meta data for this page

Jukka Rötkösen 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.

Tietoliikenteen merkitys minulle on suuri, ollut jo lähes 30 vuotta, liittyyhän se oleellisesti työtehtäviini. Vuosien varrella erilaiset tiedonsiirtotekniikat ovat tulleet tutuiksi. Paljon on maailma muuttunut vuosien varrella. Lankapuhelimista on siirrytty langattomiin älypuhelimiin, avojohdoista valokaapeleihin, analogia TV:stä digiTV:hen jne.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Tietoliikennetekniikan perusteita taidan opiskella jo neljättä kertaa … mutta kertaus on opintojen äiti sanotaan ja ainahan voi oppia jotain uutta, nähdä asioita toisesta näkökulmasta. Jotain uuttakin … 3 kerroksen teoreettinen malli by Stallings. Kerrokset ovat vähentyneet vuosien varrella …

Luentopäivä 2:

Kertaushajoitukset jatkuu … Signaalit oli mielenkiintoinen osuus. Kanttiaalto toteutetaan usean eri taajuuden summana. Komponentit ovat siniaalto ja niillä on eri amplitudit.

Luentopäivä 3:

Siirtotiet … tuttua tavaraa. Parikaapeleissa mennään jo kategoriassa 7, missähän tulee raja vastaan?. Vieläköhän joku käyttää koaksiaali ethernettiä? Kuitu korvaa kaiken? Liittimien asennus vaatii erikoisosaamista ja -työkaluja. Mikä on tuo vaimennuspiikki n. 1400 nm:n kohdalla? Se on vesipiikki: valmistusvaiheessa kuituun jääneiden OH-ionien aiheuttama vaimennus. Tätä piikkiä voidaan valmistustekniikalla pienentää, jolloin kuidun kapasiteettia voidaan kasvattaa. Sähköverkkoa on käytetty tiedonsiirrossa: voimajohtolinjojen ukkosköysiä on varustettu valokaapelilla = OPGW, Optical Groud Wire. Onkohan laajalti käytössä?

Manchesterissä on käyty ja signalointikin on tullut tutuksi ethernetin myötä. Differential Manchester on käytössä Token Ringissä mutta onko toukka enään käytössä missään? AMI on myös tuttu teku ajoilta: labra harkassa piti toteuttaa kytkentä, joka tuottaa joka toisen pulssin negatiivisena. Oliskohan vanha työselostus vielä tallella?

Luentopäivä 4:

Kanavointi, multiplexing FDMA: taajuusjakokanavointi, käyttökohteet: TV, radio, ADSL … Kaiun poistolla lisää kaistanleveyttä. TDMA: aikajakokanavointi, käyttökohteet: ISDN, GSM … Tilastollinen TDMA: siirtotien kapasiteetit tehokkaampi hyödyntäminen. CDMA: koodijakokanavointi, siirtotienä radiotie, käyttökohteet: Bluetooth, 3G … WDMA: aallonpituusjakokanavointi, käyttökohteet: optiselle kuidulle … Pakettikytkentäiset verkot: Pakettikoon merkitys: suositaan pienempiä paketteja suurten sijaan, ei kuitenkaan liian pieniä → optimi = datan/ohjausinformaation suhde.

Luentopäivä 5:

Aiheena tänään tuttua ja hieman tuntemattomampaa. Matkapuhelinverkot edustaa sitä ei niin tuttua puolta. Matkapuhelinverkko perustuu maantieteellisesti jaettuihin soluihin. Kussakin solussa on oma lähetin/vastaanotin antenni joka toimii tietyllä sovitulla taajuusalueella. Solun lähetysteho on asetettu sellaiseksi että se kattaisi vain kyseisen solun maantieteellisen alueen. Koska radiotietä käyttäviä singnaalien etenemistä ei voi kovin tarkasti määritellä eli taajuudet kulkeutuvat myös viereisten solujen alueelle, käytetään viereisissä soluissa eri taajuusaluetta, jotta haitalliselta ylikuulumiselta vältyttäisiin. Soluverkossa samaa taajuusaluetta voidaan hyödyntää kuitenkin sellaisissa soluissa, jotka ovat riitävän etäällä toisistaan. Tällaisella järjestelyllä voidaan käytettävissä olevaa taajuuskaistaa hyödyntää tehokkaasti. Koska kukin verkon solu pystyy palvelemaan samanaikaisesti vain tiettyä rajallista käyttäjäkuntaa voi tästä rajallisuudesta seurata ongelmia mm. kaupungeissa. Tilannetta voidaan parantaa jakamalla isommat solut pienempiin soluihin aluilla joissa käyttäjämäärä ovat suuret. Lähiverkko osuus onkin sitä tutumpaa osuutta. Ethernetin eri versiot on tulleet tutuksi vuosien varrella. Rengas topologiaan en ole työelämässä törmännyt, Token ring ja valtuudenvälitys ovat kylläkin termeinä tuttuja. FDDI on myös rengastopologia, liekö enään käytössä missään? CSMA/CD historiaa: Aloha, ethernetin edeltäjä. Hieman tehotonta kaistankäyttöä. Eri nopeuksisilla Ethernet versioilla eri kehyksen pituus. Syy: törmäykset pitää pystyä tunnistaa. Suuri nopeus = pitkä kehys.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

