meta data for this page

Satu-Minna Piiroisen 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. Rehellisesti sanottuna enpä tiedä miten tekisin omaa työtäni ilman tietoliikenteen mahdollistamia työvälineitä ja palveluja – ainakin se olisi todella paljon monimutkaisempaa ja turkasen hidasta :-P! Työpäivän mittaan käytän jatkuvasti tietoliikenteen mahdollisuuksia hyväkseni, mm. sähköpostia, erilaisia yhteisöpalveluja, pikaviestintä, erilaisia Internetin mahdollistamia palveluja tiedon etsintään, tallentamiseen jne… Se on tärkeä tapa mm. pitää yhteyttä niin työkavereiden, asiakkaiden kuin sidosryhmienkin kanssa. Työmatkoilla en varmastikaan löytäisi perille ilman navigaattoria tai Internetin reittipalveluja! Sama tilanne on varmasti monella muullakin – asiaa ei välttämättä vain tule ajatelleeksi. Tietoliikenteestä riippuvuuden huomaakin parhaiten silloin, kun linjoissa on jotakin häiriötä – mm. silloin kun viereisellä rakennustyömaalla kauhakuormaaja on epähuomiossa napsannut valokaapelin poikki… Myös yksityisessä elämässä tietoliikenne näyttelee merkittävää roolia – on sosiaalista mediaa, ostoksia tehdään Internetissä, siellä on mahdollisuuksia opiskeluun jne.

Termejä ja sanoja, jotka tulivat ensimmäisenä mieleeni tietoliikenteeseen liittyen olivat mm. (tieto-)turvallisuus, sosiaalinen media, GPS, TCP/IP, ADSL, kännykät, LAN, WAN ja digi-TV. Uutisista tähän liittyen päällimmäisenä on VR:n epäonnistunut lippu-uudistus (tulin aamulla junalla Lappeenrantaan).

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1 (23.9.2011): Mitä opin ensimmäisellä kerralla?

En tiedä pitäisikö tätä tunnustaa m(, mutta olen joskus muinaisuudessa valmistunut tradenomiksi tietojenkäsittelyn puolelta… Siitä on kuitenkin yli kymmenen vuotta aikaa enkä ole joutunut/päässyt sen jälkeen näiden asioiden kanssa tekemisiin muuta kuin loppukäyttäjän näkökulmasta. Ajattelin ennen ensimmäistä luentokertaa, että nämä asiat minun täytyy aloittaa ihan alusta – tottahan asiat ovat kymmenessä vuodessa muuttuneet ja ihan varmasti unohtuneet?

Tämän vuoksi ensimmäisen luentokerralla yllätyin positiivisesti siitä, että tuttujakin termejä nousi esille, mm. OSI-malli,TCP/IP,PAN/LAN/MAN/WAN… Sen sijaan tarkemmat määritelmät termien takana, esimerkiksi OSI-mallin kerrokset olivat tyystin unohtuneet ja ne palautuivatkin mieleeni luennolla. Lisäksi tuli paljon uusia lyhenteitä ja termejä, joihin varmasti joudun palaamaan vielä tenttiin lukiessani. Tärkeimpiä asiakokonaisuuksia mielestäni olivat perusmielikuvan saaminen tietoliikenteen eri näkökulmista, eri kerrosmallit (teoreettinen, OSI, TCP/IP) sekä protokollaan liittyvät asiat. Nämä esitettiinkin luennolla selkeästi ja käytännön esimerkkeihin nojaten. Mielenkiintoisia asioita minusta olivat erityisesti mm. digi-televisioon ja paikantamiseen sekä muihin uusiin, nouseviin trendeihin (mobiliteetti, pilviteknologia…) liittyvät asiat.

Luentopäivä 2 (7.10.2011):

Luentokerran aluksi kävimme läpi OSI- ja TCP/IP-malleja sekä protokollien yleisiä toimintoja. Lisäksi käsiteltiin tietoliikenteen standardointia ja tiedonsiirtoon liittyviä aihealueita.

