meta data for this page
  •  

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.

Sanoisin olevani tietoliikenteen peruskäyttäjä, joka hyödyntää tietoliikennettä työssä, webbipalveluissa ja kotona. Ymmärykseni tietoliikenteen perusteista liikkuu yleisellä tasolla. Tietoliikenteestä on sekä hyviä että huonoja kokemuksia. Hyvistä mainittakoon netin tuomat mahdollisuudet ja näiden tuomat helpotukset arjen askareisiin. Huonoista puolestaan voisin mainita 3G yhteyksien peitealueen rajallisuuden, joka ilmenee varsinkin mobiililaajakaistan käytössä haja-asutusalueilla. Kiinteä laajakaista on toimivuudeltaan luotettavampi mutta toki myös monesti kalliimpi ja 'paikkaansidottu' vaihtoehto.

Avainsanoja: LAN; WLAN, Bluetooth, Internet, 3G, VPN ja WWW.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Kommunikointimalli on teoreettinen malli, joka kuvaa tietoliikenneprosessia eli tiedon siirto eri laitteiden välillä. Tehtävänä kuvata kahden osapuolen välinen informaation välitys. Komponentit: lähde, lähetin, siirtojärjestelmä, vastaanotin ja kohde. Maliin kuuluvat termit: 1) informaatio (datan merkitys), 2) data (tiedon esitysmuoto) ja 3) signaali (tiedon fyysinen esitystapa). Yksinkertaisimmillaan tiedonsiirto on kahden P2P laitten kommunikointia. Kommunikointiverkko (WAN, MAN, LAn ja PAN) tarjoaa ratkaisun useiden laitteiden väliseen kommunikointiin ja näiden etäisyyksien ollessa pidemmät.

Järjestelmien välinen kommunikointi tapahtuu osakokonaisuuksittain eli kerroksittain. Tästä syntyy kerrosarkkitehtuuri/kerromalli, jolla hallitaan järjestelmää paremmin. OSI (Open System for Interconnection) ja TCP/IP. Kerrrosten määrä ja toiminnot vaikuttavat hallintaan > OSI 7 kerrosta (fyysinen, siirtoyhteys, verkko, kuljetus, istunto, esitystapa ja sovellus), TCP/IP 5 kerrosta (perus, verkko, Internet, kuljetus ja sovelus). Yhden kerroksen toiminnot eivät saisi vaikuttaa toisten kerrosten määrittelyihin. Kommunikointi tapahtuu alimman kerroksen kautta. Teoreettinen kolmen kerroksen malli: sovellus, kommunikointi ja verkko > verkkokerros (network access layer), kuljetuskerros (transport layer) ja sovelluskerros (application layer). Kerroksen protokollan avulla kerrokset keskustelevat keskenään > tiedosto (esim. ftp), kuljetus (esim. TCP) ja verkko (esim. Ethernet). OSI mallissa kullakin kerroksella on oma funktio ja kerros tarjoa paalveluita ylemmille kerroksille. Kerroksen muutokset eivät vaikuta muihin kerroksiin. Malli nopeuttaa standardointia ja näin protokollien kehitystä. Palvelut voivat olla vahvistettuja (pyyntö, osoitus, vastaus ja vahvistus) tai vahvistamattomia (pyyntö ja osoitus). TCP/IP-mallin perusajatus on yksi yhteinen protokolla, IP, joka eristää peruskerrokset ylemmän portaan protokollista. TCP/IP-malli sisältää yhteisiä piirteitä OSI-malliin. TCP/IP -malli muodostaa hierarkian, jossa kaikki kerrokset ovat näkyvissä sovelluksille. OSI-mallissa alimmat kerrokset ovat piilotettuja.

Luentopäivä 2:

Protokolla on eri järjestelmien olioiden kommunikointikieli. Osapuolten tiedettävä, mitä, kuinka ja koska. Protokolla koostuu 1) syntaksista, 2) semantiikasta ja 3) ajoituksesta. Kommunikointijärjestelmiä ovat mm. P2P, multipoint-broadcast network eli monipisteinen jakeluverkko, switched network eli kytkentäinen verkko ja Internet. Protokolla voi sisältää yhden tai useamman toiminnon; segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteet, kanavointi ja kuljetus.

