meta data for this page
  •  

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä. Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne tekniikkaan sisältyy kaikki tiedon siirron mahdollistavat tekijät analogisesta antennitekniikasta, digitaalisten komponenttien väliseen bittisiirtoihin jne. Laitteiden väliset tiedonsiirtoprotokollat, OSI-kerrosmalli.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: Päivän asiat olivat vanhaa tuttua muilta tietoliikennetekniikan kurssilta. Ekassa osassa käytiin läpi yhteisten protokollien tärkeydestä, tiedon fyysisestä kulusta pinnallisten esimerkkien avulla. Mihin tiedonsiirtoa tarvitaan sekä erilaisten tärkeiden termien selityksiä. Toinen osio oli omistettu OSI-mallin tarkkaan läpikäymiseen, TCP/IP sekä muiden protokollien läpikäymiseen.

Luentopäivä 2: Ensiksi käytiin protokollien funktio läpi ja sen eri tyyppiset yhteydet. Aika moni sai varmaankin hyvän käsityksen, että miten se tieto varsinaisesti kulkee siellä digitaalisessa maailmassa, minkä jälkeen oli luonnollisesti järkevää käydä läpi miten se siirtyy analogisesti aaltojen avulla. Hyvät käytännönläheiset opetukset aloittelijoille. Varsin tyhjentävästi käytiin luennoilla standardin merkitykset ja erilaiset standandointi organisaatiot.

Luentopäivä 3: Perus jutut käytiin langallisesta ja langattomasta tiedonsiirrosta. Parikaapeli, optinenkuitu, koaksaalikaapeli jne. Mutta hyvin suurta mielenkiintoa herätti sateliittiteknologian läpikäynti, mikä tuli aivan uutena asiana. Langattoman signaalin etenemisongelmista oli myös mielenkiintoista sillä se on hyvin ratkaisevaa nykyään mobiililaitteiden valtavan määrän vuoksi. Sitten käytiin eri signaalin modulaation menetelmiä uudemmat menetelmät jäivät tosiaan puuttumaan, mutta ovat kenties tälle kurssille liian monimutkaisia. Sitten käytiin signaalin ajastuksesta ja virheen hallinnasta

Luentopäivä 4: Peruskanavoinnit tuli esille, WDM tuli mielenkiintoisena uutuutena. Piiri- ja pakettikytkentäiset verkojen eroja käytiin sekä reitityksen optimoimisen eri tapoja. ARPANETin historia oli mielenkiintoista. Network congestion oli uutta mielenkiintoista asiaa.

Luentopäivä 5: Väittäisin että varattuun aikaan nähden liikaa asiaa etenkin, heille kenelle aihe ei ole tuttu mm LAN, ethernetin ja reititys käytiin aika nopeasti. Pästiimpähän syventymään mitä OSI mallin osat tarkemmin tekevät. 4G oli mielenkiintoista uutta asiaa.

Kotitehtävä 1:Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista.

Internethän siis muodostuu tämän tyyppisistä palvelimista joihin käyttäjät ottavat yhteyden ISP:n kautta, hyodyntäen mm. DNS-palvelimia IP-soitteiden selvittämiseksi. Palvelimet ja ISP:et käyttävät lähinnä valokuituja tiedonsiirtoon, harvemmin kuparikaapelia. Kotikäyttäjät sitten CAT:ia sekä WLAN:a.

Ei mitään kysyttävää.

Kotitehtävä 2:

SIP (Session Initiation Protocol) on IP-puhelinteknologian signaaliprotokolla, jota käytetään VOIP-puheluiden luomiseen, muuntamiseen ja päättämiseen. SIPin kehitti IETF ja se julkaistiin dokumenttina RFC 3261. http://www.3cx.fi/voip-sip/sdp.php

ARP (Address Resolution Protocol; RFC 826) toimii IP:n tapaan verkkokerroksessa. Tämän protokollan tarkoituksena on muuntaa IP-osoitteet fyysisiksi osoitteiksi, jotta tietoa voitaisiin siirtää fyysisellä kerroksella. Protokolla kehitettiin alunperin muuntamaan IP-osoitteet Ethernetin MAC-osoitteiksi, mutta sitä voidaan käyttää selvittämään minkä tahansa fyysisen verkon ja protokollan väliset osoitteet. https://tools.ietf.org/html/rfc826