Kerrosmallien kerroksien tehtävänä on toteuttaa oman kerroksensa toimintoja ja tarjota palveluitaan ylemmille kerroksille - ideana on, että muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta muihin kerroksiin. Niiden avulla myös saadaan suuri kokonaisuus pilkottua pienemmäksi. Kerrosten välillä on palvelupisteitä (SAP), joiden kautta palvelut välitetään kerrokselta toiselle. Nämä palvelut voivat olla vahvistettuja (pyyntö, osoitus, vastaus, vahvistus) tai vahvistamattomia (pyyntö, osoitus).

OSI-malli muodostuu seitsemästä kerroksesta, alhaalta ylös lueteltuina kerrokset ovat: fyysinen (laitteiden liitännät ja bittien siirtosäännöt l. miten siirtotiehen ollaan kiinni), linkki (keinot luotettavaan siirtoon siirtotiellä, virheiden havainnointi ja korjaus), verkko (tiedonsiirto kommunikointiverkkoa käyttämällä, reititys!), kuljetus (mekanismit tiedon välittämiseksi kahden järjestelmän välillä), istunto (lisäpalveluja kuljetuskerroksen päälle - mekanismi sovellusten dialogin hallintaan), esitystapa (tiedon esitystavan määritys sovellusten välillä) ja sovellus (sovelluksille liityntä OSI-maailmaan).

TCP/IP-malli puolestaan muodostuu viidestä eli fyysisestä (siirtotien liityntä), linkki- (päätelaitteen ja verkon välinen siirto), verkko- (l. Internet-kerros, yhteen kytkettyjen verkkojen käyttö datan siirrossa), kuljetus- (luotettava tiedonsiirto järjestelmien väillä) ja sovelluskerroksesta (sovellusten tarvitsema logiikka - oma moduuli kullekin sovellukselle). TCP/IP:n suosio on kasvanut siihen perustuvan Internetin, erityisesti WWW:n suosion kasvun myötä.

Protokollassa määritellään mitä, kuinka ja koska tietylle toiminnalle. Se koostuu syntaksista (viestit, mitä välitetään), semantiikasta (toiminta) ja ajoituksesta (mitä sitten tapahtuu, paljonko on aikaa tehdä jotakin, koska jotain tapahtuu jne.). Protokollien perustoimintoja ovat segmentointi (l. datalohkojen pilkkominen) ja kokoaminen (edellisen vastatoimenpide), paketointi (ohjausinformaation lisääminen datalohkoihin), yhteydenhallinta (tärkeä toiminto!), toimitus oikeassa järjestyksessä (voidaan esim. numeroida), vuon valvonta (vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta), virheiden havainnointi ja korjaus (usein virheen havainnointi ja uudelleenlähetys), osoitteet (sis. osoitustaso, osoituksen laajuus, yhteystunnisteet, osoitustila), kanavointi (l. multipleksointi) ja kuljetuspalvelut (prioriteetti, palvelutaso, palvelun laatu, tietoturva). Edellä luetellut perustoiminnot eivät sisälly kaikkiin protokolliin.

Tietoliikenteen standardointi on tärkeä asia - sitä tarvitaan, jotta eri järjestelmät olisivat yhteensopivia niin fyysisesti, sähköisesti kuin toiminnallisestikin. Sen tärkeimpinä etuina mielestäni ovat kuluttajan kannalta tärkeät tekijät: hintojen lasku ja yhteensopivuus (mahdollistaa mm. laitteiden todellisen kilpailuttamisen). Standardoinnissa on tietenkin myös haittatekijöitä - ne mm. hidastavat teknologian etenemistä (hidas standardoimisprosessi). Lisäksi samalle asialle voi olla monia standardeja - mitä käyttää? Tärkeimpiä standardoimisorganisaatioita ovat mm. Internet Society (Internet), ISO (OSI), ITU-T (telekommunikaatio), ATM Forum ja IEEE (lähiverkot).

