meta data for this page
  •  

Aki Mankkin kurssisivu

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.

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikenne/tietoliikennetekniikka tuo mieleen hyvin laajan ja kirjavan joukon asioita. Päällimmäisenä asiana mieleen tulee erilaiset verkot, kuten internet tai erilaiset lähiverkot. Verkkoihin liittyy tietysti niiden vaatima tekniikka, kuten päätelaitteet, verkkokortit, reitittimet, modeemit (ADSL, WLAN) sekä itse verkon infra. Palvelimien, kiinteän verkon kaapeleiden tai langattoman verkon (3G, 4G) tukiasemien lisäksi, mielen tulee verkon toiminnan edellyttämä softa, standardit sekä protokollat. Lisäksi kaiken päällä pyörivät erilaiset sovellukset. Myös tietoturva (virukset, haittaohjelmat, niiden torjunta, palomuurit) on merkittävä osa tietoliikennettä. Viimeaikoina uutisoinnista mieleen ovat jääneet erilaiset pilvipalvelut sekä IPv4-osoitteiden loppuminen ja siirtyminen IPv6:seen.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Valitettavasti päällekkäisyyksien takia pystyin olemaan paikalla vain ammupäivän osuuden. Kurssin käytännön asioiden lisäksi ehdittiin vain raapaista pintaa. Mieleen muistui taas, että tietotekniikan aihealueet ovat termistö viidakko ja tietoliikkennetekniikka ei todellakaan ole poikkeus. Tietoliikkennettä ja sen saattavuutta pidetään nykyisin itsestään selvyytenä, ja harva käyttäjä tiedostaa mitä kaikkea tietoliikenteeseen kuuluu ja mitä taustalla tapahtuu. Termistön osalta uutena asiana ehti tulla yksilöverkon jakautuminen oman kehon lähellä toimivaan body area networkkiin (BAN) ja hieman laajempaan personal area networkiin (PAN).

Luentojen iltapäiväosuuden kalvoja läpikäydessä kuvista pisti silmään erilaiset reitittimet ja kytkimet. Itselleni on hämärän peitossa miten nämä eroavat toisistaan ja milloin tarvitaan minkäkin laista laitetta tiedon eteenpäin siirtämiseksi. Kerrosmallien ja protokollien osalta selvästikkin opiskeltavaa riittää. Luentokalvoissa asiat on esitetty kohtuullisen selvästi, mutta selvästikkään niistä ei saa kaikkea tarpeellista irti ilman itse luentoa.

Luentopäivä 2:

Luentopäivä alkoi positiivisesti, kun selvisi että kaikkia ensimmäisen luentokerran asioita ei vielä oltukkaan käyty läpi. Mitään suuria ahaa elämyksiä luennotkaan eivät aiheuttaneet OSI ja TCP/IP mallien osalta, mutta uutta perustietoa tuli. Mielenkiintoista oli kuulla, että uusi IPv6 sisältää itseasiassa vähemmän tietoa kuin vanha IPv4. Herää kysymys onko osoitteiden määrää kasvatettu protokollan kustannuksella? Eli onko IPv6 jollain tapaa heikompi/huonompi kuin IPv4? Vai saattaisivatko vähentyneet otsikkotiedot protokollassa itseasiassa nopeuttaa tiedonsiirtoa?

Protokollien yleisestä toiminnasta jäi mielee, että yksittäisen protokollan tehtävät ovat suhteellisen pieniä ja yksinkertaisia. Sellainen asia termistön suhteen on alkanut mitityttämään, että onko protokolla ohje miten asiat pitää tehdä, itse se “koodi” joka toteuttaa protokollan asiat vai molempia? Tästä seuraa se, että onko esim. kaikissa IP tietoa käsittelevissä laitteissa sama koodin pätkä joka hoitaa homman, vai kirjoittaako jokainen valmistaja oman koodinsa niin että se toimii protokollan mukaisesti? Kuten luennoilla oli puhetta, niin protokollat on standardoitu, mutta meneekö standardointi koodi tasolle asti?

Perustekniikan puolen taustan omaavana standardointi tietotekniikan kaltaisella nopeasti kehittyvällä alalla tuntuu joskus hieman huvittavaltakin. Perus kemian mittaus-standardit voivat olla ainakin vuosikymmenien ikäisiä. Monet varmasti vanhempia kuin koko tietotekniikka. Siksi korvaan osui etenkin maininta internetin standardeista. Kuten luennoillakin mainittiin, kyse ei yleensä ole varsinaisista standardeista vaan lähinnä vakiintuneista käytännöistä.

