meta data for this page
  •  

Timo Luukkaisen oppimispäiväkirja

Ennakkotehtävä 1. Ennakkokäsitys aihealueesta - Mitä tietoliikenne merkitsee minulle? -

Käsitykseni mukaan tietoliikenne on yksinkertaisesti tiedon eli datan siirtämistä sähköisessä muodossa. Tietoliikenteeseen liittyvät nykyisin oleellisesti tietokoneet ja tietotekniikka sekä sähköiset verkot kuten internet. Myös älypuhelimet, nykyaikaiset televisiot, radiot ja paikannusjärjestelmät (esim. GPS) ovat osa tietoliikennettä. Tietoliikenne on osa jokapäiväistä elämääni ja toimintaa. Luen aamulla uutiset älypuhelimella sähköisen lehden sivuilta ja katson esimerkiksi bussiaikataulut internetistä. Päivällä luen sähköpostini älypuhelimella ja teen töitä tietokoneella työpaikan sisäisessä verkossa. Illalla kotiinpalattuani avaan television ja katson videopätkiä Youtubesta tai lempiohjelmani digiboxilta, joka hakee ohjelman pilvipalvelimelta verkosta. Teen myös yliopiston kurssien tehtävät internetissä ja nukkumaan mennessä kuuntelen musiikkia Spotifysta. Vapaa-ajalla saatan lenkkeillessä tallentaa juoksureittini internetiin GPS:n avulla ja pystyn näin jälkikäteen seuraamaan harjoittelua. Tässä muutama esimerkki tietoliikenteen vaikutuksesta ja läsnäolosta minulle.


Luentopäivä 1:

En päässyt valitettavasti osallistumaan ensimmäisille luennoille ja tutustuin näin ollen itsenäisesti luentojen materiaaliin. Ensimmäisellä luentokerralla käsiteltiin kommunikointimallia sekä tiedonsiirtoa kommunikointiverkkoa käyttämällä. Kommunikointiverkkoja ovat esimerkiksi WAN, MAN, LAN, PAN (Wide/Metropolitan/Local/Personal Area Network).Pääpaino ensimmäisellä luentokerralla oli kerrosarkkitehtuurissa (teoreettinen malli, OSI, TCP/ip) ja protokollissa (keskittyen toimintaan ja tehtäviin).

Teoreettisessa mallissa esitettiin kolme kerrosta (verkko-, kuljetus- ja sovelluskerrokset). OSI-malli (Open Systems Interconnection Reference Model) on protokollien yhdistelmä seitsemässä eri kerroksessa (fyysinen kerros, siirtokerros, verkkokerros, kuljetuskerros, istuntokerros, esitystapakerros sekä sovelluskerros). Jokainen kerros käyttää alemman kerroksen palveluja ja tarjoaa palveluja yhtä kerrosta ylemmäksi.

TCP/IP on Internetin arkkitehtuurissa käytetty malli, jossa kerroksia on viisi (sovellus-, kuljetus-, verkko-, linkki- ja fyysinen kerros). Molemmissa malleissa kerrosten keskustelu tapahtuu kyseisen kerroksen protokollaa käyttämällä. Protokolla on yhteiskäytänne tai yhteinen toimintatapamalli, jolla määritellään ja mahdollistetaan laitteiden (vast.) väliset yhteydet.

Luennoilla esiintyneitä käsitteitä: WLAN, data, reititin, palvelin, NFC/RFID, RPC, ACK, EDIFACT (XML, EXML), ARP, email, VOIP.


Luentopäivä 2:

Käsittelin jo luentopäivä 1:n muistiinpanoissa osin samoja asioita, joita käytiin 2. luentopäivänä tunneilla läpi. Pääsin osallistumaan 2. luentopäivän opetukseen. Eli käsittelyssä olivat tarkemmin OSI-malli ja sen seitsemän kerrosta sekä TCP/IP-malli. Mallit koostuvat kerroksista, joilla jokaisella on oma tehtävänsä. Kerrokset ottavat vastaan tehtäviä ja lähettävät tehtäviä seuraaviin kerroksiin. Kerrokset keskustelevat protokollien avulla, jotka hoitavat segmentointia, paketointia, vuonvalvontaa, virheiden etsimistä, kuljettamista, yhteyden hallintaa jne…

Muita käsiteltyjä asioita olivat standardointi. Internetin standardointiorganisaation kattojärjestö on ISOC (Internet Society). IETF (The Internet Engineering Task Force)vastaa TCP/IP-protokollaperheestä. RFC:t ovat dokumentteja, joissa määritellään Internetin erilaisia käytäntöjä ja protokollia, kuten sovellus-, kuljetus- ja verkkokerroksen protokollat. Peruskerroksen protokollat ovat IEEE-standardointiorganisaation määrittelemiä, eivätkä kuulu TCP/IP-protokollaperheeseen.