Viimeisenä aihekokonaisuutena käsiteltiin tiedonsiirtoon liittyviä asioita. Onnistunut tiedonsiirto riippuu kahdesta tekijästä: signaalin laadusta, jota lähetetään sekä siirtotien ominaisuuksista. On myös tärkeää, että signaali (analoginen, digitaalinen) ja siirtotie (suunnattu/johtimellinen tai suuntaamaton/johtimeton) sopivat yhteen. Linkki voi olla suora (kaksi laitetta kytketty toisiinsa), point-to-point (kaksi laitetta jakaa linkin) tai multi-point (useampi kuin kaksi laitetta jakaa linkin). Signaalia voidaan lähettää joko yhteen suuntaan (simplex, esim. TV) tai molemmat osapuolet voivat lähettää, mutta vain yksi kerrallaan (half dublex, esim. poliisiradio). Lisäksi voi olla molempiin suuntiin tapahtuvaa siirtoa (full duplex, esim. puhelin).

Esille tuli myös signaaliin vaikuttavia/sen etenemiseen vaikeuttavia ja häiritseviä tekijöitä: etäisyys, häiriöt, vaimeneminen ja vääristymä, viivevääristymä, kohina (ylikuuluminen, impulssikohina), esteet ja monitie-eteneminen. Myös kaistanleveys ja sen vaikutus tiedonsiirtoon käytiin läpi (kaistanleveys vaikuttaa siirrettävän datan määrään - mitä rajoitetumpi kaistanleveys, sitä enemmän häiriötä).

Ymmärsin kerrosmallit ja protokollat omasta mielestäni varsin hyvin. Pistokkaat mielestäni olivat tasoltaan sopivat - toki tuli hieman kiire ja vastaukset jäivät näin ollen puutteellisiksi. Tietoliikenteen standardointi käsiteltiin hyvin nopeasti, mutta asia selvisi luentojen jälkeen materiaalista lukemalla. Viimeisin osa-alue jäi varsin hämäräksi - mm. Sini-aallot, aallonpituus, taajuuskaista jäivät täysin epäselviksi. Enkä ymmärtänyt niistä caseistakaan (I - III) yhtään mitään.

Luentopäivä 3 (28.10.2011):

Kolmannella kerralla luennoilla aloitettiin siirtoteistä, jotka jaetaan johtimellisiin eli ohjattuihin (signaalit kulkevat fyysistä reittiä) sekä johtimettomaan eli ohjaamattomaan (signaalit siirtyvät väliainetta, kuten ilmaa tai vettä pitkin antennien välityksellä). Johtimellisia siirtoteitä ovat parikaapeli (käytetään puhelin- ja dataverkoissa), optinen kuitu, koaksiaalikaapeli ja sähköjohto. Näistä kaksi ensiksi mainittua ovat keskeisimpiä. Johtimettomia ovat taas mikroaaltolinkit, radiotie, satelliitti- ja infrapunalinkit. Näistä luennolla painotettiin niin ikään kahta ensimmäistä.

Parikaapeli on halvin ja eniten käytetty johtimellisissa ja koostuu kahdesta kuparijohtimesta, jotka on kiedottu toistensa ympärille (pienentää matalan taajuuden häiriöitä). Myös kaapelin päällystäminen foliolla/metallipunoksella lisää häiriösietoisuutta. Ylikuumenemista estetään käyttämällä erimittaisia kierteitä. Koaksiaalikaapelissa on kaksi johdinta sisäkkäin ja sen etuna on että voidaan käyttää parikaapelia korkeampia taajuuksia (→ suuremmat tiedonsiirtonopeudet). Häiriötekijöinä vaimennus, lämpökohina, keskeismodulaatiokohina (FDMA). Optinen kuitu koostuu ytimestä (siirretään valoaallot), heijastuskerroksesta (pitää valon ytimessä) ja kuoresta (suojaa kuitua kosteudelta ja vaurioilta). Etuja ovat edellisiä suurempi kapasiteetti (enemmän tietoa siirrettävissä kerralla), pienempi koko ja kevyempi (painoltaan), pienempi tiedon hävikki, elektromagneettinen eristys (suoja mm. salakuuntelua vastaan) ja suurempi toistinväli. Valonlähteenä käytetään LED- (valodiodi) tai ILD-ratkaisuja (laser). Optisia kuituja, jotka voidaan jakaa monimuoto- ja yksimuotokuituihin, käytetään niin runkoverkoissa, kaupunkiverkoissa, lähiverkoissa kuin tilaajajohdoissakin. Sähköjohtoakin voidaan käyttää siirtotienä, tällöin data siirtyy sähkön kanssa samassa verkossa. Etuna on olemassa oleva infra, haittana sähköverkon häiriötekijät (kohina, heijastukset, sähkövirtapiikit) – siksi käytetäänkin lähinnä tilaajaliityntänä.

