meta data for this page
  •  

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 on datavirtaa kiinteissä, langattomissa ja matkapuhelin verkoissa. Dataa lähetetään päätelaitteelta toiselle, päätelaitteelta palvelimelle ja päinvastoin. On suojattuja ja suojaamattomia verkkoja, on julkisia ja ei julkisia tietoverkkoja. Verkkotyypistä riippuen (kiinteä, WLAN, mobiili) tietoliikenteen kanavana käytetään verkkokaapaleita tai verkkosignaali lähetetään ilmateitse.

Toimiva tietoliikenne on edellytys töissä työn tekemiselle. Työssä käytettävät sovellukset ovat pääsääntöisesti palveluntarjoajan palvelimilla lisäksi osa ohjelmista tarjotaan pilvipalveluina. Tehdyt työt - tiedostot talletetaan verkkolevyille ja työasemat hallitaan keskitetysti verkon välityksellä. Etätyö edellyttää toimivia tietoliikenneyhteyksiä

Opiskelujeni kannalta toimiva tietoliikenne on tärkeä. Ilman yliopistolle toimivia tietoliikenneyhteyksiä opiskelu hankaloituu huomattavasti – moni opiskelussa tarvittava asia on yliopiston tietoverkossa ja yliopiston laitteilla.

Luentoyhteenvedot

Luennoilla 23.9.11 käsiteltiin kurssin johdanto-osassa tietoliikennetekniikan trendejä ja kehitys, verkkojen rakennetta ja käyttäjänäkökulmaa asioihin. Kommunikointimallin osalta käsiteltiin kommunikointijärjestelmän tehtäviä, osatehtäviä, siirtoteitä ja –tekniikoita sekä eri verkkotyyppejä. Kerrosarkkitehtuuria tarkasteltiin kolmen eri teoreettisen mallin avulla: 3 kerroksen malli, OSI- ja TCP/IP –malli. Protokollaa havainnollistettiin FTP-esimerkein.

Luentopäivä 1:

Tämän päivän trendinä on mm. mobiliteetin lisääntyminen. Kaistan leveys kasvaa ja samanaikaisesti sen hinta laskee. Internetin käyttö on lisääntynyt ja yleistynyt. Internetin tarjoamat palvelut ovat hyvin saatavilla, saavutettavissa ja käytettävissä kun ollaan kattavien ja nopeiden verkkojen toiminta-alueella. Vielä kuitenkin matkapuhelinverkot eivät kata kaikkia maantieteellisiä alueita ja on alueita joilla matkapuhelinverkon nopeus ei ole riittävä internetin ja sen tarjoamien palveluiden käyttöön. Verkon perusinfran kehitys kulkee hitaammassa syklissä kuin esimerkiksi päätelaitteiden ja palveluiden kehitys.

Erilaiset verkot on mahdollista yhdistää (esim. puhelin- ja dataverkot). Lisäksi kehittyneet päätelaitteet kykenevät siirtymään huomaamatta verkosta toiseen, sen mukaan mitä verkkoja on saatavilla ja päätelaitteeseen määritelty käytettäväksi. Eri verkkotyypeistä minulle uusia olivat PAN (personal area network) ja BAN (body area network). En ole aiemmin mieltänyt, että sykemittarini vastaanottimineen ja lähettimineen muodostaa BAN-verkon. Kommunikoinnin muodoista käsite nomadi on myös minulle uusi. Käsite selkiyttää hyvin mobiilin ja kiinteän kommunikoinnin eroa.

Teoreettinen kommunikointimalli, jonka avulla kuvataan laitteiden välistä tiedonsiirtoa oli minulle teoreettisesti ja käsitteellisesti uusi asia. Eri laitteiden välinen kommunikointi kommunikointiverkkojen välillä tiivistyy hyvin luentomateriaalin kuviossa 1.3 Simplified network models.

Suoritin keväällä tietoliikennetekniikan harjoitustyön, joissa käsittelimme OSI-mallia. Harjoitustyön yhteydessä törmäsin lisäksi TCP/IP –malliin. Kerrosarkkitehtuurien osalta 3 kerroksen teoreettinen malli tuli uutena asiana. Malli tuo ytimekkäästi esiin kommunikoinnin eri osatekijät (sovellukset, laitteet ja verkot) sekä toiminnasta vastaavat eri kerrokset (verkko-, kuljetus- ja sovelluskerros). Kullakin kerroksella on oma tehtävänsä, tehtävät toteutetaan keskustelemalla vastinolion kanssa ja keskustelun käyttäytymissäännöstö on protokolla. Protokolla koostuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Protokollan tietoyksikkö on PDU (protocol data unit) ja PDU:n ohjauskenttä toteuttaa protokollan. 3 kerroksen malli havainnollistaa hyvin miten data ja paketit siirtyvät kerrokselta toiselle ja vastaavasti vastaanottavassa päässä. OSI-kerrosmallin osalta protokolla- ja palvelumäärittely sekä ositus selkeyttävät tiedon siirtymistä eri kerrosten välillä.