IEEE 802.1d STP (Spanning tree -protokolla) STP-protokolla on siltojen ja kytkimien käyttämä toiminto, jonka avulla estetään mahdolliset silmukat verkossa. Kytkin (nopea moniporttisilta) välittää liikennettä MAC-osoitteiden perusteella oikeaan porttiin. Jos kehyksen kohde-MAC -osoite on tuntematon tai kehys on broadcast- tai multicast-tyyppiä, annetaan kehyksen tulvia kaikkiin muihin paitsi tuloporttiin. http://www.dcs.gla.ac.uk/~lewis/teaching/802.1D-2004.pdf

Kotitehtävä 3:

Uuden Bluetooth 3-standardin sydämenä toimii 802.11 PAL (Protocol Adaptation Layer), eli 802.11 WLAN -yhteyden hyödyntäminen. Suuria tietomääriä siirrettäessä Bluetooth 3.0 käyttää automaattisesti apunaan WLAN-yhteyttä, jolloin siirtonopeus on jopa 24 Mbit/s (3 Mt/s). Bluetooth-spesifikaatio mahdollistaa, että laite voi olla jäsenenä kahdessa eri verkossa (nykyiset laitteet tukevat vain yhtä aktiivista yhteyttä kerrallaan). Näin laitteita ja verkkoja voidaan ketjuttaa toisiinsa. Bluetooth-laitteet jakautuvat verkoissa isänniksi (engl. master) ja orjiksi (engl. slave). Kun piconet-verkot yhdistyvät suuremmiksi, kutsutaan niitä scatternet-verkoiksi, joissa on useita isäntiä ja orjia. Verkot erottaa toisistaan niiden käyttämä taajuus sekä kanavahyppiminen. (Perin mielenkiintoista, eikö)

Bluetooth-radio toimii lähes poikkeuksetta 2,4 GHz:n ISM (Industry, Medical, Science) lisensöimättömällä taajuusalueella. Tarkasti ottaen Bluetooth toimii taajuusalueella 2,4000 – 2,4835 GHz ja taajuushyppyalue on f = 2402 + k MHz, jossa k = 0, …, 78. Bluetooth vaihtelee siis lähetystaajuutta. Kanavia ko. taajuusalueella Bluetoothin käytössä on 79. Yhden kanavan taajuussiirto on 1 MHz.

Lähettimiä on kolmen tasoisia, jaoteltuna lähetystehon mukaan. Tasot ovat:

  Class 1: 100 mW (20 dBm)
  Class 2: 2,5 mW (4 dBm)
  Class 3: 1 mW (0 dBm)

Class 1 luokan lähettimissä pitää olla virransäätöominaisuus joka mahdollistaa myös Bluetoothin virransäästöominaisuudet. Class 1 -luokan lähettimiä käytetään lähinnä kannettavissa tietokoneissa ja Bluetooth USB-dongleissa. Jos vastaanottimessa ei ole virransäätöominaisuutta, tulee Class 1 -luokan lähettimen toimia luokan 2 tai 3 lähettimen tavoin. Tämä rajoittaa esimerkiksi kannettavan tietokoneen ja puhelimen välisen Bluetooth-yhteyden ~10 metriin.

Modulaationa Bluetooth käyttää GFSK-taajuussiirtokoodausta (lyhenne sanoista Gaussian frequency shift keying). GFSK-modulaatiossa binäärinen 1 ja 0 sisällytetään kantoaallon pituuteen poikkeuttamalla kantoaallon perustaajuutta. Taajuuden muutos on +-500kHz ja sen virhe saa olla maksimissaan +-75kHz.

Virheen liukuma saa olla:

  1 slotin paketissa +-25 kHz
  3 slotin (lähetysjakson) paketissa +-40 kHz
  5 slotin paketissa +-40 kHz

Enimmäisliukuma on siis mikrosekunnissa 400 Hz.