Luentojen loppupuolella mentiinkin sitten kunnolla asiaan, eli tiedonsiirtoon käytännön tasolla. Vaikka en olekkaan mikään sähköopin ja sini-aaltojen ystävä, niin esimerkit valaisivat hyvin tiedonsiirron käytännön ongelmakenttää. Oli mielenkiintoista kuulla kaistanleveyden ja tiesonsiirtonopeuden välinen suhde, ja miten signaalin laatu vaikuttaa näihin tai toisinpäin. Eli tiedonsiirtonopeuden kasvattaminen vaatii kaistanleveyden kasvattamista, tai muuten signaalin laatu kärsii. Vielä kun huomioidaan erilaset vääristymät, niin alkaa tuntua että miten ihmeessä ne signaalit ylipäätän saadaan tulkittua vastaanottavassa päässä.

Luentopäivä 3:

Pistarien vastausten läpikäymisen jälkeen, kolmas luentokerta keskittyi siirtoteihin. Jako johtimellisiin ja johtimettomiin siirtoteihin oli jo ennestään (luennoiltakin) tuttu. Myöskin yksittäiset siirtotiet, kuten parikaapeli, valokuitu tai radiotie, olivat sinällään tuttuja. Oikean termistön opetteluun pitänee hieman panostaa. Se, että johtimellisissa siirtoteissä siirtotiellä on suurempi vaikutus tiedonsiirron laatuun ja ominaisuuksiin, ja johtimettomissa signaalin kaistanleveys ja antennin ominaisuudet vaikuttavat enemmän, oli uutta faktatietoa. Tosin näin oli asian olettanut olevakin.

Siirtoteihin, ja aihealueeseen muutenkin, liittyy selvästi paljon termistöä ja knoppitietoa, joka on uutta opeteltavaa. Esimerkiksi se, että pitkillä välimatkoilla johtimellisessa siirtotiessä analogisille signaaleille käytetään vahvistimia ja digitaalisille toistimia tai eri kaapeleiden rakenteet. Lisäksi on selvästi paljon ulkoa opeteltavaa asiaa, kuten mitkä häiriötekijät vaikuttavat mihinkin siirtotiehen eniten jne.

Johtimettomien siirtoteiden osaltakaan ei suurempia ahaa elämyksiä syntynyt. Signaalien etenemismekanismeissa ei sinällään ole mitään kummallista, mutta kertaustahan se vaatii että kaikki oikein muistaa. Sama pätee taajuusalueisiin jne. Antennivahvistus oli termiä uusi, ja huomio siitä että kyse ei ole siitä että tehoa lähetettäisiin enemmän, vaan siitä että teho kohdistetaan pienemmälle alueelle. Satelliittilinkeissä uutena asiana tuli se, että ne käyttävät eri taajuutta maasta satelliittiin lähettämiseen, kuin satelliitista maahan lähettämiseen.

Seuraavaksi luennoilla käytiin läpi siirrettävän signaalin koodausta. Teknisellä tasolla tämä osa oli minulle kokonaan uutta asiaa. Jos nyt joitain erityisesti mieleen jääneitä kohtia mainitaan, niin niitä voisivat olla; scrambling, eli mahdollisuus korvata digitaalisessa signaalissa pitkän tasaisen jännitetason aiheuttava pitkä nolla jono jollain toisella bitti jonolla, tai se että analoginen signaali voidaan ”koodata”/moduloida kolmella eri tavalla. Modulointi voi perustua amplitudin muuttamiseen, taajuuden muuttamiseen tai vaiheen muuttamiseen. Huomioitavaa on myös se, että tiedonsiirtonopeutta voidaan kasvattaa käyttämällä esimerkiksi useampaa vaihemuutosta jokaisessa elementissä, tai yhdistämällä kaksi modulointi menetelmää. Tällöin yksi signaalielementti vastaa enemmän kuin yhtä bittiä.