kotiteht_1_e0367649.ppt

Kysymykset:

Milloin laajakaista/mobiililaajakaista saavuttaa jokaisen suomalaisen missä ja milloin vain?

Milloin läsnä-äly yleistyy?

Milloin saadaan interaktiivinen televisio?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

Protokollat:

Ethernet: http://standards.ieee.org/findstds/errata/802.3-2008_Cor1.pdf

TCP: http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc793.txt

HTTP: http://www.ietf.org/rfc/rfc2616.txt

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: 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. Digi-TV(DVB-T): siirtotie: radiotie; taajuusalue: UHF 470 – 862 MHz, joka on jaettu 8 MHz:n leveisiin kanaviin (21 - 69); modulointimenetelmät: QPSK, 16QAM, 64QAM

2. Bluetooth: siirtotie: radiotie; taajuusalue: 2,4000 – 2,4835 GHz (79 kanavaa); modulointimenetelmä: GFSK

3. Parikaapeli Ethernet (100BaseTX): siirtotie: kierretty parikaapeli, vähintään CAT5 luokitus; koodausmenetelmä: Manchester

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Tarkastellaan siirtotien/verkon hyödyntämiseen ja tehokkuuteen liittyviä asioita.

TV ja radio: TV ja radiolähetykset ovat yksisuuntaisia broadcast lähetyksiä eli vastaanottajia on useita samanaikaisesti. Koska TV- ja radiokanavia on useita, täytyy ne erotella toisistaan jollakin tavalla. Radiotiellä tapahtuvat lähetykset kanavoidaan yleensä taajuusjakokanavointia (FDMA) käyttämällä. Tällöin kullekkin kanavalle on varattu tietty taajuuskaista, jolla signaalia lähetetään. Signaalin vastaanotto tapahtuu vastaanottimessa olevan kaistanpäästösuodattimen avulla. Kaistanpäästösuodatin päästää läpi halutun taajuuskaistan jolloin ko. kanava on katsottavissa/kuultavissa.

Ethernet: Alkuperäinen Ethernet käytti siirtotienä jaettua koaksiaalikaapelia (10Base5), johon verkon laitteet liitettiin lähetin/vastaanotin -yksikön avulla. Koska siirtotie oli kaikille yhteinen tarvittiin menetelmä, jolla voitiin jakaa siirtotietä 'demokraattisesti' kaikille verkon laitteille. Ethernetin yhteydessä käytetään termiä kilpavaraus eli siirtotien ollessa vapaana kuka tahansa voi varata siirtotien käyttöönsä. Siirtotien varauksesta huolehtii CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detect) menetelmä, joka toimii siten että lähettävä laite 'kuuntelee' onko siirtotie vapaana, jos on niin se aloittaa lähetyksen. Jos kuitenkin jokin toinen laite on myös aloittanut lähetyksen samanaikaisesti tapahtuu siirtotiellä törmäys, jonka molemmat siirtotien käyttäjät havaitsevat ja lopettavat lähetyksen. Laitteet yrittävät uudelleenlähetystä satunnaisen ajan kuluttua. Nykyisin on käytössä kytkentäinen ethernet, jossa laite liitetään verkkoon älykkään lähiverkkokytkimen kautta. Edelläkuvattuja törmäyksiä ei enään tapahdu johtuen siirtotien muuttumisesta väylästä tähtimäiseksi. Myös lähetykselle ja vastaanottolle on omat siirtotiet, joten lähetys ja vastaanotto voi tapahtua samanaikaisesti (full duplex) kun se vanhassa versiossa oli vuorosuuntainen (half duplex).

