force vastaa RCF:istä (Request For Comments = joukko asiakirjoja, jotka kuvaavat mm. internetin protokollia). ISO on organisaationa yleinen kattojärjestö, jonka jäseninä ovat kansalliset standardointiorganisaatiot. ITU-T eli International Telecommunication union on YK:n alainen järjestö, jonka jäseniä ovat eri maiden hallitukset. Se tuottaa suosituksia telekommunikointialan ongelmiin.

Stallingisin osiossa mainittiin tehokkaan tiedonsiirron riippuvan kahdesta tekijästä signaalin laadusta ja välityskanavan (välittäjä kuulostaa tyhmältä) ominaisuuksista. Simplex yhteys välittää vain yhteen suuntaan, half duplex vain yhteen suuntaan kerrallaan ja duplex yhteydessä voi puhua päällekkäin samanaikaisesti, eli lähettää kumpaankin suuntaan samanaikaisesti. Signaalinkäsittelyosuus oli mielenkiintoinen. Kävin kerran puolustusvoimien kundien kanssa signaalinkäsittelykurssin ja hauskaa oli. Harmittaa vaan, että olen varma, ettei proffa uskalla kysyä siitä mitään tentissä, joten ei siitä sen enempää. Pari mehevää laskutehtävää tekis gutaa. ;-) Kohinasta se saattaisi kysyä jotain tyyliin, miten se voidaan luokitella tms., mutta en jaksa nyt innostua asiasta.

Siirtotiet voidaan jakaa johtimillisiin, joissa signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin ja johtimettomiin (langattomiin). Johtimillisia on tietty kaikki rasittavat kaapelit, joista kaikki haluaa päästä eroon ja johtimettomia langattomat verkot jne. Johtimettomissa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat siirtotien ominaisuuksia tärkeämpiä.However johtimelliset siirtotiet ovat “so last season”, etten jaksa niistä tässä sen enempää jauhaa paitsi, että suurilla etäisyyksillä analogista signaalia pitää parantaa vahvistimilla ja digitaalisilla toistimilla. Parikaapelityypit voi tietty mainita, että ne ovat suojattu STP, suojaamaton UTP (puhelinkaapeli) ja foliosuojattu FTP. Jos vaikka jäisivät mieleen. Koaksiaalikaapelissa on kaksi johdinta sisäkkäin ja niiden avulla voidaan välittää sekä analogisia että digitaalisia signaaleita. Optinen kuitu tarkoittanee valokaapelia.

Johtimettomat siirtotiet kuulostavat mielenkiintoisimmilta. Niissä signaali etenee väliaineessa antennien avulla. Niillä on kolme taajuusaluetta (näähän mä opettelen ulkoa tenttiin) 30 MHz - 1 GHz (radioaallot), 1 - 40 GHz (mikroaallot tarkasti suunnatuissa antenneissa) ja 300 GHZ - 200 THz (infrapuna point-to-point). Mikroaalloissa signaali vaimenee etäisyyden ja aallonpituuden funktiona. Satelliittilinkit ovat eräänlaisia mikroaaltolinkkejä. Satelliitti vastaanottaa signaalin uplink -kaistalla ja lähettää eteenpäin downlink-kaistalla. Radiotiessa aallot ovat suuntaamattomia ja antennien ei tarvitse olla lautasantenneja. Taajuusalueet ovat 3 kHz - 300 GHz radioaaltoja. Infrapunalähettimissä käytetään infrapuna-alueella olevaa valoa signaalin siirtoon. Lähettimen ja vastaanottimen on oltava keskinäinen näköyhteys, eikä välissä saa olla esteitä (television kaukosäädin).