Tällä luentokerralla käyntiin läpi myös kommunikointitekniikka, mikä oli lähinnä jo aiemman kertausta ja hieman syvemmälle menoa, liittyen esim. virheen tunnistukseen ja korjaukseen. Uutena asiana lähinnä tuli ajastuksen tarve. Mikäli ajastus ei ole kohdallaan lähettäjän ja vastaanottajan välillä, niin bitit voivat mennä sekaisin ajelehtimisen/liukumisen takia. Tämä voidaan estää joko lähettämällä data merkki kerrallaan, jolloin voidaan tehdä uudelleen synkronointi joka välissä. Tämä asynkroninen tiedonsiirto on tietysti hidasta, jos lähetetään suuria datablokkeja. Toinen vaihtoehto on käyttää synkronoitua tiedonsiirtoa, jolloin lähetetään tasaista datavirtaa. Tällöin synkronointi voidaan hoitaa esim. erillisen kellolinjan avulla tai upottamalla kellosignaali dataan. Lopuksi käytiin vielä läpi datalinkkien välisiä kontrolli protokollia. Tämäkin osan asiat olivat lähes samoja kuin mitä oli jo aiemmin käsitelty. Eli freimi kerrallaan lähettäminen, liukuva ikkuna sekä näihin liittyvät virheen hallintamenetelmät jne.

Luentopäivä 4:

Neljännellä luentokerralla käsiteltiin kanavointia, piiri- ja pakettikytkentäisiä verkkoja, reititystä ja verkon ruuhkautumista, sekä käytiin läpi digiTV/DVB asiaa. Kanavointi, eli multipleksointi, olikin jo terminä tullut esille aiemmin kurssilla, ja sen perus ajatus on hyvin selkeä. Eli yksi linja voidaan jakaa useammaksi kanavaksi, jolloin linjan kapasiteetti saadaan tehokkaasti käytettyä. Tai vastaavasti jos kahden järjestelmän välinen kommunikointi vaatii paljon kapasiteettia, niin se voidaan periaatteessa jakaa useammalle linjalle. Yleisesti kuitenkin linjan jako useampiin kanaviin on yleisempää.

Kanavointimenetelmiä on sitten taas olemassa useita, ja termistöä ja lyhenteitä sen mukaisesti. On taajuusjakokanavointia, aikajakokanavointia, koodijakokanavointia ja aallonpituusjakokanavointia. ADSL esimerkki oli mielenkiintoinen. ADSL:lää käytettäessä tilaajalinjalla siis taajuusalue jaetaan ensin puhelimen, sekä adsl:n tulevan ja lähtevän signaalin välillä. Sitten vielä tulevan ja lähtevän signaalin taajuusalueet jaetaan useampaan osaan. Tämä jako tapahtuu vielä niin, että paremmille kanaville laitetaan enemmän dataa ja heikommille vähemmän. Sellainen kysymys herää mieleen, että kun nykyisin on harvoin käytössä kiinteää puhelinta, niin voisiko ne alimmatkin taajuudet ottaa siinä tilanteessa adsl:n käyttöön? Tosin eipä siitä montaa kanavaa tulisi lisää.

Toinen mielenkiintoinen kanavointi tapa oli koodijakokanavointi (CDMA), joka siis mahdollistaa johtimettomilla siirtoteillä useamman päällekkäisen signaalin. Perustuu siihen että jokaisella signaalin lähettäjällä on oma koodaustekniikkansa, jonka perusteella vastaanottaja osaa erottaa oikean signaalin. Tämä tietysti vaatii sen, että vastaanottajan pitää tietää käytössä oleva koodaustekniikka.

Toisena aiheena oli piiri- ja pakettikytkentäiset verkot. Taas perusajatukseltaan selkeitä asioita. Piirikytkentäisessä verkossa tiedonsiirtoon tarvittavat resurssit, eli yhteys, varataan etukäteen ja koko kommunikoinnin ajaksi kyseistä tiedonsiirtoa varten. Muodostetaan siis virtapiirin kaltainen yhteys. Näin päästään perinteiseen puhelin-/teleliikenteeseen vaadittavaan reaaliaikaiseen kommunikointiin, mutta toisaalta koko varatun kanavan kapasiteetti on koko yhteyden ajan vain ko. yhteyden käytössä, vaikka dataa ei siirrettäisi. Pakettikytkentäinen verkko puolestaan soveltuu paremmin puhtaan dataliikenteen tarpeisiin. Pakettikytkennässä data pilkotaan ensin pienemmiksi paketeiksi siirtoa varten. Sitten paketit lähetetään yksi kerrallaan seuraavaan linkkiin, josta ne jatkavat perille linkki kerrallaan periaatteessa joko ennalta määrättyä reittiä (virtuaalipiiri) tai tilanteen mukaan valokoituvaa reittä (tietosähke) myöden. Pakettikytkentäinen yhteys tuo mukanaan tarpeen pakettien reititykselle, mikä olikin luentojen seuraava aihe.