Johtimettomat siirtotiet jaetaan suunnattuihin (antennit tarkasti toisiaan kohden) ja suuntaamattomiin (aallot etenevät kaikkiin suuntiin). Etenemismekanismeja ovat eteneminen näköyhteysreittiä, ilmakehän heterogeenisuuksista tapahtuvan sironnan avulla, ionosfäärin kautta tai maanpinta-aaltoina. Näistä kurssilla käsitellään tekniikoita, jotka käyttävät ensiksi mainittua. Mikroaaltolinkeissä käytetään tarkasti suunnattuja lautasantenneja, käyttökohteita runkoverkot ja point-to-point -linkit rakennusten välillä. Suurimpana häiriönä on signaalin vaimennus, lisäksi sade ja taajuusalueiden päällekkäisyys sekä heijastukset aiheuttavat häiriöitä. Myös satelliittilinkit ovat eräänlaisia mikroaaltolinkkejä ja niitä käytetään tv-kanavien jakeluun, puhelinliikenteeseen ja erittäin vähäisesti yksityisiin tietoverkkoihin. Radiotien aallot ovat suuntaamattomia (erona kahteen edelliseen). Samoja häiriötekijöitä kuin mikroaalloilla, mutta lisäksi (ja suurimpana) monitie-eteneminen (heijastukset esteistä → useita etenemisreittejä). Käytetään eniten johtimettomista, mm. matkapuhelinjärjestelmät, bluetooth, radio-/tv-lähetykset, langattomat lähiverkot. Infrapuna käyttää ko. alueella olevaa valoa signaalin siirtoon. Edellyttää, että lähetin ja vastaanotin näköyhteydellä, eivät läpäise esteitä (käyttöjohteena kaukosäätimet, tiedon siirto matkapuhelimen ja tietokoneen välillä).

Seuraavaksi tarkasteltiin signaalin modulointitekniikoita eri tilanteissa: 1.) Digitaalinen data, digitaalinen signaali: binaarinen data koodataan signaalielementeiksi. Vaihtoehtoja ovat NRZ-L/NRZ1, Bipolar-AMI, Pseudoternary, Manchester ja Differental Manchester 2.) Digitaalinen data, analoginen signaali: modulointitekniikoita: ASK, BFSK, Multiple FSK, BPSK, Differential PSK, Quadrature PSK, QAM 3.) Analoginen data, digitaalinen signaali: PCM, deltamodulaatio 4.) Analoginen data, analoginen signaali: vähemmän käytetty, yleensä pyritään muuttamaan data digitaaliseen muotoon (lähetys digitaalisena/analogisena signaalina)

Myös synkronista ja asynkronista tiedonsiirtoa käsiteltiin. Asynkronisessa tiedonsiirrossa tietoa siirretään merkki kerrallaan, käytetään kun siirrettävää tietoa on satunnaisin väliajoin. Synkronista taas käytetään kun halutaan siirtää isoja määriä tietoa nopeasti. Asynkronisessa siirrossa jokaiseen lähetettävän merkkiin koodataan aloitusbitti ja yksi tai useampi lopetusbitti. Synkronisessa siirrossa siirrettävien merkkien välillä ei ole muita merkkejä. Lisäksi käytiin läpi virheentunnistusmenetelmiä (pariteettitarkistusta ja Cyclic Resundancy Check -menetelmää) ja virheen korjausta. Viimeisenä aiheena olivat siirtoyhteyskerroksen kontrolliprotokollat.

Siirtotie-osuuden ja synkronisen/asynkronisen tiedonsiirron ymmärsin varsin hyvin, signaalin modulointitekniikoista ja siirtoyhteyskerroksen protokollista mieleen jäi vain muutamia lyhenteitä (ASK, QAM, NRZ, ARQ…)

Luentopäivä 4 (4.11.2011):

Neljännen luentokerran aloitimme käsittelemällä linkkikerroksen viimeistä asiaa, eli kanavointia. Kanavointi eli multipleksaus tarkoittaa siirtotien kapasiteetin jakamista useamman siirrettävän signaalin kesken. Tekniikkaa käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa (esim. kaapelimodeemi – TV-lähetykset ja data samalla siirtotiellä) tai radiotiellä (radiokanavat, matkapuhelinverkko). Kanavoinnin avulla päästään kustannustehokkuuteen – siirrettävä tieto on usein purskeista (l. tietoa siirtyy vain silloin tällöin) ja yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan siirtotiestä.