Luentopäivä 3:

Déjà vu… Siirtotiet. Edellinen oppimispäiväkirja oli siis tehokas, koska muistin mitä olin kirjoittanut. Suurempi kaistanleveys tarkoittaa suurempaa tiedonsiirtonopeutta. Kaikki toiminta tapahtuu aina jollain taajuusalueella, esim. ihmisen puhe on 300 -500 Hz. Signaalin tärkeimmät etenemismekanismit ovat 1. Eteneminen näköyhteysreittiä pitkin, 2. Eteneminen ilmakehän heterogeenisuuksista aiheutuvan sironnan avulla, 3. Eteneminen ionosfäärin kautta, 4. Eteneminen maanpinta-aaltoina. Tälläkin hetkellä lävitseni kulkee kaikenlaisia signaaleja - aika karmiva ajatus, paras vaan jatkaa kirjoittamista. m( Antennityypit jaetaan ympärisäteileviin, suuntaaviin, sektori- ja satelliittiantenneihin. Radiotie eroaa mikroaalto- ja satelliittilinkeistä aaltojen suuntaamattomuudessa, eikä antennien tarvitse olla lautasantenneja. Vaimeneminen aiheuttaa signaalin tehon vähentymistä. Tämä ilmenee amplitudin pienenemisenä. Vaimenemisen vuoksi signaalin tulee olla selvästi voimakkaampi kuin kohina ja signaalia tulee vahvistaa tietyin välimatkoin. Vapaan tilan vaimeneminen tarkoittaa signaalin vaimentumista ilmassa esteettömässä tilassa. Mikroaalloilla ja radioaalloilla se voidaan laskea kaavalla N=10lg(4pii*d/landa)^2.

Kaapelissa vaimeneminen riippuu etäisyydestä ja on suoraan verrannollinen radioaallon taajuuteen. Tällöin pienemmät taajuudet vaimenevat vähemmän kuin suuret, jolloin signaali vääristyy etäisyyden kasvaessa. Myös väliaineella on vaikutusta, esim. ilmassa oleva vesihöyry ja happi leikkaavat eri taajuksia. Esteen sattuessa kohdalle signaali voi joko heijastua, taipua tai sirota. Esteen pintaominaisuuksilla on vaikutusta siihen, mikä edellä mainituista ilmiöistä tapahtuu. Tasaisilla pinnoilla (suhteessa signaalin aallonpituuteen) tapahtuu heijastumista. Tällöin heijastuneilla aalloilla on sama aallonpituus ja etenemisnopeus kuin tulevilla aalloilla. Taipumisessa (diffraktio) radioaallot taipuvat leviävät esteeseen osuessaan. Sirontaa tapahtuu radioaallon törmätessä pienimittakaavaisia epätasaisuuksia sisältävään pintaa. Monitie-eteneminen muistuttaa optisissa kuiduissa tapahtuvaa pulssin dispersiota (leviämistä). Se aiheuttaa virheitä tiedonsiirtoon, jotka johtuvat pulssien välisestä interferenssistä. Radiotie ei ole jäänyt kokonaan historiaan, vaan se on eniten käytetty johtimeton siirtotie matkapuhelinjärjestelmissä, Bluetoothissa, radio- ja TV-lähetyksissä ja langattomissa lähiverkoissa. Infrapuna-alueella olevaa valoa käytetään esim. kaukosäätimissä.

Seuraavaksi käsiteltiin datan muuntamista digitaalisesta datasta digitaaliseksi signaaliksi (esim. unipolar +5V ja 0V), digitaalisen datan muuntamista analogiseksi signaaliksi (ASK, BFSK, BPSK kts.kuva s.24), analogisen datan muuntamista digitaaliseksi signaaliksi (signaalista otetaan näytteitä taajuudella, joka on suurempi kuin 2x korkein taajuus) ja analogisen datan muutamista analogiseksi signaaliksi. Jälkimmäinen perustuu kantoaallon hyväksikäyttöön. Siirrettävä analoginen data, esim. puhe siirretään radioaaltojen avulla radiovastaanottimiin. Luentojen lopuksi käsiteltiin vuon hallintaa ja virheiden havainnointia ja korjausta bittitasolla. Virheenkorjaustekniikoista mainittiin ARQ (Automated Repeat Request), kuten stop-and-wait, go-back-N ja selective-reject.