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä. Tietoturva esimerkkitapauksessa.

Tiedoston hakeminen palvelimelta FTP-protokollan avulla. FTP eli File Transfer Protocol on tiedostojen siirtoon tarkoitettu sovelluskerroksen protokolla. FTP toimii client-server periaatteella. Palvelimessa (server) on FTP-palvelu joka 'kuuntelee' oletuksena TCP-porttia 21. Porttia 21 käytetään ohjausinformaation välittämiseen. Datan eli tiedoston siirrossa käytetään eri porttia, oletuksena porttia 20. Työasemassa (client) tarvitaan client-ohjelma, jolla otetaan yhteys palvelimeen. Esim. Windowsissa ohjelma voi käynnistää Start → Run → Ftp.

Aluksi avataan yhteys palvelimeen:

ftp> open 157.24.2.215

Pyyntö siirtyy kuljetuskerrokseen, jossa siitä muodostetaan TCP-paketti sisältäen TCP-protokollan tarvitseman ohjausinformaation. TCP-paketti siirretään seuraavaksi verkkokerrokseen, jossa pakettiin lisätään IP-protokollan tarvitsemat lähde- ja kohdeosoitteet (IP-osoitteet) sekä tarvittava ohjausinformaation. Seuraavaksi paketti siirtyy linkkikerrokseen, jonka tehtävänä on siirtää paketti kohdeosoitteeseen fyysisen kerroksen yli. Jos kyseessä on esim. Ethernet täytyy käytetyt IP-osoitteet muuttaa Ethernet-osoitteiksi ARP-protokollaa käyttämällä. Tällöin lähettävä laite lähettää Broadcast-levitysviestin verkon kaikille laitteille ja saa vastaukseksi kohdelaitteelta vastauksen. Mikäli kohde ei ole samassa aliverkossa palautuu lähettäjälle reitittimen osoite. Reitittimen kautta aliverkko on yhteydessä muihin verkkoihin. Ethernetin tapauksessa linkkikerroksessa käytetään MAC-protokollaa, jonka tehtävänä on toteuttaa fyysisen tason toiminnot mm. töyrmäyksistä toipumisen, uudelleen lähettämisen jne. Siirtotienä Ethernetin tapauksessa voi olla kaapeli, valokaapeli tai radiotie, jonka kautta paketit siirretään kohdepalvelimelle. Koska kohde voi olla toisessa aliverkossa, reititetään paketit reitittimien avulla verkosta toiseen. Kohdepalvelimessa paketit käsitellään käänteisessä järjestyksessä ja ohjataan TCP-porttiin 21. Ftp-palvelu vastaa asiakkaan pyyntöön lähettämällä käyttäjätunnistus-pyynnön edellä kuvatulla tavalla. Käyttäjätunnistukseen vastataan omalla käyttäjätunnuksella, johon palvelin pyytää vielä varmistukseksi salasanaa. Hyväksytyn käyttäjätunnistuksen jälkeen yhteys on valmis tiedostonsiirtoon. Tiedonsiirto tapahtuu oletuksena käyttäen TCP-porttia 20.

ftp> get tiedosto_jota_haetaan.txt

Lopuksi yhteys puretaan:

ftp> quit

Esimerkkinä FTP-protokollan tietoturva: FTP-protollan suurin ongelma tietoturvan kannalta on se että kaikki liikenne, käyttäjätunnukset ja salasanat mukaanlukien välitetään verkossa selkokielisenä. Liikenne on siis periaatteessa kenen tahansa verkonkäyttäjän nähtävillä, joten käyttäjätunnuksien ja salasanojen kaappaaminen on mahdollista.

Parannusta tähän tarjoaa esim. FTPS-protokolla, jossa liikenne on salattu SSL-protokollaa käyttämällä.

Ajankäytön arviointi

  • Luentoviikko
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 3 h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 2 h
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus 6 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen 1 h
    • Kotitehtävien tekoa 3 h

Pääsivulle