Kanavointiluokat ovat:

  1. Taajuusjakokanavointi (FDMA), ideana on, että jokainen signaali on omalla taajuusalueella l. kanavalla, välissä varmuusväli estämään häiriöitä, esimerkkinä analogiset radiokanavat, TV-kanavat, ADSL
  2. Aikajakokanavointi (TDMA, jossa signaali viipaloidaan (bitti, tavu, suuremmat yksiköt), joista muodostetaan ke-hyksiä, kanava muodostuu yhden lähteen varaamista aikaviipaleista. Jako synkroniseen (aikaviipaleet varattuna kiinteästi koko yhteyden ajaksi, esim. ISDN, GSM) ja asynkroniseen/tilastolliseen (aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan, esim. kaapelimodeemi)
  3. Koodijakokanavointi (CDMA), käyttää hajautettuja taajuuksia – käytössä koko taajuusalue ja kaikki aikaviipaleet, käytetään johtimettomilla siirtoteillä (radiotie). Jako taajuushyppelyperustaiseen FHSS (Slow ja Fast) ja suorataajuusperustaiseen DSSS
  4. Aallonpituuskanavointi (WDMA), erityisesti optisille kuiduille (yksimuotokuitu) tarkoitettu, esim. UMTS/3G-verkot, useita signaaleja samassa kuidussa, kanavat muodostuvat eritaajuisista valonsäteistä

Seuraavaksi siirryttiin verkkotasolle käsittelemään kytkentäisiä verkkoja, jotka muodostuvat toisiinsa linkein kytketyistä solmupisteistä ja asemista (tietokoneet, jotka käyttävät verkkoa). Suorituskykyä mitataan etenemis- (signaalin solmujen välinen etenemisaika), siirto- (lähettimen datalohkon lähetysaika) ja solmu-/prosessointiviivein (solmun prosessointi kytkennän aikana).

  • Piirikytkentäiset verkot, erityisesti puheensiirtoon, esim. GSM, yleinen puhelinjohto. Ideana on ennalta määritelty yhteyspolku kahden aseman välillä (varattu ko. yhteydelle). Haittana merkittävä yhteydenmuodostusaika sekä se, että kapasiteetti varattuna tietylle yhteydelle (vaikka tietoa ei siirtyisikään koko ajan). Data siirretään vakionopeudella, liikenteen kasvaessa uudet yhteydet estetään, kunnes liikenne vähenee. Etu: ainoana viiveenä linkkien välinen etenemisviive
  • Pakettikytkentäiset verkot, perustuvat datapakettien siirtoon (sis. käyttäjän dataa ja ohjausinformaatiota), joita ohjataan solmulta toiselle. Etuina tehokkuus, datanopeuden muunnoksen ja eri prioriteettien mahdollisuus, haittana: välitysviiveen kasvu, jos liikennemäärät kasvavat. Pakettiverkon kytkentätavat: tietosähke/datagrammi (paketit lähetetään ilman viittausta muihin, solmuissa riippumaton reitityspäätös → paketit saapuvat sekaisessa järjestyksessä, vastaanottava asema järjestää) ja virtuaalipiiri (etsitään sopivin reitti, polku ei kuitenkaan ole varattu kuten piirikytkentäisessä).