Reititys menetelmiä tai strategioita on taas useita. Mielenkiintoisinta oli ehkä huomata, että ns. tulvimis (flooding) menetelmää todella voidaan joissain yhteyksissä käyttää. Nopeasti ajateltuna tuntuu, että sen käyttäminen tukkisi verkon hyvin nopeasti. Mutta tietysti kuten mainittua tämän menetelmän pitää sisältää tapa/tapoja rajoittaa pakettien uudelleen lähetystä. Varsinaiseen datan siirtoon käytettävät reititysmenetelmät ovat tietysti huomattavasti monimutkaisempia, ja ne perustuvat reititys tauluihin ja niiden laskemiseen käytettäviin reititysalgoritmeihin. Reitityksestä jäi askarruttamaan, että jos käytetään menetelmää jossa hyödynnetään tietoa vain viereisistä soluista ja paketti lähetetään aina sinne suuntaan missä on vähiten ruuhkaa, niin millä vältetään että paketti ei mene ihan väärään suuntaan ja kierrä älytöntä lenkkiä? Kai käytössä pitää olla jokin perus ”suuntatieto”. Eli esim. Amerikkalaiselta palvelimelta Suomeen tulossa oleva paketti ei voine kiertää ensin Afrikan ja sitten vaikka vielä Etelä-Amerikan ja Australian kautta Intiaan ja sieltä muun Aasian läpi Suomeen?

Lopuksi käsiteltiin pakettien jonotusta reitittimellä ja sitä kautta reitittimen ja koko verkon ruuhkautumista. Sehän on fakta, että reititin voi laittaa siirtotielle vain sen määrän paketteja mikä sen kapasiteetti on. Jos paketteja tulee enemmän, niin ne laitetaan jonoon. Myös reitittimen kapasiteetti on rajallinen, joten jossain vaiheessa jono tulee täyteen ja uudet saapuvat paketit hylätään. Jonoutuminen/ruuhkautuminen hidastaa verkko, ja voi jopa jumittaa sen. Jos päädytään tilanteeseen jossa paketteja ei enää mahdu jonoon, niin jonot alkavat kasvaa pakettien tulosuunnassa, ja verkon ruuhka vain kasvaa. Tärkeintä kuitenkin on miten toimitaan silloin kun paketteja ei enää mahdu jonoon. Kylmin tapa on että reititin lähettää lähteelle viestin joka kieltää lisäpakettien lähettämisen. Yleensä kuitenkin käytetään erilaisia ennakoivia menetelmiä, joilla pyritään ennakoimaan ruuhkautumista ja siten kiertämään ruuhkakohdat tai rajoittamaan liikennettä jonojen kasvaessa.

DigiTV esityksestä mainittakoon sen verran, että siitä ei hirveästi jäänyt mieleen. Oikeastaan ainoastaan se, että ensin on mpeg-2 pakkaus ja sitten data kanavoidaan eteenpäin. Johtunee varmasti siitä, että esitys oli vielä vajavainen, ja ehkä hieman sekavakin, kokonaisuus.

Luentopäivä 5:

Viimeisellä luentokerralla käytiin läpi laaja joukko asioita. Yritetään nyt kasata tähän päällimmäiseksi mieleen jääneitä asioita. Päivähän alkoi matkapuhelinverkoista. Matkapuhelin verkot siis koostuvat soluista. Jokaisella solulla on siis oma masto/antenni, joka toimii omalla taajuusalueella. Maston vierellä on varsinainen tukiasema, josta löytyy ainakin, vastaanotin, lähetin ja kontrolliyksikkö. Huomioitavaa on, että vain kännykän ja tukiaseman välinen liikenne on langatonta. Tukiasemalta eteenpäin käytetään kiinteää kantaverkkoa. Solut suunnitellaan siten, että vierekkäisissä soluissa ei käytetä samoja taajuuksia. Tämä on iso haaste, johon ei täydellistä ratkaisua löydy. Soluja voidaan myös jakaa pienempiin osiin. Näin saadaan lisää kapasiteettia. Asia jota en tiennyt, tai ollut aiemmin ajatellut, oli se, että kapasiteettia voidaan lisätä myös taajuuksia lainaamalla. Eli lainataan naapurisolujen vapaita taajuuksia, tai jaetaan taajuuksia alun perinkin dynaamisesti. Tämä lisää varmasti solujaon suunnittelun haasteellisuutta. Uutta tietoa tuli myös 4G verkosta. 4G tekniikka hyödyntää siis taas taajuusjakokanavointia. Tämähän on periaatteessa hyppäys taaksepäin, mutta kun kyseessä on ortogonaalinen versio, niin se on tehokkaampi tapa kuin aika- ja koodijakokanavoinnit.