Bluetoothin käyttämän taajuushyppelyn takia tietoliikenne on periaatteessa pakettikytkentäistä. Taajuutta vaihdetaan 1600 kertaa/s ja yhden paketin lähetysaika (slot) on noin 625 mikrosekuntia.

D-AMPS (Digital AMPS), josta käytetään myös nimiä US-TDMA tai pelkästään TDMA, on toisen polven digitaalinen matkapuhelinjärjestelmä, jota käytettiin lähinnä Pohjois-Amerikassa, mutta jossain määrin myös Etelä-Amerikassa ja Israelissa. Järjestelmä tunnetaan myös Telecommunication Industry Associationin tekemien standardien nimillä IS-54 ja IS-136, joka jäi päätepisteeksi kyseisen matkapuhelinjärjestelmän evoluutiopolulla. Sen jatkokehitys lopetettiin 2000-luvun alussa, ja nykyisin näihin perustuvia järjestelmiä ollaan ajamassa alas verkko-operaattoreiden siirtyessä GSM- ja CDMA2000-tekniikoihin.

Vaikka järjestelmään viitataan sanalla TDMA, nimi on pelkästään lyhenne sanoista Time Division Multiple Access - aikajakokanavointi.

IS-54 oli ensimmäinen amerikkalainen 2G-matkapuhelinstandardi. Se perustui samaan taajuusalueeseen, jota analoginen AMPS-järjestelmä, IS-19, oli käyttänyt kaupallisesti vuodesta 1983 alkaen. IS-54 säilytti yhteensopivuuden taaksepäin vanhan analogisen järjestelmän kanssa, josta juontaa myös järjestelmän nimi D-AMPS. Alalinkki (kiinteästä verkosta) 869,04 - 893,97 kHz Ylälinkki (kiinteään verkkoon) 824,04 - 848,97 kHz Kanavalukumäärä 832 (kuusi aikajaksoa kanavaa kohti, yksi käyttäjä kahta aikajaksoa kohti) Kanavanumerot 991-1023, 1-799 Kanavaväli 30 kHz Modulaatio π/4 DQPSK (digitaalinen), FM (analoginen)

Autoradiopuhelin (ARP) oli Suomen ensimmäinen kaupallisesti toiminut julkinen matkapuhelinverkko. Se oli silloisen Posti- ja lennätinlaitoksen ylläpitämä. Teknologiaa sanotaan “nollannen sukupolven tekniikaksi”, koska tukiasemasolujen välillä siirtyminen ei toiminut vielä automaattisesti. Verkon perustamisesta tehtiin ehdotus vuonna 1968, ja rakentaminen alkoi seuraavana vuonna. Se aukesi vuonna 1971 ja toimi vuoteen 2000 asti NMT-450:n ja NMT-900:n rinnalla. ARP-verkkoon jäi sen sulkemisen jälkeen vielä yksi kanava jokaiselle tukiasemapaikalle Tele Alert-150 palvelulle vuoden 2003 heinäkuulle asti.

ARP oli laitteiden ja käytön kalleudesta huolimatta menestys ja saavutti suurta suosiota, varsinkin kun sillä oli monopoliasema. Enimmillään sillä oli vuonna 1986 yli 35 000 käyttäjää. Se oli pitkään ainoa matkapuhelinverkko, jolla oli kuuluvuutta koko Suomessa. Tekniikan rajoittuneisuudesta johtuen verkko tuli kuitenkin erittäin ruuhkaiseksi, joten sille löytyi myöhemmin käyttäjiä enää lähinnä erityisryhmistä, joille muut verkot eivät pystyneet tarjoamaan kuuluvuutta.

ARP toimi 150 MHz taajuusalueella. Sille varattu 147,9–154,875 MHz taajuusalue oli jaettu 80:een kapeakaistaista FM-modulaatiota käyttävään kanavaan 25 kHz kanavajaolla kanavanumeroinninnin alkaessa 00:sta loppuen 99:n. Duplex-erotus oli 5 MHz tukiaseman lähettäessä alemmalla taajuudella. 00-kanava oli järjestelmän kutsukanava, jolla päätelaitteille lähetettiin CCIR-selektiivikutsuilla tieto tulevasta puhelusta. Kaikki 10-alkuiset kanavat olivat ns. valtakunnallisia puhekanavia. Tukiasemassa sattoi olla jopa 8 paikallista puhekanavaa vähentämässä paikallisen valtakunnallisen puhekanavan ruuhkautumista.