Luentopäivä 4:

Luennon aiheena oli kanavointi eli multipleksaus. Kanavoinnilla tarkoitetaan siirtokapasiteetin jakamista useamman siirrettävän signaalin kesken. Se perustuu ns. multiplekserin käyttöön, jossa tietty määrä syötteitä yhdistetään yhdelle linjalle lähetyspäässä ja puretaan takaisin vastaanottopäässä. Tällöin yhdellä linjalla on käytettävissään monta kanavaa, jolloin kokonaisdatanopeuden kasvaessa saavutetaan alhaisempi hinta bps. Kanavointimenetelmät voidaan jakaa:

  • Taajuusjakokanavointiin, FDMA Frequency Division Multible Access
  • Aikajakokanavointiin, TDMA Time Division Multiple Access
  • Koodijakokanavointiin, CDMA Code Division Multiple Access
  • Aallonpituusjakokanavointiin, WDMA Wavelength Division Multiple Access

Näistä kaksi keskimmäistä ovat digitaaliseen dataan perustuvia tekniikoita.

FDMA esim. television radio- ja kaapelilähetys tai analogiset kuljetusjärjestelmät FDMA:ssa kukin signaali keskittyy omalle taajuusalueelle (kanavalle) kts. kuva s.8. Se perustuu eri signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille. Data voi olla joko digitaalista tai analogista, mutta itse signaali on aina analoginen. Oikean signaalin erottaminen vastaanottopäässä tapahtuu kaistanpäästösuodattimisen avulla.

ADSL käyttää myös taajuusjakokanavointia Asymmetric Digital Subscriber Line, jossa jakelusuunta on laajempi kuin paluusuunta.

TDMA Perustuu eri signaalien viipalointiin joko bittitasolla, tavutasolla tai suuremmissa yksiköissä. Tekniikkaa voidaan käyttää joko digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille. Synkronisessa TDMA:ssa datan on oltava digitaalista, mutta signaali voi olla joko analoginen tai digitaalinen. Synkronisessa TDMA:ssa siirrettävä data puskuroidaan ja multiplekseri käy puskureita läpi peräkkäin muodostaen niiden sisällöistä siirrettävän signaalin. Siirrettävä data muodostaa aikaviipaleista koostuvia kehyksiä, joista yhden lähteen varaamia aikaviipaleita kutsutaan kanavaksi.Eri nopeuksilla toimivien lähteiden yhdistäminen onnistuu varaamalla eri määrät aikaviipaleita kullekin yhteydelle nopeuden mukaan.Ongelmana kehyksen aikavälin tuhlaaminen, koska suurimman osan ajasta osa yhteyksistä on tyhjillään. Tilastollisessa, asynkronisessa TDMA:ssa tämä ongelma on ratkaistu varaamalla aikavälit dynaamisesti tarpeen mukaan. Tilastollinen TDMA vaatii kuitenkin ohjausinformaatiota sisällytettynä dataan.

CDMA käyttö radiotie Koodijakokanavoinnissa käytetään koko taajuusalue ja kaikki aikaviipaleet. Signaalin lähettävä päätelaite huolehtii koodijakokanavoinnista. WCDMA tarkoittaa laajakaistaista koodijakokanavointia, jossa on sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille (UMTS/3G -verkot).

WDM käyttö optisissa yksimuotokuiduissa Tavallaan FDMA, mutta pelaillaan valolla.

Kanavoinnin jälkeen käsittelimme piiri- ja pakettikytkentäisiä verkkoja. Yleensäkin kytkentäiset verkot koostuvat toisiinsa kytketyistä solmupisteistä. Nämä solmut tarjoavat siihen kytketyille laitteille (asemille) tietoliikenneverkon. Teleliikenteessä käytetään piirikytkentää ja dataliikenteessä pakettikytkentää. Syynä tähän niiden erilaiset vaatimukset teleliikenteessä vaaditaan reaaliaikainen puheväylä, kun taas datalle on tärkeämpää, että kommunikointiväylä käytetään mahdollisimman tehokkaasti.

Viestinvälitys piirikytkentäistä verkkoa pitkin edellyttää määriteltyä yhteyspolkua kahden aseman välillä ja sisältää kolme vaihetta:

  1. Yhteyden muodostus
  2. Datan siirto
  3. Yhteyden lopetus.

Päästä päähän yhteys muodostetaan jo ennen datan siirtoa ja jokainen solmu-linkki kytkentä varaa kapasiteettia yhteyttä varten. Yhteyden muodostamisen jälkeen sen varaamat resurssit ovat käytössä vain siihen asti kunnes yhteys puretaan. Data siirtyy vakionopeudella ja ainoa viive on linkkien välinen etenemisviive. Nyt syntyi tämän kurssin ensimmäinen ahaa-elämys. Piirikytkennässä verkko on resurssi, joka muodostaa yhteyspolun ennen datan siirtoa. Yhteyden muodostus tapahtuu solmujen tekemistä diileistä, joten reitit voivat olla eri yhteydenottokerroilla tilanteesta riippuen erilaisia. Piirikytkennssä signalointi voi tapahtua puheen kanssa samalla kanavalla (kaistansisäisesti, sekaisin puheen kanssa) tai kaistan ulkopuolella tai sitten omalla kanavallaan.