Seuraavaksi käsiteltiin reititystä, joka tarkoittaa reitin valintaa kytkentäisessä verkossa, solmulta toiselle. Reititysstrategioita ovat:

  • Kiinteät taulut l. luodaan reititystaulu (esim. pienimmän kustannuksen perusteella), jota käytetään reitityksen apuna. Etuna on yksinkertaisuus, haittana joustavuuden puute.
  • Tulvamenetelmä l. data lähetetään kaikille naapurisolmuille. Etuna on se, että verkkoinfoa ei tarvita, haittana se, että data saapuu monena kopiona vastaanottajalle (tuplat estetään numeroinnilla) ja se, että liikennettä tulee paljon.
  • Unordered List ItemSatunnainen reititys l. data lähetetään sattumanvaraisesti eteenpäin. Etuna yksinkertaisuus eikä tarvita verkkoinfoa. Satunnainen reitti ei kuitenkaan usein ole paras.
  • Mukautuva reititys (eniten käytössä oleva), reitityspäätökset muuttuvat verkonmuutosten mukaan. Tarvitaan tietoa koko verkosta ja reitityspäätökset ovat usein monimutkaisia

Reititysstrategiat ovat kehittyneet kolmessa sukupolvessa, käytetyt algoritmit ovat Bellman-Ford (vanhempi, 1. sukupolvi) ja Dijkstra (2. sukupolvi).

Viimeisenä aiheena oli ruuhkanhallinta, jolla pyritään siihen, että verkko ei ylikuormitu. Menetelmiä ovat Backpressure l. takaisinmenevä paine, Choke Packet l. lähetään paketti, joka ilmoittaa lähetyksen katkaisusta (ei mene mitään läpi), Implisiittiset ja Eksplisiittiset tavat. Lisäksi selvisi, että pakettien viivästyminen voi prosessointi-, jonotus-, lähetys- ja siirtoviiveestä.

Edelliseen luentokertaan verrattuna tällä kerralla tunsin olleeni ”paremmin kärryillä” – verkkoasiat olivat selkeitä, samoin kanavointi kuulosti melko selkeältä (kun vain ne kymmenet lyhenteet jäisivät mieleen…). Reititysasioihin täytyy paneutua vielä tarkemmin ennen seuraavaa kertaa ja ruuhkanhallintaan myös – ko. aihealue käytiin läpi varsin nopeasti eikä omaksumiskykykään ollut iltapäivästä ihan parhaimmillaan.

Luentopäivä 5 (18.11.2011)

Viimeisellä luentokerralla aihealueita olivat solukko-, lähiverkot (langalliset ja langattomat) sekä Internetworking-arkkitehtuuri. Nopeasti sivuttiin myös tietoturvaan liittyviä aihealueita.

Matkaviestimille tarkoitetut solukkoverkkoratkaisut ovat nousseet suosituksi – ennen kaikkea tähän on syynä älypuhelinten suosion myötä aiheutuneet paineet verkon kapasiteetin lisäämiselle. Solukkoverkkojen etuna on se, että niissä voidaan jakaa vierekkäisiä radiotaajuuksia yhtaikaisiin yhteyksiin verkon eri osissa ilman että ko. yhteydet aiheuttavat häiriötä toisilleen (kun vain huolehditaan riittävästä etäisyydestä). Etuja ovat myös taajuuksien dynaaminen siirto sekä solujen jakomahdollisuus (makrotason soluista mikrotason soluihin ja edelleen pienempiin). On huomattava, että solujen jakaminen esim. makrotasolta mikrotasolle myös lisää kustannuksia, joten käytännössä tätä kannattaa tehdä esimerkiksi suurempien kaupunkien alueilla, jolloin on paljon käyttäjiä – alueilla, jossa käyttäjiä on vähemmän, kannattaa pysytellä suuremmassa solukoossa. Niin kuin kaikissa verkkoratkaisuissa, myös solukkoverkoissa on huonoja puolia – luennolla keskityttiin erityisesti häipymään, jota on hidasta (välimatkan aiheuttama häipymä), nopeaa (esteiden – esim. rakennusten tai luonnonesteiden aiheuttamaa), tasaista ja valikoivaa. Solukkoverkkojen vanhempiin standardeihin käytettiin vähän huomiota, erityisesti esillä olivat nykyisin laajassa käytössä oleva 3G (kanavointi CDMA, kaistanleveys 5 MHz) ja tulevaisuuden 4G. 4G on aidosti puheen ja datan yhdistävä verkko, joka mahdollistaa esim. jatkuvan pääsyn sähköpostiin ja Internetiin, multimediapalvelut sekä tuen tosiaikaisille palveluille. 4G:n hallitseva standardi on LTE (Long Term Evolution), kanavoinnissa käytetään OFDMA:ta, jossa taajuudet häiritsevät toisiaan minimaalisesti (vrt. vanhempi FDMA).