Olen työssäni määritellyt sovellusasennusten ja tietokantamäärittelyjen yhteydessä sovelluksen käyttämiä portteja. Nyt ymmärrän paremmin, että tuo portti (SAP) on nimenomaan sovelluksen osoite ja miksi yksi ja sama portti ei voi olla kahden sovelluksen käytössä.

Ftp-esimerkki havainnollisti TCP/IP kerrosten välistä tiedon siirtoa sovelluskerroksesta (ftp), kuljetuskerrokselle (TCP), internet-kerrokselle (IP) ja verkkokerrokselle (Ethernet).

Luentopäivä 2:

Toisena luentopäivänä 7.10. käsiteltiin vielä OSI-mallia, TCP/IP:tä, protokollien yleisiä toimintoja, tietoliikenteen standardointia ja tiedonsiirtoa. Päivän aikana käsitellyistä asioista osa syvensi ja lisäsi tietämystäni, osa asioista oli aivan uusia. Paljon tuli uutta asiaa.

TCP/IP:n osalta opin, että TCP on päästä päähän protokolla ja IP ei ole päästä päähän protokolla. Reitittimen tehtävänä on kytkeä sinne mihin pitää ja ip-osoite kertoo mihin pitää siirtää.

Protokollan yleiset toiminnot

Tämän luento-osuuden käsitteistä osa oli minulle jonkin verran ennalta tuttuja ja osa aivan uusia. Uutta asiaa oli paljon. Protokolla koostuu syntaksista (sanaston ja tiedon muotoilu), semantiikasta (toimintalogiikka) ja ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien järjestys ja muu ajoitus) – protokolla käsittää mitä, kuinka ja koska tehdään toimenpiteet/asiat tietoa siirrettäessä. Protokollien standardoinnilla pyritään siihen, että eri valmistajien laitteet pystyvät kommunikoimaan keskenään ”samalla kielellä”. Standardointi tuo tehokkuutta –joka laitteelle ei tarvitse omaa protokollaa. Protokollia on eritasoisia – tämä tuli selkeästi esiin kotitehtävässä 2. Protokollilla on perustoimintoja (segmentointi ja kokoaminen, paketointi, yhteyden hallinta, toimitus oikeassa järjestyksessä, vuon valvonta, virheen havainnointi, osoitteistus, kanavointi ja kuljetuspalvelut). Kaikki protokollat eivät tee samoja tehtäviä (esim. ATM:ssä ei virheenkorjausta), vaan ne ”erikoistuvat” omiin tehtäviinsä. Segmentoinnilla datalohkot pilkotaan pienempiin osiin, koska esim. verkko pystyy käyttämään vain pienempiä datalohkoja (ATM 53 tavua ja Ethenet enintään 1526 tavua). Segmentoinnin avulla saadaan tasaisempi verkon käyttö: yksi suuri datapaketti ei ota koko kapasiteettia käyttöönsä. Segmentoinnin avulla lähetyksen sisällä̈ voidaan käyttää tarkastuspisteitä. Tämä tehostaa virheenkorjausta. Kokoaminen on segmentoinnin vastakkainen toimenpide. Paketoinnissa lisätään lähetykseen ohjausinformaatio. Yhteydenhallinnassa hallitaan kahden eri olion välistä kommunikointia. Yhteydellisessä kommunikoinnissa hallitaan yhteyden muodostaminen, tiedon siirto ja yhteyden purkaminen. Kehittyneiden protokollien avulla yhteys voidaan keskeyttää ja palauttaa tilanteeseen mihin keskeytettiin. Yhteydetön kommunikointi tapahtuu kuten postikortin lähettäminen; toivotaan, että kortti saavuttaa vastaanottajan. Yhteydenhallinnassa tiedosto jaetaan datapaketteihin ja paketit numeroidaan. Näin tehdään mahdolliseksi pakettien toimitus oikeassa järjestyksessä vastaanottajalle, virheenkorjaus ja vuon valvonta. Numeroidut lähetykset järjestetään oikeaan järjestykseen, näin