TCP/IP-protokollan ydin on IP-protokolla. Tieto välittyy reitittimien välillä ainoastaan IP-paketteina. Tämä perustuu IP-pakettien otsikkokenttien tietoihin. IP-paketin data-osioon on sisällytetty kaikki ylemmän tason protokollat (esim. TCP). IP-tasolla toimiva verkko ei ole tietoinen ylemmän tason protokollista ja yhteyksistä. TCP-protokolla, luo yhteydet sovellusten välille käyttämällä IP-paketteja. TCP-protokolla huolehtii muun muassa vuonhallinnasta, luotettavuudesta, kuittauksista ja pakettien laittamisesta oikeaan järjestykseen.

Lisäksi käsiteltiin Stallingsin mallia siirtoteistä ja analogisia ja digitaalisia signaaleja. Etäisyys, tiedonsiirtonopeus, signaalin esitys ja kaistan leveys ovat riippuvaisia toisistaan. Etäisyyden kasvaessa datan siirto hidastuu ellei kaistan leveyttä lisätä. Kaistanleveys = signaalin käyttämä taajuusalue. Analoginen signaali voi saada minkä tahansa arvon, signaali vaihtelee pehmeästi ajan mukaan. Digitaalinen signaali voi saada kaksi arvoa. Digitaalisissa signaaleissa ongelmana on bittien rajojen hämärtyminen. Lisäksi digitaaliset signaalit vaativat laajemman kaistanleveyden. Signaalin siirtymistä haittaavia/estäviä tekijöitä ovat esim. fyysiset esteet, vaimeneminen, vääristymä, erityyppiset kohinat, viivevääristymä.


Luentopäivä 3:

Kolmannella luennolla painopistealueena olivat siirtotiet. Siirtotiet jaetaan kahteen pääryhmään: johtimellisiin ja johtimettomiin. Siirtotien nopeuteen vaikuttaa kaistanleveys ja osittain vastaanottimien määrä. Kun etäisyys kasvaa myös häiriöt lisääntyvät. Johtimellisilla siirtoteillä välitetään sekä analogista että digitaalista tietoa, johtimellisia siirtoteitä ovat:

Parikaapeli – käytössä eniten, esim. puhelin (suojaamaton), dataverkot (suojattu), analogisilla signaaleilla vaatii vahvistimia ja digitaalisilla toistimia

Koaksaalikaapeli – esim. puhelimien runkoverkoissa ja tv-jakeluverkoissa, vaatii toistoa ja vahvistusta

Sähköjohto – sähköjohtoa on kaikkialla, mutta ei hyvin toimiva

Optiset kuidut – ydin, heijastuspinta, kuori, suuri kaistanleveys ja nopeus, LED-valo tai laser, käyttö runkoverkoissa

Johtimettomia (langattomia) siirtoteitä ovat:

Mikroaaltolinkit – vaatii näköyhteyden ja oltava tarkasti suunnattu, taajuusalue 2-40GHz, käyttö säänneltyä

Satelliittilinkit – myös mikroaaltolinkkejä, taajuusalue 1-10GHz

Radiotie – yleisesti käytetty, normaalisti aaltoja ei suunnata, eri antenneilla saadaan erilaisia säteilykuvioita ja suunnattua aaltoja (esim. pitkälanka-antenni), taajuusalue 3 kHz – 300 GHz

Infrapuna – vaatii näköyhteyden, ei läpäise esteitä

Johtimettomassa tiedonsiirrossa ovat tärkeitä antennin ominaisuudet ja signaalin kaistanleveys.

