Laura Malinen

Oppimispäiväkirja

Ennakkokäsityksen kirjaaminen oppimispäiväkirjan alkuun. “Mitä tietoliikenne sinulla merkitsee kurssin alussa?”

Tietoliikennetekniikka on itselleni näin ennen kurssia melko suuri ja hajanainen käsite, enkä todellakaan voi väittää olevani minkään sortin asiantuntija asiassa. Vaikka tiedänkin tietoliikenteen olevan merkittävässä osassa jokapäiväistä elämääni, sen syvällisempi tuntemus on kuitenkin vähäistä. Jonkin verran perusasioita kyllä tiedän, mutta ainakin itse miellän tuntevani aihealuetta vasta pintaraapaisulta. Termistöä, jota tietoliikenne ensisijaisesti tuo mieleeni, ovat esim. verkot (WLAN, LAN, ethernet…), protokollat (TCP/IP, Telnet…), reititin, palomuuri tai matkapuhelimet/viestimet eri lyhennehäkkyröineen (mm. GPRS, UMTS…). Ehkä juurikin nuo moninaiset, melko mitäänsanomattomilta ja etäisiltä kuulostavat lyhenteet ovat vaikuttaneet siihen, etten kovinkaan aktiivisesti ole niihin paneutunut.

Luentoyhteenvedot

Mitä opin, mikä oli päivän tärkein sanoma, …

Luentopäivä 1

Tietoliikenne ja tietoliikennetekniikka kehittyvät jatkuvasti ja tuntuu, ettei ainakaan tällaisena kaltaisenani tavallisena pulliaisena meinaa millään pysyä mukana vauhdissa. Osittain vikaa ajan tasalla pysymiseen on itsessänikin, sillä en edes koe olevani erityisen tietotekninen ihminen, tai tarvitsevani itselleni aina viimeisintä tekniikkaa kotiin ja käyttöön. Lisäksi olen usein tyytynyt siihen, että käyttämäni tekniset vempeleet vain toimivat. Niin kauan kun käyttö on ongelmatonta ja sujuvaa, olen ottanut asiat annettuina ja vasta sitten, kun käyttö häiriintyy, alan miettiä tekniikan toimintaperiaatteita ongelman ratkaisemiseksi. Ja voisin vaikka väittää, etten ole ainoa. Yleisesti ottaen tietoliikenne on siis yleistynyt ja yhä jatkuvasti yleistyy lisää. Samalla tietoliikenne arkipäiväistyy monille käyttäjille – vaikkakaan välttämättä käyttäjä ei aina edes tiedosta olevansa tietoliikenteen käyttäjä.

Luennoista jäi mieleen paljon erilaisia asioita, osa niistä kirkastui mielessäni selkeiksi kokonaisuuksiksi, mutta totuuden nimissä on myönnettävä, että loputtomat lyhenteet ja termit saivat hieman päätäni pyörällekin… iltapuhteita luentomateriaalin kimpussa siis edessä vielä ja ehkäpä on paria asiaa kysäistävä viisaammilta tai googlelta…

Kommunikoinnin muodoista tunnistin ennestään kiinteän ja siirtyvän kommunikoinnin, mutta nomadia kommunikointimuotoa en ollut tullut suuremmin edes ajatelleeksi – vaikka itsekin käytän myös tätä muotoa jatkuvasti. Kerrosmallia selvensi ja yksinkertaisti suuresti luennolla esitetty johtaja – sihteeri – kuriiri – esimerkki. Valitettavasti jouduin lähtemään luennolta kesken pois, enkä sen vuoksi ehtinyt kuulla tarkemmin protokollista tai OSI-mallista, minkä olisin erityisesti halunnut saada itselleni selvitettyä paremmin… noh, iltalukemista, iltalukemista…

Lyhyesti esitettynä protokollista ymmärsin mm., että jokaisella kerroksella on oma protokollansa, toimintaperiaatteensa, joita se noudattaa ja jonka mukaan se suorittaa tehtävänsä viestin välityksessä. Kerrosmalleissa siis viesti kulkee kerros kerrallaan, yksinkertaistettuna esimerkiksi niin, että tehdastyöläinen vie tuotannon viestin omalle lähiesimiehelleen, joka toimittaa viestin edelleen omalle esimiehelleen jne, kunnes viesti saavuttaa yrityksen johdon. Tehdastyöläinen ei siis kulje suoraan tuotantolinjaltaan johtajan toimistoon viestin kanssa.