Pakettikytkentäisissä verkoissa data pätkitään pieniin paketteihin siirtoa varten. Paketti sisältää kontrolli-informaatiota, joka ilmaisee pakerin halutun päämäärän. Pakettikytkennällä on paljon etuja piirikytkentään nähden, mutta en jaksa niitä kaikkia luetella tässä yhteydessä. Hauskana yksityiskohtana mainittakoon kyky määrätä paketeteille eri prioriteetteja ja korkeamman prioriteetin pakettien etuajo-oikeus. Pakettikytkennässä on käytössä kaksi eri kytkentätapaa tietosähke ja virtuaalipiiri. Tietosähkeessä (datagrammissa) jokaiselle paketille tehdään erikseen reitityspäätös. Virtuaalipiirissä sellainen tehdään vain Call-Request paketille. Niinpä paketit liikkuvat virtauaalipiirissä nopeammin ja varmasti alkuperäisessä järjestyksessä. Virtuaalipiirissä lähettävä asema lähettää Call-Request paketin, joka etsii parhaimman reitin kohteeseen. Vastaanottajan ollessa valmis vastaanottoon Call-Accept paketin samaa reittiä pitkin, jonka jälkeen lähettäjä lähettää paketin vastaanottajalle vakioreittiä pitkin. Vakioreitti osoittautuu ruuhkatilanteissa datagrammi-lähetystä huonommaksi, koska datagrammi osaa valita reitin ruuhkattoman solmun kautta.

Päivän päätteeksi käsiteltiin reititysstrategioita. Muistiinpanoissani lukee, että viivepohjainen reititystapa pitää tajuta tentissä. Ei mitään muistikuvia asiasta. Luentoslideja selatessa tuntui kuin en olisi koskaan nähnyt niitä aikaisemmin. Muistin ainoastaan kaavan d= d+d+d+d. En ymmärrä miksi muistin sen, mutta en mitään muuta. Toivottavasti asiaa kerrataan seuraavilla luennoilla.

Luentopäivä 5:

Viimeisen luentopäivän anti oli satoja sivuja. Tulostettuina pinkan paksuus oli 1,5 cm (2 slidea sivulle, 2-puoliset sivut). Luin ne silti heti uudestaan läpi luentoja seuraavana päivänä, vaikka sivumäärä tuntui kohtuuttomalta. Luentojen aamupäivä alkoi ripeästi matkapuhelinverkoilla. Jännitin koko aamun niitä pistareita, joten oli vaikeaa keskittyä luennoille. Nykyiset matkapuhelinverkot perustuvat solurakenteeseen, jossa jokaisella solulla on: - oma antenni - oma taajuusalue - oma tukiasema. Tukiasema sisältää lähettimen, vastaanottimen ja kontrolliyksikön. Vierekkäisillä soluilla on eri taajuusalue läpikuulumisen estämiseksi, mutta kauempana toisistaan olevat solut voivat käyttää samoja taajuuksia häiritsemättä tosiaan. Soluverkoston kapasiteettia voidaan lisätä lisäämällä uusia kanavia, käyttämällä samoja taajuuksia tai jakamalla soluja pienempiin osiin. Tällä viimeisellä luennolla syntyi myös jotain keskusteluja, josta muistan tässä yhteydessä elävästi sen, kuinka langattomuudesta puhuttaessa opettaja mainitsi vain liikkuvan lopullisen kohteen ja edellisen aseman välin olevan langaton, joten absoluuttista “langattomuutta” ei ole olemassa. Liikkuvan yksikön ja tukiaseman välissä on kahdenlaisia kanavia kontrollikanavia ja liikennekanavia, joista jälkimmäisen tehtävä on puheen ja datan siirto edellisen keskittyessä huolto- ja yhteyshommiin. Signaalin etenemisen yhteydessä puhuttiin signaalin voimakkuudesta ja häipymisestä sekä siitä miten etenemistä on vaikea ennustaa ja monitie-etenemisestä. Sen jälkeen käsiteltiin häipymätyypit nopea, hidas tasainen (leikkaa tasaisesti kaikkia taajuuksia) ja valikoiva (leikkaa eri lailla eri taajuuksia).