Lähiverkkoja oli kurssilla käsitelty jo useammassa yhteydessä aikaisemminkin. Uutena asiana mieleen jäivät ns. tallennusverkot (SAN). Ne voivat olla paikallisia tai toteutettu ns. pilvipalveluna. Tässä yhteydessä käytiin läpi myös erilaisia lähiverkkojen topologioita. Tosin väylä, puu ja rengas mallit alkavat olla jo historiaa. Modernit lähiverkot toiminevat pääasiassa tähtitopologian mukaisesti, jossa yksittäiset laitteet ovat yhteydessä ns. keskussolmuun. Lähiverkkoihin liittyen käytiin läpi myös MAC-protokollaa. MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin tehokkaaseen jakamiseen ja hallintaan. MAC-protokollia on siis useita, tai se voidaan toteuttaa useammalla tavalla. Vaihtoehtoja kapasiteetin jakamiseen ovat esim. varaus, kilpailu tai ns. round robin, eli vuorottelu.

Luennoilla käytiin myös hyvin nopeasti läpi lähiverkkojen nopeuskehitystä. Tästä osasta jäi kuitenkin mieleen lähinnä törmäykset lähiverkossa. Eli se kuinka yksinkertainen systeemi LAN on. Asemat voivat lähettää tietyissä tilanteissa yhtä aikaa, jolloin lähetykset menevät päällekkäin, eli törmäävät. Tällaisiin tilanteisiin on kehitetty periaatteessa hyvin yksinkertaisia ratkaisuja. Kun törmäys huomataan, niin lähettäneet asemat odottavat satunnaisen ajan, ja yrittävät uudestaan kunnes lähetys onnistuu.

Myös Internetin rakennetta käytiin hyvin nopeasti läpi. Tästä osasta jäi mieleen että verkkojen sisällä ja välillä käytetään eri reititysmenetelmiä. Tästä oli luennoilla kuvakin, mutta en nyt löytänyt sitä materiaalista. Ilmeisesti materiaalia ei ole päivitetty siihen mitä luennoilla esitettiin. Myös IPv6:sta sivuttiin, mutta siitä oli puhuttu jo aiemminkin. Mielenkiintoista oli lyhyt katsaus mobiili IP:hen, eli pyrkimykseen siihen että jokaisella laitteella olisi oma IP osoite, kytkettiinpä se verkkoon missä tahansa. Periaate olisi sama kuin kännykkäverkoissa. Eli omalla palveluntarjoajalla/operaattorilla on tieto missä laite milloinkin on, ja sitä kautta yhteys ohjataan oikeaan paikkaan.

Kokonaisuutena kurssi oli mielenkiintoinen. Monet asiat toistuvat useaan kertaan, koska ne vaikuttavat monella tasolla. Asioiden kertautuminen on sinällään oppimisen kannalta hyvä asia. Välillä homma oli hieman sekavaa, koska tuntui että asiahan oli jo käsitelty ja nyt se liittyykin tähän toiseen tasoon. Asioiden jakautumista eri tasoille voisi siis jatkossa selkeyttää.

Kotitehtävä 1

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

Kysymykset:

1. Miten “pilveen” tapahtuvan varmuuskopioinnin tietosuoja on taattu? 2. Miten monen laitteen yhtäaikainen kummunikointi langattomaan vastaanottimeen toimii? 3. Mitä eroa on puhelimen (3G) nettiyhteydellä ja puhelun aikaisella puheen sirtoon käytettävällä yhteydellä vai onko eroa?

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.