Standoinnin tehtävänä on huolehtia fyysisestä, sähköisestä ja toiminnallisesta yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä. Standardoinnin etuja on mm. markkinoiden vahvistaminen tuotteille massatuotantoa varten ja mahdollistaa laitteiden yhteensopivuus. Haittoina on standardoimisprosessin hitaus, useiden samankaltaisten standardien olemassaolo sekä salintavaiheessa tehtävät kompromissit. Standardoimisprosessi on määritelty RFC:nä (2026).

Datan siirtäminen onnistuneesti riippuu siirrettävän signaalin laadusta ja välityslaitteesta. Datan siirtäminen tapahtuu välittäjän ja vastaanottajan välillä joko johtimellisesti (esim. kuparikaapeli) tai johtimettomasti (esim. radioaalto). Tiedonsiirto voi olla yksisuuntainen, siirtäminen tapahtuu vuorottain tai siirtäminen tapahtuu samanaikaisesti. Signaali voi olla analoginen, digitaalinen, jaksollinen tai jaksoton.

Luentopäivä 3:

Tieto siirretään siirtoteitse eri järjestelmien välillä. Siirtotie voi olla joko 1) johtimellinen (ohjattu), jossa signaalit kulkevat fyysistä reittiä pitkin tai 2) johtimeton (ohjaamaton), jossa tieto siirtyy langattomasti. Johtimellisessa siirrossa (mm. valokuitukaapeli ja sähköjohto) siirtotie vaikuttaa signaalia enemmän tiedonsiirron laatuun. Johtimettomassa (mm. radiotie ja mikroaaltolinkit) signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat siirtotien ominaisuuksia tärkeämpiä. Kaistanleveys vaikuttaa johtimellisen siirtotien tiedonsiirtonopeuteen ja siirtoteillä voidaan välittää analogisia sekä digitaalisia signaaleja. Johtimettommassa siirtotiessä signaali etenee ilmassa tai muussa väliaineessa suunnatun tai suuntaamattomien antennien välityksellä. Johtimettoman siirtotien perustaajuuden ovat 1) 30 MHz-1 GHz ympärisäteileveät sovellukset (radioaallot), 2) 1-40 GHz mikroaallot (tarkasti suunnatut antennit) ja 3) 300 GHz-200 THz infrapuna-alue (esim. huoneen P2P kommunikointi).

Tavallisin digitaalinen järjestelmä on binäärijärjestelmä, jossa käytetään arvoja 0 ja 1. Tiedonsiirrossa tehdään analoginen-digitaalinen (AD-muunnos). Järjestelmässä tieto liikkuu bitteinä. Analogisessa tiedonsiirrossa signaali vastaa siirrettävää dataa ja järjestelemässä voi olla ääretön määrä lukuja.

Asynkroninen tiedonsiirrossa lisätään dataan ohjaustietoa, joka vaatii osan siirtokapasiteetista. Liikennöivillä osapuolilla on oltava samat tiedonsiirtoasetukset. Synkronisessa tiedonsiirrossa nopeus aikaansaadaan tahdistussignaalista ja siirtokapasiteetti on lähes täysin hyödynnettävissä.

Luentopäivä 4:

Kanavointi eli multipleksointi tarkoittaa siirtokapasiteetin jakamista useamman signaalin kesken. Kanavoinnissa syötteet (multiplekserit) yhdistetään yhdelle linjalle lähetyspäässä ja puretaan vastaanottopäässä. Yleisesti tätä käytetään mm. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvaan runkoverkkoon (radiotiellä esim. matkaviestinverkko). Jako seuraavasti: 1) taajuuskanavointi, 2) aikakanavointi (syknroninen/asynkroninen), 3) koodijakokanavointi ja 4) aallonpituusjakokanvointi).