Lisäksi luennoilla käsiteltiin taajuusvaihtelua eli modulointia. Datan muuttamista digitaaliseen muotoon enkooderilla ja analogiseen muotoon muuttamista modulaattorilla. (tähän perehdyttävä tarkemmin) Käsiteltiin myös virheen havainnointia ja niiden korjausta. Käytössä olevia eri menetelmiä: saapuneiden pakettien vahvistus ja tarvittaessa uudelleenlähetys (pakettien joissa on virhe). Protokollan mukaisesti virheitä korjataan useissa kerroksissa virheenkorjauskoodin avulla.


Luentopäivä 4: Neljännen luennon aiheita olivat kanavointi, paketti- ja piirikytkentäiset verkot sekä reititysstrategiat. Kanavointia käytetään verkon käytön tehostamiseen ja kustannustehokkuuden saamiseen. Kapasiteettia jaetaan, jotta ei viedä koko siirtojärjestelmän kapasiteettia. Menetelmiä ovat 1) taajuusjakokanavointi (FDMA) (valitaan oikea taajuus), 2) aikajakokanavointi (TDMA) (toiminta aikaikkunassa), 3) koodijakokanavointi (CDMA) (perustuu digitaaliseen dataan, erotetaan lähetykset toisistaan eri koodeilla) ja 4) aallonpituusjakokanavointi (WDMA) (käyttö optisissa kuiduissa).

Piirikytkentäiset verkot vaativat määriteltyä yhteyspolkua kahden pisteen välillä. Vaiheet ovat yhteyden muodostus, datan siirto ja yhteyden purku. Juontaa juurensa teleliikenteeseen (puhelinliikenne). Pakettikytkentäisissä verkoissa data pilkotaan pieniin paketteihin ennen datan siirtoa. Paketit sisältävät dataa ja osoitetietoja. Paketit liikkuvat solmujen kautta, joista ne ohjataan edullisimmalle reitille. Pakettikytkentää käytetään esimerkiksi internetin käytössä.

Reititysstrategioista (päävaatimuksen reitin etsinnässä tehokkuus ja joustavuus):

Kiinteä (staattinen) – reitti on tiedossa kaikille solmuväleille

Mukautuva (dynaaminen) – mukautuu verkon tilanteisiin (ruuhka, vika…)

Satunnainen solmu – lähetetään satunnaisesti kaikkiin ulosmenoihin

Flooding (tulviva) – paketit lähetetään kaikkiin ulosmenoihin


Luentopäivä 5: Luennon aiheina olivat erilaiset verkot ja niiden topologiat sekä tietoturva.

Matkapuhelinverkot perustuvat solurakenteeseen ja toimivat radiotaajuuksilla. Jokaisessa solussa on runkoverkkoon kiinteällä yhteydellä kytketty tukiasema, joka muodostaa radioyhteyden solun alueella liikkuviin matkapuhelimiin. Tukiaseman läheisyys vaikuttaa signaalin voimakkuuteen. Mitä kauempana tukiasema on, sitä voimakkaammin puhelin joutuu hakemaan signaalia ja kuluttaa akkua. Nykyisin käytetään yleisestei 3G verkkoa. Osittain on kuitenkin jo otettu käyttöön 4G, joka on nopeampi ja optimoitu raskasta dataliikennettä (esim. videokuvan siirtoa) varten.

LAN eli lähiverkko (Local Area Network) on rajoitetulla alueella toimiva tietoliikenneverkko. LAN verkot voidaan rakentaa neljällä eri verkkotopologialla (tietokoneverkon perusrakenne eli miten verkon laitteet on liitetty toisiinsa). Nämä tavat ovat 1) väylä, 2) puu, 3) rengas ja 4) tähti. Rakenteen valintaan vaikuttavat mm. luotettavuus, suorituskyky ja laajennettavuus. Protokolla-arkkitehtuuri perustuu LAN-verkoissa OSI-kerrosmallin kahteen ensimmäiseen kerrokseen, fyysiseen ja linkkikerrokseen.

Tietoturva on merkittävässä asemassa. Uhkia muodostuu useilta eri tahoilta, esimerkiksi hakkereiden, rikollisten ja sisäpiiriläisten suunnista. Uhkia esimerkiksi troijalaiset, malwaret, virukset, madot jne.