saadaan siirrettyä tieto oikeassa järjestyksessä. Vuon valvonnan avulla vastaanottaja säätää lähettäjän lähetysnopeutta: verkko ei tukkeudu ja vastaanottaja ei kuku tietotulvaan. Virheenkorjauksen avulla minimoidaan virheiden vaikutukset, havaitaan ja korjataan virhe. Virheen havainnoinnissa voidaan käyttää tarkistussumma tai koodisanaa apuna. Havaitun virheen jälkeen voidaan toimittaa kaikki siirretty tieto uudelleen tai tieto uudelleen havaitusta virhekohdasta. Osoitteet käsittävät osoitustason, osoituksen laajuuden, yhteystunnisteet ja osoitustilan. Osoitustaso kertoo millä tasolla järjestelmässä kommunikoiva olio on, esimerkiksi TCP/IP - Ip-osoite ja käytettävä portti. Osoituksen laajuus – osoite koko verkon alueella on globaali osoite. Osoitteen on oltava yksikäsitteinen ja globaalisti käytettävissä. Ylempien tasojen osoitteilta ei tarvitse olla globaaleja. Yhteystunnistetta käytetään pääsääntöisesti yhteydellisessä kommunikoinnissa. Osoitustila – lähetetäänkö yhdelle laitteelle (unicast), lähetetäänkö monelle vastaanottajalle, ei kuitenkaan kaikille vaan tietylle ryhmälle (multicast) vai lähetetäänkö kaikille vastaanottajille (broadcast). Kanavoinnilla l. Multipleksoinnilla tarkoitetaan useaa yhteyttä yhteen järjestelmään tai yhdellä siirtotiellä. Yhteydet voidaan kuvata kulkevan eri tasoilla: yksi yhteen tasolla kulkee ylemmän ja alemman tason yhteys, yhdellä alemman tason yhteydellä on monta ylemmäntason yhteyttä (upward) ja yksi ylemmän tason yhteys on jaettu useille alemman tason yhteyksille (downward). Dia 33 havainnollistaa kanavointia mielestäni hyvin. Kuljetuspalvelut – Protokollilla on erilaisia palveluja peruspalvelujen lisäksi. Voidaan priorisoida esimerkiksi ohjausviesti, näin ohjausviesti on mahdollisimman nopeasti perillä. Kuljetuspalvelut käsittää myös protokollan palvelutason ja –laadun sekä tietoturvan.

Tietoliikenteen standardointi

Tietoliikenteen standardoinnin osalta käytiin läpi standardointia yleensä, standardoinnin etuja ja haittoja, standardointiorganisaatiot, internetin standardit ja standardointi prosessi. Vaiheikas ja hidas standardointiorganisaatioiden standardointiprosessi oli minulle entuudestaan tuntematon. Standardointiprosessi on liian hidas nopeasti muuttuvalle tietotekniikka alalle. Jos standardointi tehdään organisaation taholta liian myöhään, yritykset ehtivät tehdä omia de-facto-standardeja ja jos standardointi tehdään liian aikaisin, investoinneista ei ole vielä tarpeeksi tutkimusta.

Tiedonsiirto

Tiedonsiirron osalta luennoilla käsiteltiin minulle monia asioita ja näkökantoja, joita en aiemmin ole tiedostanut - ajatellut. Esimerkiksi puhuessani matkapuhelimeen kommunikointijärjestelmän kokonaisuus: lähettävässä päästä analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi, koodaus, modulaatio, taajuusalueiden limitys vastaanottajille ja siirto. Matkapuhelinverkossa olen kohdannut esteistä esiin katvealueet (heikko signaali). Signaalia heikentää mm. esteet, etäisyys ja kimmokkeet. Maaseudulla saattaa olla pitkät välimatka tukiasemalle, esteenä voi olla isot korkeat kalliot. Kaupungissa esteenä on isoja massiivisia rakennuksia.