LAN eli lähiverkko on yleisin käytössä olevin verkkotyyppi, se on kustannuksiltaan edullinen ja tekniikaltaan helppo (nyk. tekniikkana usein Ethernet-ratkaisu). Tyypillisiä käyttökohteita ovat PC-verkkojen lisäksi taustaverkot, nopeat toimistoverkot, runkoverkot ja nykypäivänä myös tallennusverkot (SAN) – esimerkkinä pilvipalvelujen tallennusalueet. LAN:in peruselementtejä ovat fyysinen/looginen topologia eli verkon rakenne (puu, runko, väylä, rengas ja nykyisin käytetyin tähti – voi myös olla monessa eri tasossa), siirtotie (johtimellisissa pari-, koaksiaalikaapeli, optinen kuitu, johtimettomissa radiotie), kaapelointi ja MAC (Medium Access Control – linkkitason protokolla > määrittelee siirtotielle pääsyä ja ko. toiminnon hallintaa). Luennolla käytiin pikaisesti läpi myös Ethernet-kaapeloinnin tyypit: Paksu (10Base5), Ohut (10Base2) ja Parikaapeli-Ethernet (10BaseT, 100BaseT l. Fast ja 1000BaseT l. Giga Ethernet) ja nykyisin kaapeloinnissa käytetty verkkoliitin RJ-45. LAN-arkkitehtuurin linkkikerroksen protokollista esille tulivat LLC ja jo edellä mainittu MAC, joka on avainasia verkossa – sen tehtävänä on tehdä ero eri lähiverkkojen välille. MAC-protokollaa tarvitaan siirtotien kapasiteetin jakamiseen ja hallintaan ja se voidaan toteuttaa joko hajautetusti tai keskitetysti (yksi asema jakaa vuorot – voi aiheuttaa pullonkaulan tai aseman rikkoutuessa koko verkon toiminnan ”kaatumisen”). MAC-protokolla toteutetaan yleensä asynkronisesti (myös synkroninen on mahdollinen, mutta vähemmän käytetty). Asynkronisessa toteutustavassa voidaan käyttää vuorottelu- l. Round Robin (tehokas, jos kaikilla asemilla lähetettävää), varaus- (aikalohkojen varaus pitemmäksi tai lyhemmäksi aikaa) tai kilpailumenetelmää (purskeiselle liikenteelle).

Oma kalvosarjansa oli myös nopeista LAN:sta, joilla laajennetaan perinteisten LAN-ratkaisujen käyttöä laajemmalle. Näitä tekniikoita ovat Fast (l. nopea, 100 Mbps) ja Giga Ethernetit (käyttökohteena 100 ja 10 Mbps LAN runkoverkot), optiset kuidut ja nopeat langattomat LAN:t. Näitä ratkaisuja käsiteltiin sekä fyysisellä että linkkikerroksella. Nopeuden tavoittelulle ei liene aina vain laajentuvan Internet ja intranet-liikenteen myötä rajoja – Ethernet alkaa jopa kilpailla nopeuksillaan WAN-ratkaisujen kanssa. Tässä osa-alueessa opittiin uusi merkitys ALOHA:lle (kilpailupohjainen protokollakin näemmä). Uudempaa siirtotien varausmenetelmää, eli CSMA/CD:tä käsiteltiin myös. Tämän tekniikan avulla jaetaan siirtotie usean lähettävän aseman kesken – ideana on kuunnella, käyttääkö joku muu samaa siirtotietä – mikäli ei, lähetetään oma viesti. CSMA/CD:tä on eri ”sinnikkyysasteita”, niitä jotka luopuvat heti törmätessään muihin lähetyksiin, niihin jotka kuuntelevat ja lähettävät sinnikkäästi uudelleen.