Kytkentäinen verkko koostuu solmupisteistä (node), jotka tarjoavat asemille (esim. PC) tietoliikenneverkon palvelun ja asemien datansiirron. Data siirretään solmusta solmuun siihen saakka kunnes data saapuu vastaanottavan aseman liitäntäsolmuun, joka toimittaa datan perille. Sitä luotettavampi verkko mitä enemmän solmuja on. Perinteinen tietoliikenteen jako perustuu sovellusten (ääni/data) vaatimuksiin: 1) teleliikenne (puhelinverkot > reaaliaikainen väylä > piirikytkentä)) ja 2) dataliikenne (dataverkot > tehokas väylän käyttäminen > pakettikytkentä). Piirkytkentäinen verkossa kommunikaatio edellyttää määritellyn polun (kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä) kahden aseman välillä. Viestin välityksessä kolme vaihetta: 1) yhteyden muodostus (piirin muodostus), 2) datan siirtäminen ja 3) yhteyden lopetus (piirin purku). Pakettikytkentäisessä verkossa data paketteihin, joka sisältää käyttäjän dataa sekä kontrolli-informaatiota (esim. osoite). Paketit varastoidaan reitin solmuissa, josta ne lähtevät seuraavalle solmulle. Pakettikytkentäinen verkko on tehokkaampi linkkien jaettavuuden vuoksi. Piirikytkentäinen verkko varaa kanavan tietylle yhteydelle. Pakettikytkentöjä on kahdenlaisia: 1) tietosähke/datagrammi, jossa paketti on itsenäinen ja 2) virtuaalipiiri eli virtual circuit, jossa lähettävä asema lähettää Call-Request paketin jonka vastaanottaja hyväksyy Call-Accept paketilla. Kommunikointi tapahtuu samaa reittiä käyttäen. Yhteys loptetaan Clear-Request paketilla.

Luentopäivä 5:

Mobiiliverkko kehitettiin kasvattamaan matkapuhelinpalveluiden kapasiteettia. 3G on ns. kolmannen sukupolven huippunopea lankaton matkapuhelinteknologia, joka tukee multimediaa, dataa ja videota. 3G:n johtava teknologia on CDMA. 4G seuraa edeltäjäänsä 3G:tä. 4G on virtuaalinen verkko, jossa eri verkkoja ja järjestelmiä yhdistetään. 4G viittaa LTE-teknologiaan (Long Term Evolution).

Paikallis- eli lähiverkko on yleisin verkkotyyppi. Tämä yhdistää tietokoneet ja yhteiset resursit keskenään. LAN:n yhdistäminen internettiin, LAN-to-LAN VPN ovew internet -ratkaisut. LAN käyttää OSI -mallin fyysistä- ja linkkikerrosta. IEEE 802 referenssimalli. Typologia ja siirtomedia: väylä, puu, rengas ja tähti.

Internetworkingissa yhdistetään esim. kahden yrityksen verkot toisiinsa. Internet protokolla esim. nimipalvelu DNS.

KOTITEHTÄVÄT

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa.

Kodin laajakaista:

Käytössäni on Soneran viihdepaketti, joka on hyvä esimerkki tämän päivän verkkopalveluista siihen liittyvine laitteineen.

Tähän kokonaisuuteen kuuluu itse laajakaistayhteys, joka teknisesti on toteutettu ADSL tai valokuitutekniikalla; laajakaistaan kytketty päätelaite, joka toimii myös Wlan-tukiasemana sekä HD-digiboksi. Tässä esimerkki näiden yhteenlinkittymisestä:

PC:llä käytetään yleisiä nettipalveluita esim. verkkopankki ja sähköposti, kirjaudutaan VPN-yhteydellä työverkkoon (etätyömahdollisuus) tai opiskeluympäristöön (LUT).

Käytetään erilaisia WWW jne. sovelluksia.

Tulostin on kytketty Wlan yhteydellä kodin sisäverkkoon mahdollistaen tulostamisen langattomasti eri laitteilta.

Uudet TV:t, joissa on myös verkkoliitäntä mahdollistavat aivan uudenlaisen TV:n katselun/ nettiselailun. Tallentaminen tapahtuu myös suoraan verkkoon. Älypuhelimet on kytketty langattomasti kodin verkkoon.

Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää:

1. Millainen on kodin tietoliikenteen toimintalogiikka? 2. Mitkä ovat tulevaisuuden verkkopalvelut/laitteet? 3. Tarvitsenko sosiaalista mediaa (Facebook, Twitter, Google +, jne.)?

Kotitehtävä 2

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

1. TCP, luo yhteyksiä tietokoneiden ja laitteiden välille, joilla on pääsy internettiin (http://fi.wikipedia.org/wiki/TCP/IP TCP on standardoitu RFC-dokumentissa http://tools.ietf.org/html/rfc793).