Tiedonsiirto riippuu kahdesta tekijästä: signaalin laadusta ja siirtotiestä – millaista signaalia siirretään millaisella siirtotiellä. Signaali voi olla analogista (puhe) tai digitaalista (data). Signaalit kulkevat aaltoina. Analoginen on sinikäyrän muotoista aaltoa ja digitaalinen kanttiaaltoa. Siirtotienä voi olla johtimellinen (erilaiset kaapelit) tai johtimeton (ilma). Johtimellisella siirtotiellä on erilaiset rajoitteet kuin johtimettomalla. Tiedonsiirtojärjestelmien kaista on rajoitettu. Mitä rajoitetumpi kaistanleveys on sitä enemmän tiedonsiirrossa on vääristymää. Tiedonsiirron nopeutta voidaan nostaa lisäämällä kaistaa tai yksinkertaistamalla signaalia.

Analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi codecilla. Digitaalinen signaali voidaan muuntaa toisenlaiseen digitaaliseen muotoon lähetin-vastaanottimella. Digitaalinen signaali on vähemmän herkkä kohinalle, mutta vaimenee. Digitaalinen signaali, kanttiaalto, muuttaa muotoaan ja vastaanottimen on vaikea tulkita aallonmuodosta onko kyseessä 1 tai 0. Tämä johtaa digitaalisen signaalin bittivirheeseen.

Etäisyys vaimentaa signaalia. Vaimeneminen riippuu käytettävästä välineestä ja kaikki taajuudet eivät vaimene samoin. Vääristymistä tapahtuu, kun taajuudet liikkuvat eri nopeuksilla, tulevat määränpäähän eriaikaan ja bittien rajat menevät epäselviksi. Kohina on ylimääräisiä signaaleja lähettimen ja vastaanottimen välillä. Lämpökohina aiheutuu elektronien liikkeestä. Ristimodulaatiolla tarkoitetaan kahden signaalin heijastuvaa yhteisvaikutusta. Impulssit, lyhyt aikaiset pulssit tai piikit aiheuttavat myös häiriöitä signaaliin. Ylikuulumista tapahtuu, kun signaali pääsee linjalta toiselle (kuulee puhelimessa toisen puhelinkeskustelun).

Luentopäivä 3:

En ollut läsnä kolmannella luentokerralla. Olen käynyt itsenäisesti läpi luentomonisteita, hankkinut lisätietoa ja ymmärrystä asiaan wiki-sivustoilta [http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page], [http://fi.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Etusivu] ja toisten opiskelijoiden oppimispäiväkirjoista. Suurin osa asioista on minulle uutta.

Siirtotiet

Siirtoteiden osalta on käsitelty johtimelliset siirtotiet (kaapelit ja sähköjohto), johtimettomat siirtotiet (ilma, vesi), tärkeimmät etenemismekanismit (näköyhteys, eteneminen ilmakehän sironnan avulla, ionosfäärin kautta, maanpinta-aaltoina), antennit ja erilaiset antennityypit, antennivahvistus, mikroaaltolinkit, satelliittilinkit, radiotie, radioaaltojen ominaisuuksia, signaalin vaimeneminen, heijastuminen, esteet, taipuminen, monitie-eteneminen, interferenssi, infrapuna.

Johtimellisessa siirrossa siirtotiellä on suurempi merkitys – valokuidun siirtokapasiteetti on suurempi kuin kuparin, esim. cat 5. Entuudestaan mikroaaltouunit ovat kyllä tuttu asia, mutta, että tutkissa ja langattomassa tiedonsiirrossa (WLAN, matkapuhelin, radiolinkki) käytetään nimenomaan mikroaaltoja tulivat uutena asiana. Parikaapelin osalta tarkemmin opin mitä eroa on Cat5 ja Cat6 parikaapeleilla. Cat6 on suorituskykyisempi tiedon siirtotie. Kaistanleveys vaikuttaa siirtotien nopeuteen (cat5 < 100 MHz, cat6 < 200 MHz). Opin myös miten kaapelin valinta vaikuttaa tiedonsiirron laatuun. Kaapelin päällystäminen foliolla tai metallipunoksella parantaa häiriösietoisuutta, johtimen kiertäminen pienentää matalan taajuuden häiriöitä, kierteiden käyttö vähentää ylikuulumista. Uuden toimitalomme tietoliikenneverkko on yhdistetty runkoverkkoon optisella kuidulla ja talon sisällä on cat6-kaapelointi. Optinen kuitu parantaa osaltaan tiedonsiirron laatua: suurempi tiedonsiirtokapasiteetti, vähemmän signaalin häiriöitä, vaimenemista ja ylikuulumista.