Langattomia LAN-ratkaisuja käytetään mm. perinteisten LAN:n laajennuksina, nomadissa LAN-käytössä, rakennusten välisissä ratkaisuissa ja Ad Hoc -tilanteissa (väliaikaiset verkot). Langaton verkko on jaettu siirtotie, joten erityistä huomiota on kiinnitettävä luotettavaan datan siirtoon, verkkoon pääsyn kontrollointiin ja turvallisuustekijöihin – tähän vastaa MAC. Tässä osiossa käytiin läpi myös useita 802.11.-ryhmän standardeja.

Viimeisenä varsinaisen asiana ennen ”tenttitärppejä” käytiin vielä Internetworking-aihealuetta, joka tarkoittaa tekniikkaa, jolla useat verkot yhdistetään ”verkkojen verkoksi” eli Internetiksi. Internetworkingin vaatimuksia ovat linkit, reititys ja datan siirto verkkojen välillä, tietojen ylläpito eri verkoista sekä se, että ei tule muutoksia olemassa oleviin verkkoihin. Tarvitaan myös verkon komponentteja (pakettikytkimiä, linkkejä, asemia) ja protokollia (TCP, UDP, IP - joiden avulla nämä edellä mainitut keskustelevat). Protokollamallissa liikutaan eri kerroksilla: fyysisellä, linkki-, verkko- (tärkeätä IP-osoite ja reititys), kuljetus- ja sovelluskerroksella. Uutena terminä tuli esille mm. Multicasting, jossa multicasting-kehys lähetetään yhdeltä monelle, käyttökohteena esim. videoneuvottelut, työryhmäohjelmistot ja IPTV-sovellukset. Lisäksi opittiin muutamia uusia protokollia jälleen: edelliseen asiaan liittyvä IGMP (Internet Group Management Protocol), IRP (Interior Router Protocol), ERP (Exterior Router Protocol – lyhenne, joka oli tähän asti merkinnyt minulle toiminnanohjausjärjestelmää) ja BGP (Border Gateway Protocol). Pikaisesti käytiin myös nimipalvelun eli DNS:n eli Domain Name Systemin toimintaperiaate – sovelluskerroksen protokolla, joka varmasti on lisännyt Internetin käyttöä (kuka pystyisi surffaamaan Internetistä pelkkien IP-osoitteiden perusteella?). Tämän osion esimerkit – jo edellä mainittu DNS- ja sähköpostiesimerkki olivat havainnollisia ja selkeitä.

Pistokkaiden kysymykset olivat hyvät, koska niissä testattiin kokonaisuuksien osaamista. Hieman harmitti, että unohdin mainita ensimmäiseen kohtaan itsestäänselvyytenä olevat siirtotiet – tosin vastausaika oli taasen minunlaiselleni ”runoilijalle” liian pitkä… Luennoilla olin omasta mielestäni varsin mukavasti ”kartalla” aamupäivästä – loppupäivästä väsymys ja lukuisat uudet lyhenteet ja 802.11-alkuiset standardit vain hyppelehtivät silmissä. Internetworking-osio oli ”standardihässäkän” jälkeen ihan ymmärrettävää – minulla ei vain ollut tulostettuna viimeisintä versiota ko. materiaalista ja luennon seuraaminen ei siksi ollut mitään parasta mahdollista. Viimeisenä esille tullut tietoturva-osio olisi ollut kiinnostava – harmittavaa, että se jäi oman oppimisen ja kotitehtävän varaan.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Tehtäväkuvaus: Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää.

kotitehtava1_satu-minnapiiroinen.pdf

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: 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.

piiroinensm_tehtava2.pdf

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: Kolmannessa kotitehtävässä tarkistellaan 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.

piiroinensm_tehtava3.pdf

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: 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.

piiroinensm_tehtava4.pdf

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.

piiroinensm_tehtava5.pdf

Ajankäytön arviointi

Luentoviikko 1

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 2 h
  • Kotitehtävien tekoa 2 h

Luentoviikko 2

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 4 h
  • Kotitehtävien tekoa 2 h

Luentoviikko 3

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 4 h
  • Kotitehtävien tekoa 4 h

Luentoviikko 4

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 4 h
  • Kotitehtävien tekoa 4 h

Luentoviikko 5

  • Lähiopetus 7 h
  • Valmistautumista lähiopetukseen 4 h
  • Kotitehtävien tekoa 4 h
  • Tenttiin valmistautuminen (yhteensä) 35 h

Pääsivulle