Päätelaitteiden lähetysteho vaihteli yhdestä watista viitentoista wattiin. Tukiasemalla lähetysteho oli 50 W. Päätelaitteet olivat ajoneuvoasemia, tai kannettavia ajoneuvoasemia. Vasta loppuvuosina markkinoille ilmaantui muutama ARP-verkon käsiradiopuhelinkin. Aluksi verkossa käytettiin vain half duplex -siirtoa, minkä takia puhetta ei voinut vastaanottaa ja lähettää yhtä aikaa. Myöhemmin markkinoille tuli kuitenkin myös full duplex -autopuhelimia. Samalla siirtyminen kanavakiteistä taajuussynteesitekniikkaan toi päätelaitteisiin kaikki 80 kanavaa ja ns. automaattisen vapaan puhekanavan haun. Verkko aloitti käsivälitteisenä, mutta 1990-luvulla siirryttiin automaattiseen välitykseen. Solun koko oli keskimäärin 30 km.

Kotitehtävä 4:

Esim. 3G-verkossa käytössä oleva W-CDMA tukee kahta perustekniikkaa: FDD:tä (Time-Division Duplex) ja TDD:tä (Frequency-Division Duplexing). FDD-tekniikka perustuu siihen, että myötäsuunnalle ja paluusuunnalle on annettu omat 5 MHz:n taajuusalueet, joita päätelaitteet ja tukiasemat voivat käyttää. Taajuudet 1920-1980 MHz on varattu paluusuunnan käyttöön ja taajuudet 2110-2170 MHz myötäsuunnalle. Tämä mahdollistaa noin 250 samanaikaisen puhekanavan käyttämisen.

TDD-tekniikassa puolestaan samaa taajuusaluetta käytetään tiedonsiirrossa molempiin suuntiin. Siirrossa toimitaan vuorosuuntaisesti samalla taajuusalueella ja tätä tekniikkaa varten on varattu taajuusalueet 1900-1920 MHz sekä 2020-2025 MHz. Tämä sallii vain noin 120 yhteyttä, mutta se myös vaatii vain puolet kaistanleveydestä.

Kotitehtävä 5

Tsiigaillaan vaikkapa interweb selainta mikä ensiksi tarkistaa DNS-palvelimelta haluamasi sivuston ip-osoitteen, minkä jälkeen verkkokorttisi pyrkii saamaan yhteyden sivuston palvelimeen. Riippuen laitteistostasi käytät sit joko normi langallista parikaapelia taikka WLANia. WLANhan olisi hyvä salata vaikkapa WPA2:llä käyttäen 256-bittistä AES:ia. Vastaanottaja palvelin yleensä välittää kutsusi asianomaiselle palvelimelle yrityksen palvelin infrastruktuurissa, mikä voi olla maailman laajuinen. Esim tietovarastot - sql serverit saattavat olla eri paikoissa. HTTP olisi kenties parempi olla kanssa salattuna HTTPS protokollana tiedon luonteesta riippuen ja SQL tietokannat mahdollisimman suojattuja code injectionin varalta. DDOS hyökkäyksiä varten ei oikein onnistu muu kuin mahdollinen kyselyjen siirto varakapasiteelille. Mahdollisten tietomurtojen vuoksi kaikki arkaluontoinen tieto kannattaa olla salattuna esim salasanat.

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  Lähiopetus: 0 h 
  kotitehtävät 30 min

Luentoviikko 2

  Lähiopetus 7 h
  Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h
  Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 3

  Lähiopetus 7 h
  Valmistautumista lähiopetukseen 0,5 h
  Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 4

  Lähiopetus 7 h
  Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
  Kotitehtävien tekoa 1 h

Luentoviikko 5

  Lähiopetus 7 h
  Valmistautumista lähiopetukseen 0 h
  Kotitehtävien tekoa 1 h