Vaimenemista tapahtuu ilmateitse tapahtuvassa siirrossa vaikka esteitä ei ole signaalin hajaantuessa laajemmalle alueelle. Johtimellisella siirtotiellä signaalin vaimeneminen on suurempaa korkeammilla taajuuksilla kuin matalilla. Signaalia voidaan vahvistaa vahvistimilla tai toistimilla. Liian voimakaskaan signaali ei ole hyvä: voimakas signaali aiheuttaa vääristymiä vastaanottimessa. Esteet aiheuttavat signaalille heijastumista, taipumista ja sirontaa. Signaalin monitie-eteneminen aiheuttaa heijastumista ja hankaloittaa signaalin tulkitsemista vastaanottavassa päässä. Signaalia heikentää myös sironta: epätasainen este heijastaa signaalit erisuuntiin.

Signaalin koodaustekniikat (Signal Encoding Techniques)

Koodaustekniikoiden osalta on käsitelty keskeiset käsitteet, digitaalisen datan koodaus digitaaliseksi signaaliksi, digitaalisen datan koodaus analogiseksi signaaliksi, analoginen data digitaaliseksi signaaliksi ja analoginen data analogiseksi signaaliksi, signaalien tulkinta, koodausjärjestelmät ja –menetelmät.

Digitaalisten signaalien tulkinnassa on tunnettava bittien ajoitus – alku- ja loppukohdat sekä signaalin tasot. Signaalien tulkintaan vaikuttavat signaalin häiriötaso, datan nopeus, kaistanleveys ja koodausjärjestelmä. Koodausjärjestelmiä ovat NRZ-L, NRZI, Bipolar-AMI, Pseudoternary, Manchester ja Differential Manchester.

Digitaalisen datan muuntamisessa analogiseksi signaaliksi koodaustekniikkana käytetään modulointia: Amplitude shift keying (ASK), Frequency shift keying (FSK) ja Phase shift keying (PK). Modulaattorina käytetään modeemia.

Analogisen datan muuntamisessa digitaaliseksi signaaliksi voidaan tehdä pulssikoodimodulaatiolla (PCM) tai deltamodulaatiolla. Pulssikoodimodulaatiossa analogisesta analoginen äänitaajuussignaali näytteitä ottamalla koodataan digitaaliseen muotoon.

Analoginen data muunnetaan analogiseksi signaaliksi amplitudimodulaatiolla (AM), frekvenssimodulaatiolla (FM) tai vaihemodulaatiolla (PM).

Luentopäivä 4:

Neljännellä luentokerralla käsiteltiin kanavointia, piiri- ja pakettikytkentäisiä verkkoja, reititystä ja tietoliikenneverkkojen ruuhkaa.

Kanavointi

Kanavoinnissa (multipleksointi) siirtotien kapasiteettia jaetaan useamman siirrettävän signaalin kesken. Lähetyspäässä syötteet yhdistetään yhdelle linjalle multiplekserin avulla ja vastaavasti vastaanottavassa päässä signaalit puretaan. Kanavointi vaikuttaa kustannustehokkuuteen: mitä suurempi kokonaisdatannopeus sitä edullisempi hinta siirretyllä bitillä. Yksittäiset sovellukset eivät vie kaikkea siirtojärjestelmän kaistaa, vaan vain osan siitä. Kanavointi luokitellaan taajuuskanavointiin (FDMA, Frequency Division Multiple Access), aikajakokanavointiin (TDMA, Time Division Multiple Access), koodijakokanavointiin (CDMA, Code Division Multiple Access) ja aallonpituuskanavointiin (WDMA, Wavelength Division Multiple Access).

Taajuuskanavoinnissa kanava on sama kuin kantoaallon kohdalle keskittynyt kaistanleveys. Varmuusvälillä estetään kanavien väliset häiriöt. Siirtotien kapasiteetin on oltava suurempi kuin signaalien yhteenlasketut kaistanleveydet. Taajuuskanavointia käytettäessä data voi olla digitaalista tai analogista. Signaali moduloidaan aina analogisesi. Taajuuskanavointia käytetään TV-kanavien välittämiseen ja radioliikenteessä.

