meta data for this page

Joonas Koposen kurssisivu

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne on nykyisen globaalin maailman yksi perusedellytyksistä. Tietoliikennetekniikan sovellukset näkyvät teollistuneiden maiden yhteisöjen ja yksilöiden arkipäivässä. Oletuksenani on, että kurssi tarjoaa perusteellisempaa tietoa koko verkoston toiminnasta.

Termejä: Internet, TCP/IP, LAN, WAN, WLAN, GPS, bitti, digitaalinen, analoginen, kerrosmalli.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Luennolla käytiin läpi monia entuudestaan tuttuja asioita tarkemmin eriteltynä ja esiteltynä (vrt. rautalanka). Uuttakin asiaa oli kerrosmalleista puhuttaessa.

Kommunikointimalli:

  1. informaatio: datan merkitys tietyssä tilanteessa
  2. data: kommunikointiin sopiva tiedon esitysmuoto
  3. signaali: tiedon fyysinen esitystapa

Kommunikointiverkot:

  • WAN, MAN, LAN, PAN (Wide/Metropolitan/Local/Personal Area Network)
  • tiedonsiirto yksinkertaisimillaan kahden laitteen välistä kommunikointia → point-to-point

Piirikytkentä:

  • piirikytkentä perustuu varatun kommunikointipolun muodostamiseen asemien välille verkon solmujen kautta → solmujen jono
  • kunkin solmuparin väliltä varataan kanava
  • generoitu data siirretään tätä polkua pitkin
  • kussakin solmussa data ohjataan oikeaan kanavaan

Pakettikytkentä:

  • pakettikytkennässä ei tarvitse erikseen varata polkua
  • data lähetetään paketteina
  • käytetään erityisesti tietokoneiden välisessä tiedonsiirrossa

Asynchronous Transfer Mode:

  • perustuu soluvälitykseen (cell relay)
  • kiinteän kokoiset paketit (solut)
  • vähentää prosessointia
  • nopea tiedonsiirto
  • yhdistää piirikytkentäajatuksen pakettikytkentään virtuaalipiireillä

Kerrosmalli:

  • lähteen ja kohteen tehtävät jaetaan yleensä osakokonaisuuksiin → hallittavuus
  • OSI:ssa seitsemän, TCP/IP:ssä viisi kerrosta
  • kerrokset tulisi olla määritelty niin, että muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta toisten kerrosten määrittelyihin
  • kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta

Kolmen kerroksen teoreettinen malli:

sovellusmoduuli

  • sisältää kaikki sovellukselle ominaiset toiminnot kuten siirtokomennot, salasanat, tietueet

kommunikointimoduuli

  • huolehtii tiedostojen ja komentojen luotettavasta siirrosta
  • palvelee monia sovelluskerroksen olioita

verkkomoduuli

  • tarjoaa verkosta riippumatta aina samanlaisen palvelun kommunikointimoduulille

Protokolla:

  • järjestelmän kukin kerros toteuttaa omia tehtäviään keskustelemalla vastinolioidensa kanssa → kyseisen kerroksen protokolla
  • syntaksi, kontrolli-informaatio, virheiden korjaus, ajoitus
Luentopäivä 2:

Protokollien toimintoja:

  • segmentointi ja kokoaminen
  • paketointi
  • yhteyden hallinta
  • toimitus oikeassa järjestyksessä
  • vuon valvonta
  • virheen havainnointi
  • osoitteet
  • kanavointi
  • kuljetuspalvelut

Segmentointi ja kokoaminen:

  • protokollan tehtävänä on datavirtojen välittäminen kahden kommunikoivan olion välillä
  • kaikilla kerroksilla ei välttämättä käsitellä samankokoisia lohkoja → segmentointi
  • kokoaminen segmentoinnin vastatoimenpide

Paketointi:

  • datalohkot sisältävät aina ohjausinformaatiota
  • * osoite
  • * virheenkorjauskoodi
  • * protokollan ohjausinformaatio
  • ohjausinformaation lisäämistä kutsutaan paketoinniksi

Yhteyden hallinta:

  • yhteydellinen tai yhteydetön kommunikointi
  • yhteydellinen kommunikointi suotavaa, mikäli
  • * siirrettävää dataa on jatkuvasti paljon ja/tai vaaditaan reaaliaikaisuutta
  • yhteydetön kommunikointi suotavaa, mikäli
  • * protokollan tulee toimia dynaamisesti
  • tärkeä osa yhteyden hallintaa on tietoyksiköiden numerointi eli sequencing

Toimitus oikeassa järjestyksessä:

  • yhteydellisessä kommunikoinnissa vaaditaan yleisesti oikeaa järjestystä
  • jos paketit numeroidaan, niin ne voidaan helposti järjestää uudelleen (numeroiden rajallisuus rajoittava tekijä)

Vuon valvonta:

  • toimenpide, jolla vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta

Virheenkorjaus:

  • käytetään pienentämään virheiden vaikutuksia
  • usein virheen havainnointi ja uudelleenlähetys
  • virheenhavainnointikoodi jokaisessa PDU:ssa (Protocol Data Unit)
  • uudelleenlähetys ohjastettu ajastimilla
  • tapahtuu monilla kerroksilla

Virheentarkkailu:

  • virheiden havainnointi
  • saapuneiden pakettien vahvistus
  • uudelleenlähetys tietyn ajan jälkeen
  • virheellisten pakettien vahvistus

Osoitteet:

  • osoitustaso (ilmaisee kommunikoivan olion tason järjestelmässä)
  • osoituksen laajuus (globaalin osoitteen oltava yksikäsitteinen ja kaikialla käytettävissä)
  • yhteystunnisteet (lähinnä yhteydellisessä kommunikoinnissa)
  • osoitustila (unicast, multicast tai broadcast)

Kanavointi:

  • multipleksointi
  • voidaan käsittää useina yhteyksinä yksittäiseen järjestelmään tai yksittäisellä siirtotiellä (esim. TCP/IP portit)
  • vaihtoehtona yhteyksien kuvaus tasolta toiselle

Kuljetuspalvelut:

  • prioriteetti
  • palvelutaso, palvelun laatu
  • tietoturva

Tietoliikenteen standardointi:

  • standardeja tarvitaan huolehtimaan niin fyysisestä, sähköisestä kuin toiminnallisesta yhteensopivuudesta eri järjestelmien välillä
  • perinteisesti tietokonevalmistajat ovat pyrkineet sitomaan asiakkaat omaan ympäristöönsä
  • verkkolaitevalmistajille yhteistyö on taas kaiken toiminnan perusta
  • yhteistoimintaa vaaditaan kaikkialla
  • + vahvistaa markkinat tuotteille
  • + mahdollistaa yhteensopivuuden niin nyt kuin tulevaisuudessakin
  • - jäädyttää teknologiaa
  • - useita standardeja samalle asialle
  • - kompromisseja kilpailevien ratkaisujen kesken
  • mm. Internet Society, ISO (OSI-mallin kehitys), ITU-T (telekommunikaatio), ATM Forum, IEEE (lähiverkot)

Tiedonsiirto:

  • johtimellinen tai johtimeton
  • analoginen signaali: aikajatkuva eli määrätty kaikilla ajanhetkillä, voi saada mitä tahansa arvoja
  • digitaalinen signaali: aika- ja amplitudidiskreetti, voi saada vain tiettyjä arvoja, yleensä esitetty ykkösinä ja nollina, näytevälin määräämä
  • kaistanleveys:
  • * taajuusalue, jolla välityskanava pystyy toistamaan signaalin määrätyllä vahvistuksella
  • * datamäärä (nopeus), joka voidaan siirtää, bittejä/sekunti
Luentopäivä 3:

En ollut aamupäivän luento-osuudella, mutta kävin tuolloin käydyt asiat lävitse jälkikäteen. Iltapäivän puolella oli kiinnostavaa uutta asiaa signaalin koodaukseen ja modulointiin liittyen.

Yleistä siirtoteistä:

  • sekä siirtotien että signaalin ominaisuudet vaikuttavat tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin
  • johtimellisessa siirrossa siirtotiellä suurempi vaikutus
  • johtimettomassa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat siirtotien ominaisuuksia tärkeämpiä

Johtimelliset siirtotiet:

  • parikaapeli
  • koaksaalikaapeli
  • valokuitu
  • sähköjohto
  • tiedonsiirtonopeus tai laitteiden välinen etäisyys riippuu pitkälti käytettävissä olevasta kaistanleveydestä
  • käytetään lyhyistä tilaajaliitännöistä ja lähiverkoista aina pitkiin runkoyhteyksiin asti
  • siirtoteillä voidaan välittää sekä digitaalisia että analogisia signaaleita
  • suuremmilla etäisyyksillä signaalia pitää vahvistaa/tahdistaa

Johtimettomat siirtotiet:

  • mikroaaltolinkit
  • satelliittilinkit
  • radiotie
  • infrapunalinkit
  • signaali etenee väliaineessa antennien välityksellä
  1. Eteneminen näköyhteysreittiä pitkin (line-of-sight propagation)
  2. Eteneminen ilmakehän heterogeenisuuksista tapahtuvan sironnan (scattering) avulla
  3. Eteneminen ionosfäärin kautta (sky wave propagatation)
  4. Eteneminen maanpinta-aaltona (ground wave propagation)
  • suunnattu/suuntaamaton
  • kolme perustaajuusaluetta:
  • * 30 MHz – 1 GHz: käytetään ympärisäteilevissä sovelluksissa (radioaallot)
  • * 1 – 40 GHz: käytetään erittäin tarkasti suunnatuissa antenneissa (mikroaallot)
  • * 300 GHz – 200 THz: käytetään point-to-point –kommunikointiin (infrapuna-alue)

Vaimeneminen:

  • signaalin amplitudin pienentyminen
  • vastaanotettavan signaalin on oltava tarpeeksi voimakas
  • signaalia tulee vahvistaa tietyin välimatkoin
  • liian voimakas signaali voi tosin aiheuttaa vääristymiä vastaanottimessa

Vapaan tilan vaimeneminen:

  • signaalin vaimeneminen ilmassa, kun mitään esteitä ei ole
  • edetessään signaali hajaantuu yhä laajemmalle alueelle
  • suurin vaimenemisen aiheuttaja satelliittikommunikoinnissa
  • ilmoitetaan desibeleinä tai lähetetyn ja vastaanotetun tehon suhteena
  • johtimellisella siirtotiellä lasku logaritmista
  • johtimettomalla useampia tekijöitä
  • * vaimeneminen riippuu käytetystä taajuudesta ja siirtotiestä
  • * signaalin taajuuskomponentit vaimenevat eri tavalla, joten signaalin muoto vääristyy

Monitie-eteneminen:

  • signaali saapuu kohteeseen useaa reittiä pitkin
  • heijastunut signaali tulee perille väärään aikaan
  • signaalit menettävät osan energiastaan heijastuksen yhteydessä
  • heijastukset summautuvat toisiinsa ja vaikeuttavat signaalien tulkitsemista
  • muistuttaa optisissa kuiduissa tapahtuvaa pulssin leviämistä eli dispersiota

Signaalin koodausmenetelmiä:

  • NZR: Nonreturn to zero-level (NZR-L), Nonreturn to zero inverted (NZR-I)
  • Bipolar-AMI
  • Pseudoternary
  • Manchester
  • Differential Manchester

Modulointimenetelmiä:

  • Amplitude-shift keying
  • Frequency-shift keying
  • Phase-shift keying
  • Quadrature amplitude modulation (ASK-PSK-yhdistelmä)
Luentopäivä 4:

Kanavointi:

  • usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia
  • * siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken
  • multipleksointi eli kanavointi
  • käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa sekä myös radioteillä
  • kanavointi perustuu multiplekseireiden käyttöön: n syötettä yhdistetään yhdelle linjalle lähetyspäässä ja vastaanottopäässä ne jälleen puretaan
  • yhdellä linjalla monta kanavaa käytössä
  • voidaan jakaa:
  • * taajuusjakokanavointi (Frequency Division Multiple Access)
  • * aikajakokanavointi (Time Division Multiple Access), synkroninen/asynkroninen
  • * koodijakokanavointi (Code Division Multiple Access)
  • * aallonpituusjakokanavointi (Wavelenght Division Multiple Access)

FDMA:

  • kukin signaali keskitty omalle taajuusalueelle eli kanavalle
  • perustuu eri signaalien modulointiin eri taajuisille kantoaalloille (kanava = kantoaallon kohdalle keskittynyt kaistanleveys)
  • eri kanavien välille jätetään riittävän suuri varmuusväli estämään kanavien väliset häiriöt
  • siirtotien kapasiteetin tulee ylittää siirrettävien signaalien yhteenlasketut kaistanleveysvaatimukset
  • syötettävä data voi olla digitaalista tai analogista
  • perustuu modulointii, joten signaali aina analoginen
  • käytetään esim. TV-kanavien välittämiseen
  • vastaanottopäässä käytetään kaistanpäästösuodattimia erottamaan oikea signaali
  • ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) käyttää taajuusjakokanavointia
  • * käyttää olemassa olevaa puhelinkäyttöön (4 kHz) tarkoitettua parikaapelia - kaapeleissa voidaan kuitenkin siirtää leveäkaistaisempaa signaalia (yli 1 MHz)
  • * http-pyynnöt palvelimelle (upstream)
  • * www-sivut palvelimelta (downstream)
  • * 25 kHz varattu puheelle
  • * kaiun poistolla tai taajuusjakokanavoinnilla upstream/downstream -jako
  • * käyttää Dicrete multitone -tekniikkaa (monta kantosignaalia eri taajuuksilla - bitit jaetaan tasan 4 kHz alikanaville)
  • ongelmia FDMA:ssa:
  • * kanavien ylikuuluminen, mikäli kantoaaltojen taajuudet liian lähellä toisiaan
  • * pitkillä matkoilla signaalia vahvistettaessa toisen kanavan vahvistus voi luoda taajuuskomponentteja myös toisiin kanaviin