3G -verkot käyttävät CDMA multirate-tekniikka, jossa ydistyvät aikajako- ja koodijakokanavointi. Ei hitsi ymmärsinkö oikein? Kyllä siinä tosiaan lukee “use TDMA within sigle CDMA channel”. Noh, ehkä pienen nallen ei tarvitse ymmärtää kaikkea, ei muuta kuin eteenpäin. 4G tekniikkaa perustuu ortogonaaliseen taajuusjakokanavointiin, jonka etuina mainittakoon, että häipyminen ei koske koko signaalia, monikanavaympäristössä ei tapahdu ISI häiriöitä ja tasaajia ei tarvitse käyttää.

LAN-lähiverkoissa on viime vuosina tapahtunut suuria muutoksia ja erityisesti suurinopeuksiset lähiverkot ovat kehittyneet nopeasti. Lähiverkot ovat yleisiä, koska ne ovat halpa ja helposti saatavilla oleva tekniikka. Lähiverkkojen käyttökohteita ovat: - PC-LAN - Taustaverkot - Nopeat toimistoverkot - Runkoverkko-LAN

PC-LAN yhdistää PC-koneet ja yhteiset resurssit, kuten tulostimet.Taustaverkot yhdistävät suuria järjestelmiä, kuten keskustietokoneita toisiinsa. Nopeat toimistoverkot sisältävät video- ja kuvankäsittelytoimintoja ja Runkoverkko-LAN yhdistää useiden eri rakennusten tai osastojen LAN:t toisiinsa.

Tallennusverkot SAN parantavat asiakaslaitteen ja tallennuslaitteen välistä tehokkuutta. Näissä siirtotie on yleensä toteutettu valokuidulla. Mahdollisia LAN -topologioita ovat väylä, puu, rengas ja tähti. Näistä taisi olla jotain juttua aikaisemmin. Siirtoteinä lähiverkoissa käytetään yleensä koaksiaali- tai parikaapelia, optista kuitua tai radiotietä. LAN:n arkkitehtuuri kattaa kaksi OSI-mallin kerrosta fyysisen kerroksen ja linkkikerroksen. IEEE 802 referenssimallin fyysisen kerroksen tehtävät ovat - signaalien koodaus ja purku - synkronointi - bittien siirto - siirotie ja topologia.

Linkkikerroksessa hoidetaan yhteydet ylempiin kerroksiin. IEEE OSI-mallin kakkoskerroksen työt on jaettu MAC- (medium access control) ja LLC (logical link control layer) alikerroksille. MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan (missä: keskitetty vs. hajautettu hallinta; kuinka: synkroninen, staattinen kapasiteetin varaus vai asynkroninen, dynaaminen kapasiteetin varaus). Käytännössä kaikki lähiverkot yhdistetään johonkin toiseen verkkoon. Kaksi yleistä yhdistystapaa ovat siltaus (yksinkertainen) tai reititys. Virtual LAN, eli VLAN on ohjelmiston luoma lähiverkko. Langattomat verkot (WLAN) noudattavat IEEE 802.11 -standardia.