Protokollat

SS7 on puhelin/3G verkoon liittyvä protokolla. SS7 on lyhenne sanoista Signaling System 7, ja se on puhelinverkon merkinantoprotokolla. SS7 hoitaa keskusten välisen merkinantoliikenteen. Puhelinverkossa data (itse puhelu) ja merkinanto (esim. tämä puhelu pitää yhdistää tähän ja tähän paikkaan) on erotettu erillisiin verkkoihin. (http://fi.wikipedia.org/wiki/SS7)

Protokollan standardi/määritelmä:

http://www.itu.int/rec/T-REC-Q.700-199303-I/en

CSMA/CA (lyhenne sanoista Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance) on tietoliikenteen siirtotien varausmenetelmä, jolla useat lähettävät tietokoneet jakavat samaa siirtotietä. CSMA/CA on perinteinen IEEE 802.11 -verkkojen (WLAN) tapa jakaa verkko käyttäjien kesken. (http://fi.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA)

Protokollan standardi/määritelmä:

Standardia ei ilmeisesti ole ilmaiseksi saatavilla netistä, mutta wikipediasta löytyy laajempi määritelmä, http://en.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA, tai osoitteesta http://en.wikipedia.org/wiki/CSMA/CA.

IPv6 on nykyisen IP-protokollan (IPv4) seuraajaksi kehitetty protokolla. IP (engl. Internet Protocol) on TCP/IP-mallin Internet-kerroksen protokolla, joka huolehtii IP-tietoliikennepakettien toimittamisesta perille pakettikytkentäisessä Internet-verkossa. (http://fi.wikipedia.org/wiki/IP, http://fi.wikipedia.org/wiki/IPv6)

Protokollan standardi/määritelmä:

IP-protokolla määritellään RFC-dokumenteissa (http://fi.wikipedia.org/wiki/IP), jotka on saatavilla osoitteesta http://www.ietf.org/. IPv6 määritelmä http://www.ietf.org/rfc/rfc2460.txt.

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.

0212321_tehtava_3.pdf

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.

Koska adls:lää ja matkapuhelinverkkoja käsiteltiin luennoilla, niin otin tarkastelukohteeksi wlan verkon. Se käyttää ensinnäkin useita kanavia (taajuusjakokanavointia?), jotka jakavat käytetyn taajuusalueen tyypillisesti 13 eri kanavaan. Nämä kanavat ovat kuitenkin osittain päällekkäisiä. Käytännössä vain kanavat 1, 6, ja 11 eivät mene toistensa kanssa päällekkäin. Tässähän on lähinnä kyse siitä, että eri wlan-verkkojen häiriöitä toisilleen saadaan vähennettyä. Koska samalla taajuusalueella olevat verkotkin voivat toimia suht lähekkäin, ja samassa verkossa voi olla useampi laite, niin käytössä on oltava myös jokin muu menetelmä. Ja kappas, sieltähän se googlettamalla vuoden 2005 luentokalvoista löytyi. Eli wlan:ssa käytetään koodijakokanavointia, tarkemmin DSSS menetelmää tai OFDM menetelmää, kuten edellisessä kotitehtävässä jo kävi ilmi. Wlan:ssa siis laajempaa taajuusaluetta hyödynnetään ensin käyttäen taajuusjakokanavointia ja sitten vielä itse datan siirrossa hyödynnetään koodijakokanavointia. Näin koko käytössä oleva suht kapea taajuusalue saadaan tehokkaaseen käyttöön, ja samalla häiriöt minimoitua. Koodijakokanavointi mahdollistaa usean laitteen yhtäaikaisen käytön, sekä usean verkon päällekkäisen toiminnan. (lähteet: luentomateriaalit ja wikipedia)

Toiseksi tarkastelun kohteeksi otin perinteisen ethernet-verkon. Siinä käytetään CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) menetelmää. Suora lainaus wikipediasta:

“CSMA/CD -menetelmässä suoritetaan kanavanvaraus kuuntelemalla kaapelisegmentin liikennetilannetta, joka tapahtuu käytännössä mittaamalla kaapelin jännitetasoja, ja mikäli segmentti vaikuttaa vapaalta, voidaan lähettää. Mikäli tapahtuu törmäys samaan Ethernet-segmenttiin kytkettyjen asemien alkaessa lähettää samanaikaisesti, se voidaan huomata johdon jännitetasojen epänormaaliudesta. Tällöin ensimmäinen törmäyksen havainnut asema lähettää jam-signaalin, joka viestittää segmentin kaikille laitteille tapahtuneesta törmäyksestä. Jam-signaalin vastaanotettuaan kaikki segmentin aseman vaikenevat ja odottavat satunnaisen ajan. Se asema, jonka satunnainen odotusaika on lyhin, aloittaa lähettämisen uudelleen ensimmäisenä. Koska odotusajat ovat satunnaisia, on epätodennäköistä, että joku toinen asema alkaisi jälleen lähettää samaan aikaan, mutta jos näin käy, tapahtuu jälleen törmäys ja toipumisprosessi jam-signaaleineen alkaa uudestaan.”

Menetelmä on siis eräänlainen aikajakokanavointimenetelmä. Koska koaksiaalikaapelissa voi liikkua vain yksi signaali kerrallaan, niin aikajakokanavointi on ainoa mahdollisuus yhtäaikaisen käytön mahdollistamiseen. Menetelmä on hyvin yksinkertainen, eikä edes pyri estämään päällekkäisiä lähetyksiä täysin, vaan perustuu uudelleenlähetyksiin. Näin protokolla pysyy yksinkertaisen, mutta toisaalta päällekkäisten lähetysten tapahtuessa tiedonsiirto hidastuu.

Kotitehtävä 5

1. Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen

Valitsin kertauksen vuoksi esimerkki sovellukseksi verkkosähköpostin, eli sähköpostin joka käyttää HTTP-protokollaa IMAP- tai POP-protokollien sijaan. Lähetyssuuntaanhan toimita on samanlaista kaikissa sähköposteissa. Yksinkertaistettuna, lähettäjä kirjoittaa sähköpostin jollain sovelluksella. Tämän jälkeen sovelluskerroksen SMTP-protokolla paketoi viestin, ja antaa ne kuljetuskerroksen hoidettavaksi. Kuljetuskerroksella (TCP-protokolla) otetaan yhteys oman palveluntarjoajan palvelimeen, ja lisätään kuljetuskerroksen tiedot, portti ym. Yhteys muodostetaan ns. kädenpuristuksella, sitten itse paketit lähetetään ja lopuksi yhteys puretaan. Kuljetuskerrokselta paketit siirtyy verkkokerrokselle (IP-protokolla), joka hoitaa reitityksen eteenpäin. Tämän jälkeen linkkikerros hoitaa varsinaisen pakettien lähetyksen fyysisen kerroksen kautta. Varsinaisen datan siirron vaiheet riippuvat käytetyistä yhteyksistä. Esim. jos kyseessä on ADSL yhteys, niin bitit koodataan lähetettävään muotoon käyttäen QAM tekniikkaa. Muunnos on digitaalisesta datasta, analogiseksi signaaliksi. Lisäksi signaali kanavoidaan DMT tekniikalla useille taajuuksille. Kyseessä on siis taajuusjakokanavointi. Näin bitit siirtyvät operaattorin keskuksen, josta ne siirtyvät DSLAM:n kautta runkoverkkoon.

Palvelimelle saapunut viesti tallentuu palvelimelle käyttäjän postilaatikkoon, joten homma toimii takaperin sovelluskerrokselle asti. Vastaanottavassa päässä eri kerroksilla tapahtuu myös virheiden tarkkailua ja korjausta. Palvelin etsii vastaanottajan palvelimen, ja laittaa viestin lähtevien viestien jonoon. Lähetys tapahtuu taas sovelluskerroksen SMTP-protokollasta alkaen, kuten käyttäjältä omalle palvelimelle siirrettäessä.

Kun viesti saapuu vastaanottajan palvelimelle, niin homma puretaan taas sovelluskerrokselle asti, ja viesti tallentuu vastaanottajan postilaatikkoon. Kun vastaanottaja avaa oman nettisähköpostinsa, niin sovellus hakee saapuneet viestit palvelimelta. Nyt käytetäänkin sovelluskerroksella HTTP-protokollaa, joka lähettää pyynnön tarkistaa/noutaa saapuneet viestit. Jälleen muodostetaan yhteys TCP-, IP- jne. protokollien avulla. Palvelin lähettää paketit samoin periaattein käyttäjän verkkosovellukselle, joka purkaa ne aina sovelluskerrokselle asti ja sovellus muodostaa pakettien datasisällöstä viestin esitettäväksi käyttäjän näytöllä. Kyseessä on vain kopio viestistä, sillä viesti on tallentuneena vastaanottajan postilaatikossa, joka sijaitsee palveluntarjoajan palvelimella. Palvelin voi olla missä päin maailmaa tahansa, varsinkin kun kyse on nettisähköpostista.