Luentopäivä 2

Päivän aihelista alkaa protokollista, ja luonnollisesti alan miettimään protokollan merkitystä muissakin yhteyksissä kuin tietoliikenteessä. Yleisesti ottaenhan siis protokolla tarkoittaa säännöstöä, joka ohjaa tietyn tilaisuuden oikeaoppista etenemistä tai toimintaa. Samalla järkeistyksellähän myös tietoliikenteessä protokolla kertoo kommunikoiville toimijoille, kuinka eri järjestelmissä tulee toimia – mitä tehdään ja miten. Tietoliikenteessä protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Segmentointi, eli datan jakaminen pienempiin paketteihin mahdollistaa usein datan paremman siirtymisen pienten pakettien päästessä liikkumaan nopeammin ja moninaisemmin eri siirtoteillä.

Kommunikoinnin luonne voi olla yhteydellistä tai yhteydetöntä (mitkäköhän näiden termien englanninkieliset vastineet ovat?), vaikka yhteydetön kommunikointi terminä saikin humanistisen koulutuspohjan hankkineen ystäväni ymmälleen (kiljahtamaan: ”eihän sellaista voi edes olla!”), kun mainitsin asiasta kahvikupposen äärellä… mutta, mutta… Yhteydetön kommunikointi toimii usein paremmin silloin kun protokollalta vaaditaan dynaamisuutta, mutta suuria tietomääriä siirreltäessä ja reaaliaikaisessa kommunikoinnissa yhteydellinen kommunikointi on käytännöllistä yhteyden hallintamahdollisuuksien vuoksi. Osoitteet, osoitustasot, yhteystunnisteet ja kanavointi vaikuttivat johdonmukaisesti toimivilta kokonaisuuksilta, mutta sisälsivät tosin niin monia ominaisuuksia ja yksityiskohtia, ettei kaikki voinut kerralla jäädä mitenkään päähän…

Standardien osalta tuli paljon tuttua perustietoa, vaikka syvällisemmin eri standardoinnin periaatteisiin, organisaatioihin tai prosesseihin en olekaan perehtynyt. Tiedonsiirron signaalien osalta ymmärsin vielä erityyppiset signaalit ja niiden toiminnot pääpiirteittäin, mutta taisin säikähtää ja pudota kärryiltä siinä vaiheessa, kun luentokalvot täyttyivät tasavirtakomponenteista, hertzeistä ja sini-aalloista ja niitä kuvaavista käppyröistä… ok, ymmärrän, että signaalit kulkevat eri aallonpituuksilla, mutta muuten ihmettelin luentomonisteessa vilistäviä loputtomia käppyröitä katsellessani vain, että minkähän vekottimen lähettämää signaalia mikäkin kuva esittää…

Luentopäivä 3

Päivä alkoi siirtoteiden parissa, jotka jakautuivat johtimellisiin (parikaapeli, koaksiaalikaapeli, valokuitu ja vanha perinteinen sähköjohto) ja johtimettomiin (~langattomiin: mikroaalto, satelliitti, radio, infrapuna). Näin maatiaisjärjellä yksinkertaistettuna siis johtimellinen siirtotie liittyy kaikenlaisiin piuhoihin ja johtoihin, kun taas johtimeton siirtotie ei niitä käytä… Johtimellisessa siirrossa siirtotie merkitsee enemmän, kun taas johtimettomassa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet ovat tärkeämpiä.

Johtimellisessa siirtotiessä tieto kulkee johtoja pitkin. Parikaapeli on halvin ja käytetyin johtimellinen siirtotie ja tiedonsiirto on sitä nopeampaa mitä lyhyempi etäisyys on. Koaksiaalikaapeli mahdollistaa parikaapelia suuremmat tiedonsiirtonopeudet ja se toimii niin analogisessa kuin digitaalisessakin tiedonsiirrossa. Optinen kuitu taas on yleisesti käytetty erilaisten verkkojen toteutuksessa (runko-, kaupunki-, lähiverkot). Sähköjohto vanhana ratkaisuna on olemassa olevan laajan sähköverkkorakenteen vuoksi laajalla alueella toimiva siirtotie, mutta mm. runsaan kohinan ja heijastuksien vuoksi tiedonsiirron osalta lähinnä tilaajaliityntäkäytössä nykyisin.