Internetin pakettikytkimet ja linkit muodostavat pakettikytkentäisen verkot, jota verkkoasemat käyttävät. TCP/IP -malliin kuuluvat fyysinen kerros, linkkikerros, verkkokerros, kuljetuskerros ja sovelluskerros. Sen keskeiset protokollat ovat IP, TCP ja UDP. Näistä IP on verkkokerroksen protokolla, joka mahdollistaa verkkojen välisen reitityksen IP-osoitteiden avulla. Verkkokerroksella toimii myös reititysprotokollia, kuten RIP, OSPF ja BGP. Kuljetuskerros tarjoaa päästä-päähän tiedonsiirron sovelluskerroksen käyttöön. Näistä luotettavan yhteydellisen tarjoaa TCP ja epäluotettavan yhteydettömän UDP. Sovelluskerroksen nimipalvelu DNS (Domain name system) tarjoaa muunnoksen verkkoaseman tunnuksen (host namen) ja IP-osoitteen välillä. ICMP (Internet Control Message Protocol) siirtää viestit reittimeltä ja päätteistä päätteisiin. Antaa palautetta ongelmista ja on kapseloitu IP datagrammiin, eikä siksi ole luottava. ARP (address resolution protocol) tekee mitä? Tarkista wikipediasta. Ei mutta hei, nämähän on niitä ekstroja. Enhän mä näitä opettele ulkoa. Lukaisin nopeasti tietoturvaosuuden läpi. Innoissani luin jopa WWWRF tiedoston läpi, mutta lähinnä siksi, että sen värimaailma oli houkutteleva.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

kotitehtaevae_1_minna_jukka.pptx

Kolme tärkeintä kysymystä edellä olevaan kuvaan liittyen:

1. Miksi silloin, kun Jolle (4 v.) katsoo oktonautteja Yle Areenasta äidin toisella tietokoneella Yle Areenasta katsoma Mercy Peak pätkii?

2. Kotiverkkomme koostuu kolmesta tietokoneesta. Miten tiedostojen hallinta ja verkon toiminta kannattaisi suunnitella, jotta kaikilla koneilla pääsisi käyttämään samoja tiedostoja ja tulostamaan samalla tulostimella?

3. Miksi tietokoneemme aina silloin tällöin kytkeytyy automaattisesti naapurin Heikin langattomaan verkkoon? Huomaakohan Heikki sen?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus:Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvititte laitteita ja palveluita. Tässä kotitehtävässä selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia. Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

TCP/IP

http://tools.ietf.org/html/rfc793

http://tools.ietf.org/html/rfc1883

HTTP

http://tools.ietf.org/html/rfc2616

IMAP

http://tools.ietf.org/html/rfc3501

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: Selvitä mitä tekniikkaa tai protokollia kodin laitteet käyttävät.

ADSL -laajakaista ADSL2+ protokolla, ditaalinen signaali

WLAN 802.11bg, 2,4 GHz, digitaalinen signaali

Yhteys antennista digiboksiin DVB-T, digitaalinen signaali

Yhteys digiboksista televisioon SCART-liitin, analoginen signaali

Yhteys pelikonsolista televisioon SCART-liitin, analoginen signaali

Kännykkäverkot 3G (900 MHz) ja GSM (890 - 915 MHz) , digitaalinen signaali

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus:

Kotitehtävät 4.

Tarkastallaan 4. kotitehtävässä 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.

ADSL -laajakaista ADSL2+ protokolla, ditaalinen signaali

ADSL käyttää taajuusjakokanavointia.

Luentomateriaalin mukaan ADSL käyttää Discrete multitone DMT-tekniikkaa, jossa on monta kantosignaalia eri taajuuksilla ja bitit jaetaan tasan 4 kHz alikanaville.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/ADSL2_frequencies.png

WLAN 802.11bg, 2,4 GHz, digitaalinen signaali

WLAN käyttää lisenssivapaita radiotaajuuksia langattomassa tiedonsiirrossa. Samalla radiotaajuusalueella toimivat laitteet häiritsevät toisiaan tai pahimmillaan estävät toistensa käytön.

Yhteys antennista digiboksiin DVB-T, digitaalinen signaali

DVB-T (Digital Video Broadcasting, Terrestrial) on maanpäällinen digitaalinen (digitaalitelevision) lähetysjärjestelmä. Järjestelmä lähettää pakattua digitaalista audio/video-lähetettä käyttäen OFDM-modulaatiota (COFDM). Suomessa käytetään 8k- ja 2k-järjestelmiä, missä 8k-järjestelmässä kantoaaltoja on 6 817 kappaletta ja ne ovat 1 116 hertsin välein. Lähdekoodaukseen käytetään MPEG-2-koodausta ja nykyään myös MPEG-4:ää eli H.264:ää. Kantoaallon modulointiin käytetään QPSK:ia, 16-QAM:ia ja 64-QAM:ia. DVB-T:n häiriönsieto perustuu ennen modulointia tapahtuvaan virheenkorjausbittien lisäämiseen. http://fi.wikipedia.org/wiki/DVB-T

Eli kyseessä on taajuusjakokanavointi (FDMA). En olisi ilman tätä kurssia ymmärtänyt em. tekstistä mitään, mutta nyt sen hoksasi helposti mistä on kyse.