Aikajakokanavointi perustuu signaalien viipalointiin eli aikajakoon. Kanavoinnissa signaalit voidaan viipaloida bitti- tai tavutasolla sekä suuremmissa yksiköissä. Aikajakokanavointia voidaan käyttää digitaalisille signaaleille tai digitaalista dataa kuvaaville analogisille signaaleille. Aikajakokanavointi jaetaan synkroniseen ja tilastolliseen (asynkroninen) TDMA:han. Synkronisessa TDMA:ssa aikaviipaleet varataan kiinteästi koko yhteyden ajaksi (kanava käytössä koko ajan), joten synkroninen hukkaa kapasiteettia. Synkronisessa TDMA:ssa siirtonopeus on kiinteä, ei tarvita linkin vuonvalvontaa. Lisäksi datan yhteydessä ei tarvita ohjausinformaatiota. ISDN, GSM ja optisessa kuidussa käytetään synkronista aikajakokanavointia. Tilastollisessa (myös älykäs TDMA) aikajakokanavoinnissa aikaviipaleet varataan dynaamisesti tarpeen mukaan. Näin vältytään kapasiteetin tuhlaamiselta (vrt. synkroninen). Tilastollisessa aikajakokanavoinnissa yhdistetään useita lähteitä useisiin kohteisiin ja tilastollinen TDMA edellyttää ohjausinformaation datan yhteydessä. Tilastollinen TDMA hyödyntää siirtojen tauot, täten siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähteiden nopeuksien summa.

Koodijakokanavointia käytetään radiotiellä (johtimeton siirtotie). CDMA:ssa käytetään koko taajuusalue ja aikaviipaleet. CDMA on taajuuksien käytöltä joustavampi, taajuusalueet eivät mene päällekkäin kuten gsm:ssä. Eri CDMA-järjestelmät voivat toimia samalla taajuusalueella, joka helpottaa verkon suunnittelua. Koodijakokanavointi tapahtuu lähettävästä päästä. Vastaanottajan on tiedettävä käytetty koodaustekniikka. Bluetoothissa koodausavaimena on laiteosoite. UMTS ja 3G –verkoissa käytetään laajakaistaista koodinjakokanavointia (WCDMA), jossa on sama kaistanleveys kaikille datanopeuksille.

Aallonpituuskanavointia käytetään optisissa kuiduissa. Optisessa kuidussa käytetään eri värisiä valonsäteitä (taajuuksia), jotka muodostavat oman kanavansa.

Kytkentäiset verkot

Piirikytkentäinen

Piirikytkentäisessä verkossa kanava on käytössä koko yhteyden ajan, piirikytkentäinen on kehitetty puheen siirtoon. Piirikytkentäisessä yhteyspolku on määritelty kahden aseman välillä (vanhat puhelinkeskukset) ja yhteys on kytketty peräkkäisillä verkkosolmujen välisillä linkeillä. Viestin välityksessä on kolme vaihetta: yhteyden (piirin) muodostus, datan siirto, yhteyden lopetus (piirin purku). Tärkeää on reititys, oikea reitin valinta määrän päähän. Piirikytkentäisessä verkossa kanavan kapasiteetti varattuna koko ajan, vaikka dataa ei kulkisikaan, verkossa data siirretään vakionopeudella. Piirikytkentäisessä verkossa yhteyden muodostusaika merkittävä ja ainoa viive on linkkien välinen etenemisviive. Piirikytkentäisiä verkkoja ovat esim. yleinen puhelinverkko(pstn), dataliikenne modeemilla, vaihteet (pbx), yritysten puhelinverkot, datavaihteet, pääteyhteydet minikoneisiin. Piirikytkentäinen verkko on hierarkkinen järjestelmä. Piirikytkentäisessä verkossa liikenteen kasvaessa suureksi uudet yhteydet estetään kunnes liikenteen määrä alenee (kännypuhelu katkeaa kun liikutaan).

Signalointitavat

Pakettikytkentäinen

Pakettikytkentäisessä verkossa data pilkotaan pieniin paketteihin siirtoa varten. Paketin koko riippuu siirtoverkosta. Paketti sisältää siirrettävää tietoa ja kontrolli-informaatiota (kertoo halutun päämäärän). Pakettikytkentäisessä verkossa reitin solmuissa paketit varastoidaan hetkeksi ja lähetetään seuraavalle solmulle. Solmujen täytyy olla tietoisia verkon tilasta (mitä reittiä pitkin paketit kannattaa siirtää). Pakettikytkentäinen verkko on esim. kahden työaseman välillä. Pakettikytkentäisen verkon tehokkuus parempi kuin piirikytkentäisen. Pakettikytkentäisessä verkossa voidaan suorittaa datanopeuden muunnos, jos kahdella asemalla on eri nopeuksiset yhteydet. Pakettikytkentäisessä paketit hyväksytään välitysviiveen kasvun hinnalla, verkossa voidaan myös määrätä paketeille eri prioriteetteja (mikä paketeista on ensimmäisenä perillä). Pakettikytkentäisessä verkossa on kaksi kytkentätapaa: tietosähke ja virtuaalipiiri. - Tietosähke:datagrammi, jokainen paketti oma on kokonaisuutensa. - Virtuaalipiiri: Call-Request (sopivin reitti kohteeseen), Call-Accept (vast.ottaja valmis), lähettäjä lähettää paketin vakioreittiä pitkin, lopetetaan Clear-Request paketilla, polun ei tarvitse olla varattu.