2. WLAN, Langaton lähiverkko (Wireless Local Area Network, Wireless LAN, WLAN) on datan siirtomedia, joka käyttää radioaaltoja perinteisen kuparikaapeloinnin sijaan yhdistäessään tietokoneet verkkoon (http://materiaali.osao.fi/kaul/verkko-opetus/datanomi/tietojarjestelmien_kaytto_ja_kehittaminen/lahiverkko_internet/lanjaint/verkkomedia_ja_komponentit/wlan.pdf).

Langattomien WLAN-yhteyksien standardi on IEEE 802.11 (http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11).

3. 3G, matkaviestinnän kolmas sukupolvi. Datan siirtoo´n 3G-puhelimet käyttävät umts-verkkoa, joka nopeuttaa ja helpottaa mobiilin internetin käyttöä. ((http://www5.sonera.fi/ohjeet/3G_ja_4G).

Yleisin 3G standardi on UMTS, (http://fi.wikipedia.org/wiki/UMTS).

Kotitehtävä 3

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.

1. IPTV (DigiTV), käyttää siirtotienä IP-verkkoa (http://fi.wikipedia.org/wiki/IPTV).

Koodaus tapahtuu käyttäen MPEG-2 ja MPEG-4 standardeja (http://www.ficora.fi/attachments/suomiry/5wVjAqUl9/TRaportti022008.pdf).

2. WLAN (kodin lähiverkon tukiasema), tiedonsiirto tapahtuu radioteitse.

WLAN käyttää sähkömagneettisia aaltoja tiedon välittämiseen kommunikoivien osapuolien välillä, joten erillistä fyysistä siirtotietä ei tarvita. (http://www.google.fi/url?sa=t&rct=j&q=wlan%20siirtotie&source=web&cd=8&ved=0CGYQFjAH&url=http%3A%2F%2Fwww.wlan.puv.fi%2FWLAN5.ppt&ei=PNfUTvigNurf4QTtq93BAQ&usg=AFQjCNHbadlcj8eQP7RrfK6UzYOsJIboCQ&cad=rja)

Wlan toimii tyypillisesti 2,4 GHz:n taajuudella (http://fi.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11).

3. 3G (puhelimet), 3G yhteyksissä tiedonsiirto tapahtuu piiri ja pakettikohtaisesti. (http://www.tsk.fi/tsk/termitalkoot/hakemistot-267.html?page=get_id&id=ID279&vocabulary_code=TSKTT).

Taajuusalue on tyypillisesti 900Mhz/ 2100Mhz (http://fi.wikipedia.org/wiki/UMTS).

Kotitehtävä 4

Tarkastallaan 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.

DigiTV:

Erottamalla sovellus datasta säästetään tarpeetonta siirtoverkon käyttöä. Lisäksi tällä tavalla eri sovellukset voivat käyttää samaa dataa.

- Tässä kyse on siis verkkotekniikoiden tehokkaasta hyödyntämisestä. (http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/1999/T1971.pdf)

Wlan, 3G:

Verkkoyhteyksissä Wlan-verkko kannattaa vaihtaa 3G-yhteyteen poistuttaessa Wlan-tukiaseman kantoalueelta. Tälla tavoin saavutetaan paras mahdollinen eri verkkotekniikoiden hyödyntäminen.

Asiasta on tehty juuri väitöskirja: https://www.jyu.fi/ajankohtaista/arkisto/2011/10/tiedote-2011-10-12-10-38-54-977483

- Digitaalitekniikkaan siirtyminen on mahdollistanut kehittyneiden kanavointitekniikoiden käyttämisen. Tämä puolestaa on edesauttanut siirtoteiden tehokkaan hyödyntämisen.

Kotitehtävä 5

Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen. Tutustukaa tietoturva-asioihin ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

SSH (Secure Shell)

TCP:n päällä ajettava SSH on salattuun tietoliikenteesen tarkoitettu protokolla. Yleisin käyttötapa on ottaa etäyhteys SSH-asiakasohjelmalla SSH-palvelimeen, jotta päästään käyttämään toista konetta merkkipohjaisen konsolin kautta. SSH:ta hyödyntäviä clienteja ovat mm. openSSH ja PuTTY. Salaus- ja tunnistusmenetelminä voidaan käyttää esim. AES:ia ja Blowfish:iä. Suojatun liikenteen eräs tärkeimmistä periaatteista on käyttää mahdollisimman monessa paikassa erityyppisiä algoritmiä eli salausmenetelmiä. (http://fi.wikipedia.org/wiki/SSH.)