Yhteys digiboksista televisioon ja yhteys pelikonsolista televisioon SCART-liitin, analoginen signaali

SCART-liittimessä on 21 nastaa, joista jokaisen kautta kulkee eri signaali omaa johtoa pitkin, joten kanavointia ei tarvita.

  1. nasta: Oikea äänilähtö
  2. nasta: Oikea äänitulo
  3. nasta: Vasen/mono äänilähtö
  4. nasta: Äänisignaalien maa
  5. nasta: Sinisen signaalin maa (Blue) (RGB)
  6. nasta: Vasen/mono äänitulo
  7. nasta: Sininen signaali (Blue) (RGB)
  8. nasta: Signaalilähteen ja kuvasuhteen valinta (0-2V → sisäinen, 4.5-7V → ulkoinen 16:9, 9.5-12V → ulkoinen 4:3)
  9. nasta: Vihreän signaalin maa (Green) (RGB)
  10. nasta: Data 2, Q Link, vanhoissa videonauhureissa kellosignaalin lähtö
  11. nasta: Vihreä signaali (Green) (RGB)
  12. nasta: Data 1
  13. nasta: Punaisen signaalin maa (Red) (RGB), S-videosignaalin C-komponentin maa
  14. nasta: RGB-valintajännitteen ja datasignaalien maa
  15. nasta: Punainen signaali (Red) (RGB), S-videosignaalin C-komponentin tulo ja lähtö
  16. nasta: RGB-valintajännite (0-0.4V → komposiitti, 1-3V → RGB)
  17. nasta: RGB-tahdistuslähdön, komposiittivideolähdön ja S-videosignaalin Y-komponentin lähdön maa
  18. nasta: RGB-tahdistustulon, komposiittivideotulon ja S-videosignaalin Y-komponentin tulon maa
  19. nasta: RGB-tahdistuslähtö (sync), komposiittivideolähtö, S-videosignaalin Y-komponentin lähtö
  20. nasta: RGB-tahdistustulo (sync), komposiittivideotulo, S-videosignaalin Y-komponentin tulo
  21. nasta: Kaapelin suojavaippa (rungossa).

http://fi.wikipedia.org/wiki/SCART

Kännykkäverkot 3G (900 MHz) ja GSM (890 - 915 MHz) , digitaalinen signaali

Luentomateriaalin mukaan GSM-verkko perustuu synkroniseen aikajakokanavointiin (TDMA) ja 3G -verkot perustuvat laajakaistaiseen (WCDMA) koodijakokanavointiin, jossa on sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille.

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.

Sovellukseksi valitsin langattomat lähiverkot (IEEE 802.11) ja käsittelen niiden tietoturvaa myös kotitehtävän toisessa osuudessa. Päästäkseen WLAN ympäristöön työaseman täytyy olla varustettuna WLAN-adapterilla, joka voi olla kiinteä, tietokoneeseen liitettävä kortti tai valmiiksi emolevyyn integroitu ominaisuus. Kortissa on lähetin ja vastaanotin, jonka avulla yhteys toisesta koneesta tukiaseman kautta toiseen koneeseen voidaan toteuttaa. WLAN ympäristössä voidaan käyttää radioaaltotekniikka tai infrapunatekniikkaa tiedonsiirrossa. Infrapunatekniikka on huonompi ratkaisu koska se ei pysty läpäisemään läpinäkymättömiä esteitä ja vaatii toimiakseen joko suoran tai heijastetun näköyhteyden tietoa välittävien koneiden kesken. Langaton verkko on aina jaettu siirtotie. Jokaiselle WLAN-laitteelle voidaan myös varata oma, tietty taajuusalue, jolla se lähettää ja vastaanottaa tietoa. Jokaisen laitteen taajuusalue on suunniteltava tarkasti, ettei tapahdu yhteentörmäyksiä toisten koneiden lähettämien tietojen kesken.