Johtimettomissa siirtoteissä tieto kulkee ilmassa tai muussa väliaineessa antennien välityksellä ja siirto voi olla suunnattua (antennit toisiaan kohti) tai suuntaamatonta (ympärisäteilevä). Signaalien etenemismekanismit vaikuttivat luentokalvojen tekstien perusteella minulle hieman heprealta ensilukemalla, mutta materiaalissa mukana olevat selittävät kuvat eri mekanismeista pelastivat paljon! En tiedä, mistä johtuu, että jo pelkkä hertsien sun muiden (MHz, GHz, THz, dB, mW…) näkeminen saa minut huokaamaan syvään ja raskaasti, mutta joka kerta niihin törmätessäni huomaan, että joudun vastustamaan ylitsepääsemätöntä kiusausta hypätä ko. luentomateriaalin sivujen yli… Väenvängällä pakotan itseni paneutumaan asiaan, mutta en voi väittää täysin sisäistäväni asiaa, vaikka perusperiaatteen luulenkin ymmärtäväni… toivottavasti tuleva tentti ei painota näitä kovin… eikä niitä sini-aaltokuvioitakaan, voi pökerrys!

Luentopäivä 4

Tietoliikenteen kanavointi oli itselleni uusi asia. Peruspiirteittäin siinä siis jaetaan siirtokapasiteettia useammalle signaalille, koska yksittäisillä sovelluksilla ei ole tarvetta koko siirtojärjestelmän kapasiteetille, yhdellä linjalla voi siis olla useita kanavia. Kanavointia voidaan toteuttaa taajuusjaon, aikajaon (synkroninen/asynkroninen), koodijaon tai aallonpituusjaon mukaan, esim. taajuuskanavoinnissa (FDMA) signaalit jaetaan eri taajuuskanaville (tv-kanavat), aikajakokanavoinnissa signaali viipaloidaan esim. bitti- tai tavutasolla, ja koodijakokanavointi käyttää johtimettomilla siirtotiellä (radiotie) koko taajuusaluetta ja aikaviipaleita (UMTS/3G-verkot).

Kytkentäinen verkko oli terminä minulle uusi, mutta asia kuitenkin jollain tasolla tuttu. Kytkentäisessä verkossa siis verkko muodostuu lukuisista solmupisteistä, joiden kautta data kulkeutuu verkkoa käyttävien asemien/laitteiden välillä. Datalla voi siis olla useita erilaisia reittejä, joiden kautta se kuljettaa dataa kahden aseman välillä. Eli, jos asemat ovat am. kuvan mukaisesti A ja B (ja solmut C, D, E, F, G ja H), voidaan data näiden välillä kuljettaa esim. reittiä A –> C –> D –> E –> B tai A –> C –> F –> H –> B (tai muiden keskenään yhteydessä olevien solmujen kautta). Jos data on pilkottu pienempiin paketteihin, voivat eri paketit kulkea myös eri reittejä vastaanottajalle.

Perinteinen tietoliikenteen jako tehdään teleliikenteeseen ja dataliikenteeseen. Jako perustellaan sillä, että teleliikenteessä painotetaan puheen/äänen reaaliaikaista kommunikointiväylää (piirikytkentä), kun taas dataliikenteessä merkitsee kommunikointiväylien mahdollisimman tehokas käyttö (pakettikytkentä). Piirikytkentäisen verkon kautta lähetetty viesti sisältää kolme vaihetta, jotka ovat yhteyden muodostus, datan siirto ja yhteyden lopetus. Pakettikytkentäisessä verkossa data pilkotaan pienempiin paketteihin siirtoa varten ja kuljetetaan solmujen kautta vastaanottajalle. Datapakettien siirtyminen verkossa riippuu reitityksestä. Reitityksen avulla tietoliikenne ohjataan oikealle vastaanottajalle esim. ajallisesti lyhimmän reitin kautta tai kustannustehokkaimman reitin kautta.