Toiminta

“Yhteyden muodostus ja palvelimen tunnistaminen Asiakasohjelma avaa tcp-yhteyden kohdekoneeseen. Jotta tämä onnistuisi, yhteys pitää olla sallittu kaikissa matkan varrella olevissa palomuureissa ja pääsylistoissa.

Kun yhteys on avattu, palvelin lähettää oman julkisen avaimensa asiakkaalle.

Asiakas vertaa saamaansa avainta omaan tietokantaansa, johon on tallennettu tunnettujen palvelinten julkiset avaimet. Tietokannasta etsitään avain palvelimen IP-osoitteen ja/tai nimen perusteella. Asiakasohjelmalla on yleensä kaksi erillistä tietokantaa. Toinen on konekohtainen koneen ylläpitäjän hallitsema ja toinen on käyttäjäkohtainen ja käyttäjän itsensä hallitsema (Lintulassa tämä löytyy käyttäjän .ssh/ -hakemistosta tiedostosta nimeltä known_hosts). Mikäli palvelimen nimi ja/tai IP-osoite löytyy molemmista tietokannoista, käytetään yleensä ensisijaisesti käyttäjäkohtaista tietokantaa.

Jos palvelimen IP-osoitteella ja/tai nimellä… … löytyvä avain vastaa palvelimen lähettämää avainta, yhteydenmuodostuksen annetaan jatkua normaalista. … löytyvä avain ei vastaa palvelimen lähettämää avainta, käyttäjälle näytetään asiasta virheilmoitus ja katkaistaan yhteys (toiminta on yleensä konfiguroitavissa ssh-asiakasohjelmakohtaisesti). … ei löydy avainta, näytetään käyttäjälle palvelimen lähettämän avaimen sormenjälki ja pyydetään käyttäjää varmistamaan, että sormenjälki vastaa palvelimen julkisen avaimen sormenjälkeä. Jos… käyttäjä hyväksyy palvelimen avaimen, eli on tarkistanut, että palvelimen lähettämän avaimen sormenjälki vastaa todellista palvelimen avaimen sormenjälkeä), palvelimen lähettämä julkinen avain tallennetaan ssh-ohjelman käyttäjän omaan julkisten avainten tietokantaan ja yhteydenmuodostuksen annetaan jatkua normaalista. käyttäjä ei hyväksy palvelimen avainta, eli palvelimen lähettämän avaimen sormenjälki ei vastaa todellista palvelimen avaimen sormenjälkeä ja voidaan siis olettaa yhteyden olevan kaapattu, yhteydenmuodostuksen ei anneta jatkua.

Palvelimen luotettava tunnistus on erittäin tärkeää, jotta voidaan varmistua, ettei yhteyden välissä ole kolmatta osapuolta, joka pääsisi kaappaamaan käyttäjäntunnistustiedot ja/tai yhteyden sisältöä.

Asiakas luo yhteyden salausta varten täysin satunnaisen salausavaimen, jonka se lähettää palvelimelle palvelimen julkisella avaimella salattuna. Palvelin purkaa saamansa salausavaimen omalla salaisella avaimellaan. Jatkossa kaikki liikenne asiakkaan ja palvelimen välillä salataan käyttäen tätä salausavainta ja asiakkaan ja palvelimen yhteisesti sopimaa salausmenetelmää (cipher) käyttäen.” (http://www.cs.tut.fi/lintula/software/ssh/teoria.shtml.)

SSH:lla voidaan suojata FTP-, HTTP- ja muuta samalla tasolla toimivaa liikennettä.

Viikoittainen ajankäyttö

■ Luentoviikko 1 Lähiopetus: 6 h Luentojen läpikäyminen kotitehtävien tekemiseksi: 4 h Kotitehtävä: 4 h

■ Luentoviikko 2 Lähiopetus: 4 h Luentojen läpikäyminen kotitehtävien tekemiseksi: 4 h Kotitehtävä: 4 h

■ Luentoviikko 3 Lähiopetus: - Luentojen läpikäyminen kotitehtävien tekemiseksi: 4 h Kotitehtävä: 4 h

■ Luentoviikko 4 Lähiopetus: - Luentojen läpikäyminen kotitehtävien tekemiseksi: 4 h Kotitehtävä: 4 h

■ Luentoviikko 5 Lähiopetus: - Luentojen läpikäyminen kotitehtävien tekemiseksi: 4 h Kotitehtävä: 4 h