TDMA:

  • voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille
  • perustuu eri signaalien viipalointiin (aikajako)
  • siirtotien kapasiteetin ylitettävä siirrettävien signaalien kapasiteettivaatimukset
  • synkroninen TDMA
  • * datan oltava digitaalista, signaali digitaalinen tai analoginen
  • * n syötettä yhdistetään siirtotielle
  • * * tuleva data puskuroidaan
  • * * multiplekseri käy puskureita läpi peräkkäisesti ja muodostaa puskureiden sisällöistä siirrettävän signaalin
  • * * puskureiden läpikäynnin oltava riittävän nopeaa
  • * siirrettävä data muodostaa kehyksiä (frame), jotka muodostuvat aikaviipaleista
  • * lähteet voivat varata itselleen useampia aikaviipaleita kehyksestä ja sitä kautta nopeuttaa kommunikointiaan
  • * nyt yhdeen lähteen varaamia aikaviipaleita kutsutaan kanavaksi
  • * aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi (hukkaa toisinaan kapasiteettia)
  • * mahdollistaa eri nopeuksilla toimivienn lähteiden yhdistämisen
  • * ei tarvita ohjausinformaatiota datan yhteydessä
  • * epäsäännölliset lähetykset → soveltuu huonosti tietokonekäyttöön
  • asynkroninen eli tilastollinen TDMA
  • * aikavälit varataan dynaamisesti (toisin kuin synkronisessa)
  • * käyttää hyödyksi siirtojen taukoja, joten siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähteiden nopeuksien summa
  • * vaatii ohjausinformaatiota datan yhteyteen

CDMA:

  • käytetään johtimettomilla siirtoteillä
  • käytetään koko taajuusalue sekä kaikki aikaviipaleet, joten:
  • * teoreettisesti tehokkaampi ja taajuuksien käytöltään joustavampi
  • * useat CDMA-järjestelmät voivat toimia samalla alueella, joten verkostosuunnittelu helpottuu
  • * häiriöiden vaikutus pienenee
  • * laitteet kuluttavat vähemmän tehoa
  • analogista tai digitaalista dataa analogisella signaalilla
  • koodijakokanavoinnista huolehtii multiplekserilaitteen sijaan päätelaite
  • * vastaanottajan pitää olla tarkasti selvillä käytetystä koodaustekniikasta voidakseen vastaanottaa saapuvan signaalin
  • * koodausavaimena yksilöllinen tieto esim. laiteosoite (Bluetooth)

WCDMA:

  • Wideband Code Division Multiple Access
  • laajakaistan koodijakokanavointi, sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille (pienemmille suurempi signaalinvahvistus)
  • käytetään esim. UMTS/3G-verkoissa

WDM:

  • optinen kuitu saadaan tehokkaasti käyttöön vasta, kun saadaan siirrettyä useita signaaleja samassa kuidussa
  • käytetään eri taajuisia valonsäteitä, jotka muodostavat kukin oman kanavansa
  • eräänlainen FDMA
  • käytetään yksimuotokuidussa

Kytkentäiset verkot:

  • koostuu toisiinsa kytketyistä solmupisteistä (node)
  • verkkoa käyttäviä laitteita kutsutaan asemiksi (station)
  • solmut tarjoavat asemille tietoliikenneverkon palvelun ja siirtävät asemien dataa
  • * data siirretään solmusta solmuun (kytkentä), kunnes saapuu vastaanottavan aseman liitäntäsolmuun, joka toimittaa datan perille
  • toiset solmut toimivat pelkästään verkon sisäisinä pisteinä, toiset taas ottavat vastaan ja luovuttavat dataa asemille
  • solmujen väliset linkit on jaettu kanavoinnin avulla
  • verkot eivät ole täysin kytkettyjä (ei linkkiä jokaisen solmun välillä)
  • mitä enemmän mahdollisia polkuja solmujen välillä, sitä luotettavammaksi verkko muodostuu

Tele- ja dataliikenne:

  • tietoliikenne perinteisesti jaettu tele- ja dataliikenteeseen
  • teleliikenne:
  • * puhelinverkot (PSTN, ISDN, GSM, …)
  • * puhe/ääni tarvitsee reaaliaikaisen kommunikointiväylän → PIIRIKYTKENTÄ
  • dataliikenne:
  • * dataverkot (lähiverkot, internet, GPRS, …)
  • * tärkeää on, että kommunikointiväyliä käytetään mahdollisimman tehokkaasti → PAKETTIKYTKENTÄ

Piirikytkentä:

  • reaaliaikainen tiedonsiirto
  • kehitetty puheen siirtoon, mutta käytetään myös dataliikenteen siirtoon
  • kommunikaatio pitkin piirikytkentäistä verkkoa edellyttää määriteltyä yhteyspolkua kahden aseman välillä
  • yhteyspolku on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä
  • jokaisessa fyysisessä linkissä loogisia kanavia omistettu viestinvälityksellä ja eri yhteyksille
  • sisältää kolme vaihetta
  1. Yhteyden muodostus
  2. Datan siirto
  3. Yhteyden lopetus
  • päästä-päähän-yhteys on muodostettava ennen varsinaista datan siirtoa
  • * jokaisesta linkistä ja solmun sisäisestä kytkennästä varattava kapasiteettia yhteyttä varten
  • kanavan kapasiteetti on varattuna ko. yhteydelle koko yhteyden ajan, vaikka dataa ei kulkisikaan
  • yhteydenmuodostusaika on merkittävä
  • kun yhteys on kerran muodostettu, sen varaamat resurssit ovat käytössä vain ja ainoastaan ko. yhteydelle niin kauan kunnes yhteys puretaan
  • data siirretään vakionopeudella
  • ainoa viive joka siirron aikana syntyy on linkkien välinen etenemisviive
  • digitaalinen piirikytkentäsolmu sisältää:
  • * verkkoliitännän (network interface)
  • * digitaalisen kytkimen
  • * hallintayksikön
  • signalointi voi tapahtua
  • * varsinaisen puheen kanssa samalla kanavalla joko kaistansisäisesti tai kaistan ulkopuolella
  • * omalla kanavallaan (yhteinen kanava eri datavirroille)

Pakettikytkentä:

  • data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten
  • paketin koko riippuu pitkälti siirtoverkosta
  • jokainen datapaketti sisältää käyttäjän dataa ja kontrolli-informaatiota
  • reitin solmuissa paketit varastoidaan lyhyeksi aikaa ja lähetetään seuraavalle solmulle
  • solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta eli mitä reittiä paketit kannattaa siirtää
  • etuja piirikytkentään verrattuna:
  • * verkon tehokkuus (solmusta-solmuun-linkit voidaan jakaa dynaamisesti kaikilta asemilta tulevien pakettien kesken)
  • * pakettikytkentäinen verkko voi suorittaa datanopeuden muunnoksen
  • * voidaan määrätä eri prioriteetteja paketeille
  • * piirikytkentäisessä verkossa liikenteen kasvaessa suureksi uudet yhteydet estetään, pakettikytkentäisessä verkossa paketit hyväksytään välitysviiveen kasvun hinnalla
  • käytössä kaksi eri kytkentätapaa: tietosähke ja virtuaalipiiri
  • tietosähke/datagrammi:
  • * paketit lähetetään täysin itsenäisinä ilman viittausta muihin jo lähetettyihin paketteihin
  • * jokaiselle paketille toisista riippumaton reitityspäätös solmuissa → reitti ruuhkattoman solmun kautta
  • * vastaanottopäähän paketit saattavat saapua mielivaltaisessa järjestyksessä → järjestely vastaanottoasemassa
  • virtuaalipiiri:
  • * lähettävä asema lähettää ns. Call-Request -paketin, joka etsii sopivimman reitin kohdeasemaan
  • * jos vastaanottaja on valmis vastaanottoon, se lähettää ns. Call Accept -paketin samaa reittiä takaisin lähettäjälle
  • * lähettäjä lähettää pakettinsa vastaanottajalle vakioreittiä pitkin
  • * yhteys lopetetaan Clear Request -paketilla
  • * paketit liikkuvat nopeammin ja varmasti oikeassa järjestyksessä

Piiri- ja pakettikytkentä:

  • kytkentätekniikoiden suorituskykyä mitattaessa tulee ottaa huomioon kolme erilaista viivettä
  1. etenemisviive: kuinka kauan signaali etenee solmujen välillä
  2. siirtoviive: kuinka kauan menee lähettimeltä datalohkon lähetyksessä
  3. solmuviive/prosessointiviive: kuinka kauan solmu prosessoi kytkennän aikana
Luentopäivä 5:

Solukkoverkko

  • avainasemassa matkapuhelinkäytössä
  • radiotaajuuksilla
  • perustuu useampaan, teholtaan alhaiseen lähettimeen
  • tarkasteltava alue jaetaan pienempiin osiin, soluihin
  • * jokaisessa oma vastaanotin
  • * jokaisessa omat taajuuteensa
  • * jokaisessa oma tukiasema
  • saavutetaan suurempi kapasiteetti
  • vähennetään tehonkulutusta
  • vähennetään häiriöitä muiden signaalien kanssa
  • pystytään kattamaan laajempia alueita
  • solut voivat olla jaettuna moniinkin eri muotoihin, tavallisin solun muoto kuusikulmio
  • suurempia soluja jaetaan yhä pienempiin mikrosoluihin
  • käytössä FDMA ja CDMA, jotta kyetään erottelemaan signaalit useasta eri lähettimestä

Taajuuksien uudelleenkäyttö

  • kohteen on jaettava läheisten solujen taajuudet ilman sekaantumisia
  • solut, jotka ovat tarpeeksi kaukana toisistaan voivat käyttää samoja taajuuksia ilman sekaannuksia
  • 10-50 taajuutta solua kohden

LAN

  • lähiverkkokonsepti kehitetty 1970-luvulla korjaamaan kalliit point-to-point -linkit
  • tullut yleisimmäksi verkkotyypiksi, suurinopeuksiset lähiverkot kehittyneet nopeasti
  • halpa ja helposti saatavilla oleva tekniikka
  • kaksi merkittävää suuntausta:
  • * tietokoneiden jatkuva tehonkasvu tuo mukanaan yhä monimutkaisemmat sovellukset
  • * yrityksissä keksitty uusia tapoja hyödyntää lähiverkkoa
  • PC-LAN
  • * yleinen LAN-kokoonpano, yhdistää PC-koneet ja yhteiset resurssit (esim. tulostin)
  • * kriteerinä edullisuus ja laitteiden liittämisen helppous
  • taustaverkot (backened networks)
  • * yhdistävät suurien järjestelmien osia toisiinsa (esim. keskustietokoneet, tallennusverkot)
  • * piirteenä suurien tietomäärien siirto pienellä alueella, hyvä luotettavuus perusvaatimuksena

Lähiverkkojen käyttökohteet

  • nopeat toimistoverkot
  • * perinteisten yhteistyötoimintojen lisäksi toimistoissa nykyään usein nopeita verkkoja vaativia toimintoja
  • * yleensä toiminta-ala laajempi kuin taustaverkossa
  • runkoverkko-LAN
  • * korkeakapasiteettinen LAN yhdistämässä useiden eri rakennusten tai osastojen LANit toisiinsa
  • * etuina yhteen LAN:iin nähden skaalattavuus, hinta ja luotettavuus
  • tallennusverkko
  • * erottaa tallennuslaitteet tietyistä palvelimista, kaikki palvelimet voivat käyttää samaa tallennusverkkoa
  • * siirtotie toteutettu yleensä valokuidulla
  • * parantaa asiakaslaitteen ja tallennuslaitteen välistä tehokkuutta ja tallennuslaitteiden välistä yhteistyötä (varmuuskopio)

LAN-topologioita

  • puu, rengas, tähti, väylä (puun erikoistapaus); [tree, ring, star, bus]
  • erotettava fyysinen ja looginen toiminta
  • * parikaapeli-ethernet fyysisesti tähti, mutta loogisesti väylä

Lähiverkkojen siirtotiet

  • erilaiset siirtotiet vaativat erilaiset laitteistot
  • siirtoteinä koaksiaali- ja parikaapeli, optinen kuitu, radiotie
  • esim Ethernet-kaapeloinnin tyypit:
  • * 10Base5, paksu ethernet
  • * 10Base2, ohut ethernet
  • * 10BaseT, parikaapeli-ethernet

LAN-arkkitehtuuri

  • LAN-ien arkkitehtuuri määritellään normaalisti kerrosmallin mukaisesti kattaen kaksi OSI:n kerrosta
  • * fyysinen kerros
  • * linkkikerros (MAC ja LLC)
  • * kolmas eli verkkokerros on jo lähiverkosta riippumaton
  • ylemmän tason protokollat siirtävät datalohkoja lähiverkon ylitse
  • IEEE 802 referenssimalli