Piiri- ja pakettikytkentä, kytkentätekniikoiden viiveet

- etenemisviive, kuinka kauan signaali etenee solmujen välillä - siirtoviive, kuinka kauan menee lähettimeltä datalohkon lähetyksessä - solmuviive/prosessointiviive, kuinka kauan solmu prosessoi kytkennän aikana

Suorituskyvyn vertailua

Piirikytkennässä yhteyden muodostus vie aikaa, reitin ollessa vakio (linja auki), solmuviive on olematon. Virtuaalisen piirin pakettikytkennässä yhteyden muodostus vie aikaa, paketeilla on vakioreitti, solmuviive saattaa olla merkittävä, koska paketit jonottavat solmuissa omaa vuoroaan seuraavalle solmulle.

Datagrammi pakettikytkennässä ei ole yhteydenmuodostusviivettä, mutta prosessointi solmuissa saattaa aiheuttaa merkittävää viivettä, koska jokaisella paketilla on oma reitti.

Tele/dataliikenne - teleliikenteessä olennaista reaaliaikainen kommunikointiväylä, piirikytkentä, matkapuhelin verkoissa pyritään pois piirikytkennästä - dataliikenteelle tärkeää, että kommunikointiväylä käytetään tehokkaasti, pakettikytkentä - dataliikenne on perusluonteeltaan purskeista muodostuen vuorottelevista täysinopeuksisesta siirtojaksoista ja tauoista näiden välillä

Ruuhka

Ruuhkaa hallitaan, jotta ei lähetetä liikaa dataa ettei verkko ylikuormitu. Kun pakettien lukumäärä ylittää verkon kapasiteetin lähettää paketteja eteenpäin syntyy ruuhkaa. Ruuhkan hallinnan tarkoituksena on pitää pakettien lukumäärä alle tason, jolla verkon suorituskyky laskisi rajusti. Ruuhka voi aiheuttaa viiveiden kasvua ja data pakettien häviämistä. Ruuhkan hallinnassa voidaan käyttää apuna kontrollipaketteja (choke packet, TCP/IP), antamalla painetta takaisin päin (backpressure) tai policyllä, jolloin operaattori määrää esim. kuukauden aikana sallitun tiedon lähettämisen määrän.

Luentopäivä 5:

Viidennellä luentokerralla käsiteltiin matkapuhelinverkkoja, lähiverkkoja, nopeita ja langattomia lähiverkkoja, internetworking-arkkitehtuuria ja tietoturvaa. Luentomateriaalia oli paljon ja päivä aikana materiaali ehdittiin käymään pintapuolisesti läpi.

Matkaviestin verkkoa käytetään mobileilla päätelaitteilla. Matkapuhelin verkon osalta luennolla tuli hyvin esiin verkon koostumus soluista – makro ja mikro solut. Soluverkossa ruuhkatilanteissa taajuuksia voidaan lainata ja varata muualta kuin oman solun alueelta. Jos matkapuhelin on lähellä tukiasemaa, laite pienentää lähetystehoa ja vastaavasti etäisyyden kasvaessa lähetysteho myös kasvaa. Tätä ”automatiikka” en aiemmin ole mieltänyt näin selvästi. Matkapuhelinverkko toimii ilmateitse, jaetulla siirtotiellä. Signaalin vahvuuteen vaikuttaa mm. häipymät (nopea tai hidas häipymä) ja häiriöitä aiheuttaa mm. defraktio- signaalin taittuminen esteiden vaikutuksesta.