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

Tietoturvan pää tavoitteet ovat luottamuksellisuus, eheys ja saatavuus. Luottamuksellisuus jakautuu kahteen osaan, yksityisyyteen ja datan luottamuksellisena pysymiseen. Yksityisyydessä on kyse siitä, että yksilö voi päättää, tai ainakin vaikuttaa siihen, mitä tietoa hänestä kerätään ja tallennetaan sekä ketkä tietoa voivat käyttää. Tähän osaan ei juurikaan voida vaikuttaa tietoliikennetekniikan keinoin. Datan luottamuksellisena pysymiseen sen sijaan voidaan vaikuttaa paljonkin. Käytännössähän se on juuri teknisen tietoturvan tehtävä. Kerrosmallia ajateltaessa, tulee varmistaa että luottamuksellinen data on kaikissa vaiheissa suojatussa muodossa tai että se liikkuu siten että siihen voi päästä käsiksi vain siihen oikeutettu henkilö. Keinoja tähän on monia. Kurssilla oli puhetta esimerkiksi taajuushyppelystä. Siinähän data jaetaan ainakin näennäisen satunnaisille taajuuksille tietyin aikavälein. Tällä ainakin hankaloitetaan datan kaappaamista lähetyksen aikana. Yleensä datan suojaamisen ongelmana on se, että se hidastaa datan käsittelyä. Lisäksi datan määrä yleensä kasvaa, jolloin tarvitaan enemmän resursseja sen lähettämiseen. Pitää siis esim. joko kasvattaa käytettävissä olevaa kaistanleveyttä/kanavien määrä, tai tyytyä hitaampaan tiedonsiirtonopeuteen.

Eheys on myös osa tietoturvaa. Protokollien yhtenä tehtävänähän on varmistaa datan eheys. Tämä tapahtuu erilaisten tarkastuskoodien avulla. Esimerkiksi alkuperäisestä paketista voidaan laskea tarkastussumma, jonka vastaanottavan pään protokolla laskee uudestaan ja vertaa tuloksia. Jos summat eivät vastaa, niin voidaan esim. pyytää paketti uudestaan tai jos mukana on virheenkorjauskoodi, niin sitä hyödyntämällä voidaan yrittää päätellä alkuperäisen datan sisältö. Toinen osa eheyttä on systeemin eheys. Eli varmistetaan että systeemi toimii kuten pitää, ja että sitä ei ole luvattu manipuloitu. Tämä aihealue menee taas hieman kurssin aihealueen ohi, ainakin keinojen osalta. Tosin asia koskee myös tiedonsiirtojärjestelmiä, eli jollain tavalla järjestelmissä tulisi varmistaa, että ne lähettävät tietoa vain sinne minne pitääkin.

Saatavuuden varmistaminen on yksi tietoliikennetekniikan pää tehtävistä. Tehtävänä on varmistaa että järjestelmät toimivat, niin fyysisellä kuin ohjelmistotasollakin. Lisäksi järjestelmiä pitää päästä käyttämään kaikkien joilla on siihen lupa, mutta ei luvattomien. Tähän asiaan liittyen periaatteessa kaikki kurssilla käsitellyt asiat liittyvät jotenkin, koska kaikkien osa-alueiden on toimittava jotta koko järjestelmä toimisi.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 3 h
    • Kotitehtävät: 3h
    • Luentomateriaaliin läpikäynti: 2h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus: 6 h
    • Kotitehtävät: 3h
    • Luentomateriaaliin läpikäynti: 1h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus: 6 h
    • Kotitehtävät: 2h
    • Luentomateriaaliin läpikäynti: 1h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus: 6 h
    • Kotitehtävät: 2h
    • Luentomateriaaliin läpikäynti: 1,5h
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus: 6 h
    • Kotitehtävät: 3 h
    • Luentomateriaaliin läpikäynti: 2 h
    • Tenttiin valmistautuminen: 30 h

Pääsivulle