Kotitehtävä 1 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. Tehtäväkuvaus: Pyri kuvaamaan ennakkotehtävässä määrittelemäsi termit/aihepiirit/kokonaisuudet yhdessä kuvassa.

tietoliikennetekniikan_perusteet_kotitehtaevae_1_luukkainen_timo.pdf


Kotitehtävä 2 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.

“The Transmission Control Protocol (TCP) is intended for use as a highly reliable host-to-host protocol between hosts in packet-switched computer communication networks, and in interconnected systems of such networks.” TCP http://www.ietf.org/rfc/rfc793.txt

“The Hypertext Transfer Protocol (HTTP) is an application-level protocol for distributed, collaborative, hypermedia information systems.” HTTP http://tools.ietf.org/html/rfc2616

“The Internet Message Access Protocol, Version 4rev1 (IMAP4rev1)allows a client to access and manipulate electronic mail messages on a server.” IMAP http://tools.ietf.org/html/rfc3501


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.

1) Matkapuhelin ja 3G - Kolmannen sukupolven markapuhelinteknologia. Siirtotiet: ilma, radio. Koodaus QPSK. Taajuus esim. 900 MHz tai 1200 MHz. http://fi.wikipedia.org/wiki/UMTS

2) Modeemi ja WLAN - Wireless Local Area Network eli langaton lähiverkko. Siirtotiet: ilma, radio. Koodaus: 802.11 - DSSS, FHSS. Taajuus 802.11: 2,4GHz (Euroopassa). http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

3) Radiosoitin - FM-vastaanotin. Siirtotie: ilma, radioaallot. Koodauksessa ampitudimodulaatio (AM) (herkkä häiriöille), tai taajuusmodulaatiota (FM) (ei niin herkkä häiriöille). Analoginen signaali, taajuusalue 87,5–108 MHz.


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.

Matkapuhelin ja 3G - 3G verkossa käytetään WCDMA-kanavointia (Wideband Code Division Multiple Access) eli koodijakokanavointia, jossa kaistanleveys on sama kaikille datanopeuksille. Pienemmille käytetään suurempaa signaalin vahvistusta, joka auttaa myös häiriöitä vastaan. WCDMA-tekniikka eroaa GSM-järjestelmän tekniikasta siten, että WCDMA:ssa kaikki käyttäjät ovat samalla taajuusalueella ja käyttäjät tunnistetaan muiden joukosta erityisen koodin perusteella. WCDMA määrittelee esimerkiksi, kuinka mobiililaitteet kommunikoivat tukiasemien kanssa ja miten signaalit moduloidaan. W-CDMA:n ominaisuuksia ovat muunmuassa: 1) teoreettisesti jopa 21 Mbps tiedonsiirtonopeus (käytännössä enintään 10 Mbps), 2) joustava tiedonsiirtokapasiteetti, 3) parempi taajuuksien uudelleenkäyttö (kaikki saman operaattorin solut käyttävät samoja taajuuksia). WCDMA tukee kahta perustekniikkaa: FDD:tä ja TDD:tä. 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 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. http://fi.wikipedia.org/wiki/UMTS http://fi.wikipedia.org/wiki/WCDMA

Modeemi ja WLAN – WLAN-verkkoyhteys (802.11g-standardi) käyttää DSSS-menetelmää radiotien kanavan varaamiseen. DSSS-menetelmä on CDMA eli koodijakokanavoinnin tekniikka. Suorasekventointia käytettäessä lähetettävä signaali pilkotaan osiin ja lähetetään koko kaistan taajuudella. http://fi.wikipedia.org/wiki/WLAN

Radio - Radiolähetyksissä käytetään taajuusjakokanavointia (FDMA). Jokaisella radiokanavalla on tietty taajuuskaista, joka viritetään vastaanottimeen. Koko taajuusalue (87,5–108 MHz) on radioliikenteen käytössä, josta kullakin kanavalla on oma taajuuskaistansa. http://fi.wikipedia.org/wiki/Radio


Kotitehtävä 5 a)Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen. b)Tietoturva eli tutustukaa tietoturva-asioihin kappaleen 23 (ja 24) mukaisesti ja liittäkää tietoturva aiemmin käsiteltyihin konteksteihin.