WLANien toiminta perustuu siihen, että asiakas liittyy verkkoon lähettämällä assosiointipyynnön, joka sisältää halutun tukiaseman SSID:n. Tukiasema vastaa pyyntöön, joko hyväksyen tai hyläten. Asiakas voi erota verkosta lähettämällä deassosiointi-pyynnön. Wlanissa ei tarvita mitään erillistä siirtotietä, sillä data liikkuu sähkömagneettisina aaltoina työasemien ja tukiasemien välillä. Tukiasema vastaanottaa, puskuroi ja lähettää dataa langattoman ja langallisen lähiverkon välillä.

Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

Periaatteessa kaikissa radiotaajuudella toimivissa verkkotekniikoissa on ollut tietoturvaongelmia, mm. GSM ei ole turvallinen. WLAN:ssa ongelmana on se, että kaikki hallinta-viestit lähetetään selväkielisinä ja autentikointipalvelu on todella huono. Lisäksi tukiasema ei todenna itseään ja WEP-salaus on heikko. Koska WLAN:t toimivat lisensoimattomilla taajuuksilla, ne ovat erityisen alttiita signaalin häirinnälle. Esimerkiksi BlueTooth toimii samalla taajuusalueella kuin WLAN:t. Salaukseen voidaan käyttää eri protokollia (WEP, WPA, WPA2), mutta ne eivät ole pakollisia. WPA ja varsinkin WPA2 ovat turvallisempia kuin WEP-salaus. WLANit helpommin vakoiltavissa verrattuna langallisiin verkkoihin, koska WLAN-verkon signaalit kulkevat julkisessa ilmatilassa. Tietoliikennettä voidaan salakuunnella, ja se on hyvin vaikeasti estettävissä ja mahdotonta havaita. Tukiaseman kautta pääsee sisään verkkoon. Koska WLAN on yleensä kytketty langalliseen lähiverkkoon, WLANiin tunkeutuja pääsee käsiksi sitä kautta koko verkkoon. Ulkopuolinen voi myös katkaista yhteydet. Koska WLAN toimii vapaalla radiotaajuusalueella, on mahdollista kuormittaa koko taajuusalue siten, että verkossa ei voi enää liikennöidä. Verkkoa on mahdollista ylikuormittaa myös jatkuvilla tarpeettomilla palvelupyynnöillä.Kuka tahansa voi pystyttää tukiaseman. Verkkoon tunkeutumisen jälkeen ulkopuolisen on helppoa pystyttää oma tukiasemansa.

Usein kotikäyttäjät ajattelevat, ettei heidän tarvitse suojata verkkoaan, koska heillä ei ole mitään salaista tietoa. Murrettua verkkoa voidaan kuitenkin käyttää esimerkiksi:

- laittomaan tiedostonjakoon

- muihin koneisiin murtautumiseen

- roskapostin lähetykseen tai

- muihin laittomuuksiin.

Usein suurin tietoturvaongelma ei olekaan tekniikka, vaan ihminen itse ja hänen asenteensa. Myös langattomat kotiverkot tulisi suojata hyvin. Mikäli verkkoa käytetään laittomuuksiin sen omistaja voi joutua rikosoikeudelliseen vastuuseen, vaikka ei olisikaan itse tehnyt mitään rikollista.

Ajankäytön arviointi

  Luentoviikko 1
      Lähiopetus 7 h
      Kotitehtävien tekoa 4 h
  Luentoviikko 2
      Lähiopetus 0 h
      Oppimispäiväkirja 2 h
      Kotitehtävien tekoa 1 h
  Luentoviikko 3
  Lähiopetus 7 h
      Oppimispäiväkirja 2 h
      Kotitehtävien tekoa 1 h
  Luentoviikko 4
  Lähiopetus 7 h
    Oppimispäiväkirja 2 h
    Kotitehtävien tekoa 2,5 h
    Pistareihin lukua 4 h
    Luentoviikko 5
  Lähiopetus 7 h
    Oppimispäiväkirja 1,5 h
    Kotitehtävien tekoa 1 h
    Tenttiin lukua 25 h