Lähiverkot yhdistävät pienellä alueella olevat laitteet yhteen verkkoon. Lähiverkot, joissa minä toimin ovat työpaikkani ja kotini lähiverkko. Työpaikallani ja kotonani on sekä kiinteä että langaton lähiverkko. Työpaikkani verkkoa voidaan nimittää myös nopeaksi toimistoverkoksi. Oman työpaikkani (virasto) lähiverkko on yhdistetty kaupungin runkoverkkoon. Tähän runkoverkkoon on yhdistetty myös muiden virastojen lähiverkot. Työpaikallani käytetään myös tallennusverkkoja (SAN). Meillä ei ole levytilaa (tallennuskapasiteettia tiedostoille) omilla virastokohtaisilla palvelimilla, vaan ostamme tallennuskapasiteettia SAN:ista. Nyt ymmärrän paremmin mitä SAN-levytila on ja miten on mahdollista ostaa helposti haluamansa määrä levytilaa.

Nopeat lähiverkkojen (High speed LANs) syntyyn ovat vaikuttaneet mm. muutokset teknologiassa itsessään ja esimerkiksi liiketoiminnan asettamat haasteet. Lähiverkoissa siirretään tiedostokapasiteetiltaan entistä suurempia tietomassoja. Lisäksi tieto on siirrettävät luotettavasti ja nopeasti. Nopeista lähiverkoista on muodostunut kaupallisia eri tekniikoihin perustuvia tuotteita: nopea Ethernet (Fast Ethernet) ja Gigabit Ethernet, valokuitu (Fibre Channel) ja nopeat langattomat lähiverkot (High-Speed wireless LANs).

Kotini langaton lähiverkko on yhden solun langattomia verkkoja; yksi lähetin/control module (CM) lähettää signaalin vastaanottavaan laitteeseen. Työpaikallani on monisoluinen langaton lähiverkko. Verkkoon on sijoitettu useampia laitteita (CM), johin käyttäjien laitteet ottavat yhteyden. Langattoman verkon etu on ”johdottomuus”, laitteita ei tarvitse kytkeä kiinteällä johtimella toisiinsa. Voin työpaikallani ja kotona työskennellä kannettavalla tietokoneella (nomadi) haluamassani paikassa ja siirtyminen on helppoa. Lisäksi langattomiin verkkoihin on helppo kytkeä muita päätelaitteita, esim. mobiili matkapuhelin.

Käsitteenä internetworking-arkkitehtuuri oli minulle uusi. Internetin kokonaisarkkitehtuuri kokoaa yhteen verkon vaatimukset, ”verkkojen verkon” komponentit (verkon laitteet, linkit ja verkkoasemat) ja verkon tarjoamat palvelut. Vaatimukset käsittävät fyysiset linkit ja linkkien hallinnan, reitityksen ja datan siirron sekä tiedon eri verkkojen tilasta eri verkkojen välillä. Verkon komponentit keskustelevat keskenään protokollien avulla. Keskeisimmät protokollat ovat IP, TCP ja UPD.

Kotitehtävä 1

sirpasiilin_kotitehtava1.pdf

1. Miksi kotiverkkomme langattomat verkkoyhteydet putoavat aika ajoittain pois päältä ja yhteys on määriteltävä uudelleen tietokoneeseen vaikka WLAN-reitittimestä ei ole katkaistu virtaa?

2. Saamme Internet-palveluntarjoajaltamme dynaamisen ip-osoitteen. Onko ainoa keino uusia ip-osoite siten, että sammuttaa WLAN-reitittimen ja kytkee se uudelleen päälle hetken ajan kuluttua?

3. Meillä on kaksi tietokonetta, joissa käytetään ja joihin on yhdistetty Bluetooth-hiiret. Miten nämä tietokoneet ja hiiret tietävät parinsa?

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.

sirpa_siilin_kotitehtava2.pdf

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: Kolmannessa kotitehtävässä tarkastellaan 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.

sirpasiilin_kotitehtava_3.pdf

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Neljännessä 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.

sirpasiilin_kotitehtava_4.pdf

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: 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.

sirpasiilin_kotitehtava_5.pdf

Viikoittainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h, Oppimispäiväkirja ja kotitehtävä 6 h, valmistautuminen luennolle 2 h

Luentoviikko 2

Lähiopetus: 6 h, Oppimispäiväkirja ja kotitehtävä 7 h

Luentoviikko 3

Lähiopetus: -, Oppimispäiväkirja ja kotitehtävä 6 h, valmistautuminen luennolle 3 h

Luentoviikko 4

Lähiopetus: 6 h, Oppimispäiväkirja ja kotitehtävä 6 h, valmistautuminen luennolle 2 h

Luentoviikko 5

Lähiopetus: 6 h, Oppimispäiväkirja ja kotitehtävä 4 h