MAC-protokolla

  • LAN- ja MAN-verkoissa useita käyttäjiä jakamassa siirtotien kapasiteettia
  • MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan
  • MAC-protokollan tekniikoiden tärkeimmät erot selviävät kysymyksillä missä ja kuinka
  • keskitetty, yksi asema jakaa lähetysvuorot
  • * etuna prioriteetit, kapasiteetin varaus, ohitukset, yksinkertainen logiikka
  • * toisaalta koko verkon toiminta liian riippuvainen yhdestä pisteestä ja hallintapiste mahdollinen pullonkaula
  • hajautettu, kaikki asemat toteuttavat hallintaprotokollaa
  • MAC:n toteutus vaihtelee topologian mukaan
  • kompromissi (kustannus, suorituskyky, monimutkaisuus)
  • synkroninen: staattinen kapasiteetin varaus, verrannollinen synkroniseen TDM:ään
  • asynkroninen: dynaaminen kapasiteetin varaus (round robin, varaus, kilpailu)
  • Round robin
  • * toimii vuoroperiaatteella
  • * tehokas, jos useilla asemilla lähetettävää
  • * ei toimi tehokkaasti vain yhden aseman lähettäessä
  • * hallinta keskitetysti tai hajautetusti
  • varausmenetelmä
  • * siirtotien aika on jaettu aikalohkoihin
  • * aikalohkoja varataan tarpeen mukaan
  • * toimii sekä keskeytetysti että hajautetusti
  • kilpailumenetelmät
  • * asemat kilpailevat lähetysajasta
  • * luontaisesti hajautettuja
  • * sopivat purskeiselle liikenteelle
  • * yksinkertaisia ja tehokkaita pienellä kuormalla

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista

Kotini laitteisiin kuuluu kannettava tietokone, joka on HDMI-piuhalla yhdistetty LCD-televisioon. Televisioon on liitettynä myös XBOX360 VGA HD AV -kaapelilla (alkuperäinen kolkkiboksi ei sisällä HDMI-liitäntää) ja Playstation3 HDMI:llä. TV:n äänilähtö on ohjattu erilliseen integroituun vahvistimeen, johon on liitettynä kaiutinpari kaiutinkaapeleilla. Tietokoneen äänisignaali kulkee (HDMI:n lisäksi) erillisen äänikortin kautta edellä mainittuun integroituun vahvistimeen. Sähkökitaraa soittaessani kitara on liitettynä mallintavaan “vahvistinpankkiin”, joka digitalisoi tuloonsa saadun signaalin spesifioidusti. Tämä vahvistinpankki on edelleen yhteydessä tietokoneeseen USB:lla.

LAN on tällä hetkellä odottamassa uutta reititintä, mutta kotiverkko noin ylipäätään koostuu aiemmin esitellyistä PC, X360, PS3 sekä mukanani kulkevasta älypuhelimesta. Verkossa tulee käytettyä lukuisia palveluita: sähköposti, verkkopankki, IRC, Facebook, netti-tv jne.

Kolme kysymyksen kaltaista:

  1. Pilvipalveluiden toimintaperiaate ja tulevaisuuden näkymät
  2. Kuinka yksittäinen käyttäjä käyttää pilvestä saatavaa prosessointitehoa tai mahdollisesti jakaa sitä
  3. GPS:ssä käytetyt virheenkorjausmenetelmät

Kotitehtävä 2

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

  • DLNA/UPnP
  • * DLNA varsinaisesti Sonyn perustama kauppajärjestö
  • * DLNA-sertifioidut laitteet voivat langattomasti kommunikoida keskenään
  • * omista laitteistani Playstation 3 ja älypuhelin tukevat DLNA:ta
  • * UPnP eli Universal Plug and Play, DLNA-laitteidenkin hyödyntämä verkkoprotokollien joukko

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.

Bluetooth:

  • johtimeton kommunikointi, siirtotienä usein ilma
  • taajuusalueella 2,4000 – 2,4835 GHz
  • häiriöiden vähentämiseksi käytetään hajaspektritekniikkaa:
  • * radiotaajuuteen lähetettävä signaali koodataan parametreilla, jotka ovat vain vastaanottajan tiedossa
  • * Frequency-hopping spead spectrum (FHSS) –tekniikka käytössä Bluetoothissa
  • lähetetty signaali moduloidaan joko GFSK:lla (Gaussian frequency-shift keying) tai version Bluetooth 2.0+EDR jälkeen myös π/4-DQPSK:lla (Dualpolarization quadrature phase shift keying, π/4=45°) ja 8DPSK:lla (Differential phase-shift keying)

DVB-T:

  • maanpäällinen digitaalinen digitaalitelevision lähetysjärjestelmä
  • digitaalinen, pakattu data lähetetään käyttäen OFDM-modulaatiota (Orthogonal frequency-division multiplexing) ja lähdekoodaukseen käytetään MPEG-2:sta ja myös H.264:ää
  • Suomessa kanta-aalloille 8-k- ja 2-k-järjestelmät
  • kanta-aalloille käytettyjä modulaatiotekniikoita QPSK (Quadrature phase-shift keying), 16QAM (Quadrature amplitude modulation) ja 64QAM
  • lähetys yleensä taajuusalueella VHF 7 MHz ja UHF 8 MHz

GPS:

  • satelliittipaikannusjärjestelmä
  • siviilikäytössä taajuus L1=1575,42 MHz, sotilaskäytössä L2=1227,60 MHz
  • siirtotienä yleensä ilma
  • jokaisella satelliitilla yksilöllinen C/A-koodi (Coarse/Acquisition), joka lähetetään L1-taajuudella
  • lähetetty data koodataan näennäissatunnaiskoodilla (PNR)
  • L1-kantoaalto moduloidaan siis C/A-koodilla ja PNR:llä (P-koodi), tekniikkana BPSK (Binary phase-shift keying)

Kotitehtävä 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.

DVB-T:

  • taajuusjakokanavointi
  • OFDM:n (Orthogonal frequency-division multiplexing) avulla kantoaalto (RF) jaetaan joko 1705 (2k-järjestelmä) tai 6817 kantoaaltoon

Olen käsitellyt matkapuhelimiin liittyen jo Bluetoothia (perustuu point-to-point-yhteyksiin) ja GPS:ää, joten muutamia lisäyksiä:

GSM:

  • maailmanlaajuinen matkapuhelinjärjestelmä, radiotaajuuksilla toimiva soluverkko
  • toisen sukupolven (2G) tekniikka
  • riippumatta käytetystä taajuudesta yksittäiselle puhelimelle varataan oma “aikaviipale”
  • käytössä siis TDMA eli aikajakokanavointi

3G:

  • tehokkaampaa verkonkäyttöä varten käytössä W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) eli laajakaistainen koodijakokanavointi
  • saman operaattorin solut käyttävät samoja taajuuksia

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

mIRC

  • IRC eli Internet Relay Chat on reaaliaikainen viestintäpalvelu, joka mahdollistaa ryhmäkeskustelun (kanavat), kahden henkilön väliset keskustelut ja tiedonsiirron käyttäjien välillä (DCC-protokolla)
  • IRC on avoin protokolla, joka käyttää TCP:tä
  • mIRC on eräs Windows-pohjainen asiakasohjelma, joka ottaa yhteyden IRC-palvelimeen ja tarjoaa helposti lähestyttävän ja käytettävän käyttöliittymän
  • käsittää myös mIRC-ohjelmointikielen
  • IRC-palvelimet muodostavat kytkeytyessään toisiinsa edelleen IRC-verkkoja, joista tunnetuimpia ovat IRCnet, Quakenet, EFnet ja Undernet
  • käytetty portti yleensä 6667 tai välillä 6665-6670
  • käyttöliittymään syötetyt komennot etenevät paketteina palvelimelle, joka ohjaa komennot (yhteyden muodostus (kolmitiekättely), tiedon siirto, yhteyden katkaisu (nelitiekättely))
  • versiosta 7.1 lähtien Unicode-merkistöstandardi
  • viestitykset
  • * käyttäjältä käyttäjälle
  • * käyttäjältä kanavalle
  • * käyttäjältä host/palvelin peitteelle (peite on tunnus, jonka alaisuudesta löytyy tietyt käyttäjät)
  • * käyttäjä antaa listauksen osoitteita ja palvelin käsittelee listan ohjaten alkiot eteenpäin
  • * käyttäjältä palvelimelle
  • * palvelimelta palvelimelle
  • turvallisuus
  • * palvelimen on tunnettava informaatio, joka liittyy linkittyviin kokonaisuuksiin (aiheuttaa yksityisuusongelmia etenkin kanavilla)
  • * yhteydet ovat usein koodaamattomia ja pitkäkestoisia
  • * osa palvelimista tukee SSL-yhteyksiä (Security Socket Layer)
  • * IRC-verkko voi tarvittaessa estää epäilyttävän käyttäjän tai jopa palvelimen yhteyden

Ajankäytön arviointi

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 1 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 1 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 3 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 3 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
    • Kotitehtävien tekoa 1 h
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus 7 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h

—-

Pääsivulle