a) Tarkastelen sähköpostin lähettämistä. Kerrosmallin mukaisesti sähköpostin lähettämiseen vaadittavat ohjelmat sijoittuvat sovelluskerrokseen, jossa sähköpostin lähettämiseen liittyvä protokolla on SMTP (simple mail transfer protocol). Haluttu viesti kirjoitetaan ohjelmaan ja valitaan vastaanottaja. Lähetettäessä viestiä TCP (transmission control protocol) (kuljetuskerros) muodostaa yhteyden vastaanottajan postipalvelimeen, mitä pitkin paketti välittyy vastaanottajan palvelimelle. Osoite saadaan vastaanottajan domainista ja muutetaan IP-osoitteeksi. Verkkokerroksessa paketti ohjataan oikeaan paikkaan reitittimien avulla IP-osoitteen määrittelemään laitteeseen ja porttiin. Viesti siirtyy PDU-paketteina, joihin jokainen protokolla lisää osoitetieto-osuuden. Osoitetieto-osuuden avulla paketti ohjautuu kussakin kerroksessa oikealle vastaanottajalle. Vastaanottaja noutaa viestin verkosta käyttäen protokollaa (esim. POP3) ja lukee viestin datan ohjelman kautta, joka muuttaa datan informaatioksi.

b)Tietoturvan tärkeimmät seikat: 1) saatavuus (tieto saavutettavissa tarvittaessa), 2) Luottamuksellisuus (tietoa voivat käsitellä vain siihen oikeutetut), 3) Eheys (tieto ei saa muuttua hallitsemattomasti ja tiedon tulee olla paikkansa pitävää). Tietoturvariskejä ovat muun muassa koneiden ja laitteiden hajoaminen tai varastaminen. Tällöin tieto menetetään, mikäli sitä ei ole varmuuskopioitu minnekään. Lisäksi salaista tietoa voi joutua väärien henkilöiden haltuun. Myös verkkojen ja tukiasemien vahingoittaminen voi olla uhkana. Tällöin voi seurata ainakin katkoksia tiedon käsittelyssä ja siirtämisessä. Tällaisiin uhkiin voidaan varautua esimerkiksi huomioimalla uhkat verkkojen rakennusvaiheessa, vartioinnilla ja suojaamisella.

Myös erilaiset virukset, madot ja troijalaiset muodostavat uhkan tietoturvalle. Niiden kautta mahdollistuvat esimerkiksi erilaiset identiteettivarkaudet, salakuuntelu, vakoilu tai tietovarkaudet. Ohjelmat voivat tuhota tärkeää tietoa tai lähettää tietoa käyttäjän tietämättä. Kone voi myös toimia käyttäjän tietämättä zombie-koneena.

Normaali käyttäjä voi suojautua uhkilta esimerkiksi toiminnalla huolellisesti, virustorjunnalla, salasanoilla, salaamalla tärkeän tiedon sekä päivittämällä ohjelmistoja ja tietokonetta säännöllisesti.


Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  • Lähiopetus: -
  • Oppimispäiväkirjan kirjoittaminen 1 h
  • Wikiin tutustuminen ja kotitehtävien tekeminen 3 h
  • Luentomateriaalien haku ja niihin tutustuminen 5 h

Luentoviikko 2

  • Lähiopetus: 8
  • Oppimispäiväkirjan kirjoittaminen 1 h
  • Wikiin tutustuminen ja kotitehtävien tekeminen 1 h
  • Luentomateriaalien haku ja niihin tutustuminen 1 h

Luentoviikko 3

  • Lähiopetus: 8
  • Oppimispäiväkirjan kirjoittaminen 1 h
  • Wikiin tutustuminen ja kotitehtävien tekeminen 4 h
  • Luentomateriaalien haku ja niihin tutustuminen 1 h

Luentoviikko 4

  • Lähiopetus: 8
  • Oppimispäiväkirjan kirjoittaminen 1 h
  • Wikiin tutustuminen ja kotitehtävien tekeminen 3 h
  • Luentomateriaalien haku ja niihin tutustuminen 1,5 h

Luentoviikko 5

  • Lähiopetus: 8
  • Oppimispäiväkirjan kirjoittaminen 1 h
  • Wikiin tutustuminen ja kotitehtävien tekeminen 4 h
  • Luentomateriaalien haku ja niihin tutustuminen 1 h

Pääsivulle