Luentopäivä 5

Viimeisellä luentokerralla perehdyttiin mm. matkapuhelinverkkojen rakenteeseen, erilaisiin lähiverkkotopologioihin ja tietoturvaan. Matkapuhelinverkot ovat solukkoverkkoja eli alueet on jaettu soluihin, joilla on omat taajuusalueensa ja useita kanavia. Vierekkäiset solut toimivat eri taajuusalueilla, mutta toisistaan kauempana sijaitsevat solut voivat käyttää samaa taajuutta ilman, että taajuudet häiriöityisivät. Solukkoverkon tarkoituksena on mahdollisimman suuren kapasiteetin varmistaminen, mikä kuulostaa jo maalaisjärjelläkin ajateltuna loogiselle, sillä nykypäivänä matkapuhelimia on lähes jokaisella, joten samanaikaisia puheluita on myös tuhottoman paljon.

Lähiverkko voi olla langallinen tai langaton, eli siirtotienä voi olla koaksiaali- tai parikaapeli, optinen kuitu tai radiotie. Lähiverkko voidaan rakentaa eri topologioiden mukaan, joita ovat väylä, puu, rengas ja tähti. Lähiverkkoja voidaan yhdistää, eli sillata useita toisiinsa, minkä ansiosta voidaan parantaa verkon luotettavuutta, sillä yhden lähiverkon kaatuminen ei estä muiden verkkojen toimintaa. Useiden pienten toisiinsa yhdistettyjen nopeiden lähiverkkojen suorituskyky on usein parempi, kuin yhden suuren lähiverkon. Lisäksi tietyntyyppiset liikenteet voidaan haluttaessa pitää eri verkkojen alueilla, jolloin myös tietoturva paranee.

Tietoturva tuntuu terminä mahdottoman suurelta ja moniulotteiselta termiltä, joka pitää sisällään paljon. Mieleeni palasi elävästi tietoturvan perusteiden kurssilta tutut termit autentikoinnista, tiedon eheydestä ja luottamuksellisuudesta aina eri uhkiin ja hyökkäystyyppeihin asti. Tietoturva on todella mielenkiintoinen aihealue ja koskettaa nykypäivänä jokaista. Tuntuu, ettei koskaan voi olla liian varovainen, koska uhkia tulee joka suunnasta, tosin valtaosa kansasta mieltää tietoturvan pelkkänä palomuurina ja uhkat mediassa pyöriville uutisille pankkitunnusten kalasteluviesteistä. Totuus vain on niin paljon värikkäämpi, mielenkiintoisempi ja omalla tavallaan myös lohduttomampi; miten kaikilta uhkilta on edes mahdollista suojautua? (vetämällä töpselit irti ja palaamalla ”kivikaudelleko”?!)

Kotitehtävät

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.

kotiteht_1_0352764.pdf

Kysymykset: Voinko itse vaikuttaa langattoman Internet-yhteyden ajoittaiseen hitauteen ja johtuuko hitaus palveluntarjoajasta, verkon kuormituksesta vai mistä?

Millä eri keinoin voin suojata lähettämäni tiedon?

Mitkä ovat perusasiat, jotka on muistettava turvallisessa tiedonsiirrossa?

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.

http: http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html

tcp: http://www.ietf.org/rfc/rfc793.txt

sms: http://www.3gpp2.org/public_html/specs/CS0015-0.pdf

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.

Kaukosäädin: johtimeton, siirtotienä infrapuna (lyhyen matkan point-to-point), taajuus 300 GHz – 400 THz.

ADSL: johtimellinen, siirtotienä parikaapeli.

WLAN: johtimeton, siirtotienä radiotie, taajuus 2,4 GHz

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.

Infrapuna (kaukosäädin): menetelmän tehokkuus perustuu ilmeisesti siihen, että infrapuna on tarkoitettu lyhyen matkan langattomaan tiedonsiirtoon, kuten yhden huoneen sisällä tapahtuvaksi (ei läpäise esteitä). Tällöin sen ei ole tarkoitus häiriöityä etäämmällä vastaavaa siirtotietä käyttävien laitteiden käytöstä. Käytännössä olen huomannut, että signaali voi joissain tapauksissa kantaa etäämmällekin, toiseen huoneeseen, naapuriin tms. jolloin häiriötä voi ilmetä.

Parikaapeli (ADSL): Käyttää taajuusjakokanavointia (DMT-tekniikka), jossa useita kantosignaaleja eri taajuuksilla. Ennen datan jakamista modeemi tarkistaa alikanavien kohinasuhteen ja jakaa enemmän dataa paremmille kanaville.

Radiotie (Wlan): WLAN käyttää lisenssivapaita radiotaajuuksia ja taajuusjakokanavointia, jolla tehokas käyttö on pyritty takaamaan. Kuitenkin samalla taajuudella toimivat laitteet voivat häiritä toistensa toimintaa.

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.

Valittu sovellus: Sähköposti, SMTP

Sähköposti välittyy SMTP-protokollan (Simple Mail Transfer Protocol) avulla, jossa määritellään lähettäjän ja vastaanottajan välillä kulkevat viestit. SMTP on alustariippumaton ja ns. end-to-end-ratkaisu, jossa lähettäjän palvelin ottaa yhteyden suoraan vastaanottajan palvelimeen ja säilyttää lähetetyn viestin siihen asti, kunnes se on vastaanotettu. Lähetyspyynnön perusteella avataan molemminsuuntainen siirtotie lähettävän ja vastaanottavan palvelimen välille.

Olennaisimmat SMTP-komennot ovat: HELO, jossa lähettäjä esittelee itsensä vastaanottajalle, joka vastaa siihen kertomalla oman identiteettinsä. MAIL, joka aloittaa transaktion sähköpostin lähettämiseksi yhdelle tai useammalle vastaanottajalle. RCPT, joka määrittää viestin vastaanottajan. Usealle vastaanottajalle lähetettäessä komento lähetetään monta kertaa. DATA, joka aloittaa varsinaisen sähköpostin välityksen.

Tietoturva: Sähköpostin lähettäminen ilman salausta vastaa turvallisuudessaan postikortin lähettämistä, eli viesti on kenen tahansa korttia käsittelevän henkilön luettavissa. SMTP –protokolla on peruspiirteiltään melko yksinkertainen ja vaikkakin käytännössä hyvin toimiva. Protokolla ei sisällä autentikointia tai lähettäjän varmennusta, minkä vuoksi esimerkiksi lähettäjän tietojen väärentäminen ja lähetetyn sanoman luottamuksellisuus tai eheys ovat suuria uhkia. Myös viestien välittymisessä vastaanottajalle voi olla häiriöitä, vaikka yleisimmin viestit menevätkin perille. Viestien perillemeno voi estyä esimerkiksi tietoliikenneyhteyden ollessa poikki tai vastaanottajan koneen levyn täyttyessä.

Sähköpostin turvallisuutta voidaan kuitenkin parantaa eri keinoin. Viestin lähettäjä ja viestin eheys voidaan varmistaa käyttämällä digitaalista allekirjoitusta. Viestiä voidaan suojata salausmenetelmällä (mm. DES, IDEA-algoritmi), jolloin viestin lähettäjällä ja vastaanottajalla täytyy molemmilla olla yhteinen avain viestien salaamiseen ja salauksen purkamiseen.

lähteinä käytetty:

http://www.tml.tkk.fi/Studies/Tik-110.300/1998/Essays/smtp.html

http://www.tml.tkk.fi/Studies/Tik-110.300/1997/Essays/turvallisuus_email.html

Viikoittainen ajankäyttö

  Luentoviikko 1
         Lähiopetus 2(ap)+2(ip)h
         Oppimispäiväkirja 1,5h
         Kotitehtävät + wikin perustaminen 3h
         
  Luentoviikko 2
         Lähiopetus 0h
         Oppimispäiväkirja 3h
         Kotitehtävät 2h
         
  Luentoviikko 3
         Lähiopetus 2(ap)+2(ip)h
         Oppimispäiväkirja 2h
         Kotitehtävät 2h
         
  Luentoviikko 4
         Lähiopetus 0h
         Oppimispäiväkirja 3,5h
         Kotitehtävät 2h
  
  Luentoviikko 5
         Lähiopetus 0h
         Oppimispäiväkirja 3h
         Kotitehtävät 2,5h
  

Pääsivulle