Karri Väänäsen 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.

  • Kaikenlainen tiedonsiirto, langaton- ja langallinen.
  • Pilvipalvelut, palvelin vs client.
  • TCP/IP, VoIP, P2P
  • Internet - DSL, kaapeli, satelliitti, mobiiliverkot (2G, EDGE, 3G/HSPA+ …)
  • Televisio, DVB, IPTV, Television siirtyminen nettiin?

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Tiedonsiirrossa tieto harvoin säilyy muuttumattomana vastaanottajalle asti. Signaali kärsii häiriöistä ja vähintäänkin heikkenee.
  • Kerrosrakenne on tietoliikennetekniikassa keskeinen ajatusmalli. Stallingsin malli.
  • application layer, transport layer, network access layer
  • Jokainen kerros kommunikoi vain vastaparinsa kanssa.
  • Jokaiselle protokollalle kuuluu tietty syntaksi. Sisältäen kontrolli-informaation ja virheenkäsittelyyn tarvittavan datan (ohjauskenttä). + ajastus/jaksotus
  • PDU = protocol data unit, ohjausinformaatio + data

Luentopäivä 2:

  • protokolla - syntaksi (muotoilu), semantiikka (miten), ajoitus (milloin/järjestys)
  • segmentointi - mm. etuina parempi virheenkorjaus ja verkon kuormitus, haittana ohjausinformaation suhteellisen osuuden lisääntyminen
  • yhteyden hallinta
    • sequencing
    • vuon valvonta (esim. stop-and-wait, liukuva ikkuna)
    • automatic repeat request (ARQ)
    • stop-and-wait, go-back-n, selective-reject
    • virheentarkkailu ja -korjaus
  • kanavointi/multiplexing
  • standartointiorganisaatioita; ISO, ANSI, IETF, IEEE, ITU-T
  • simplex, half duplex, full duplex
  • langattomat siirtotiet: radiotie (30MHz-1GHz), mikroaallot (1-40GHz), infrapuna (300GHz-200THz)
  • etenemismuodot: ground-wave (<2MHz), sky-wave (2-30 MHz), line-of-sight (>30MHz)

Luentopäivä 3:

  • Siirtotiet
    • johtimelliset - parikaapeli, koaksaali, valokuitu
    • johtimettomat
      • etenemismuodot:
        • radioaalto seuraa maan pintaa, ground-wave (<2MHz)
        • hiejastuminen ionosfäärinkautta, sky-wave (2-30 MHz)
        • line-of-sight (>30MHz)
        • sironta ilmakehästä (0,3-10GHz)
      • langattomat siirtotiet: radiotie (30MHz-1GHz), mikroaallot (1-40GHz), infrapuna (300GHz-200THz)
      • mikroaalto - suunnattu kommunikointi
      • satelliitti
      • radiotie
      • IR
  • Signaalin koodaus

Luentopäivä 4:

Kanavointi

  • taajuusjako (FDMA, Frequency Division Multiple Access)
    • kanavilla omat taajuusalueet, modulointi eritaajuisille kantoaalloille
    • digitaali/analoginen data –> analoginen signaali
    • TV-kanavat
    • ADSL ja DTM (discrete multitone)
      • alikanavien datanopeudet 0-60 kbps
      • 256 downstream subchannels at 4kHz (60kbps)
      • teoreettinen datanopeus (256x60k) 15,36 Mbps, käytännössä 1-9
  • aikajako (TDMA, Time Division Multiple Access)
    • signaalien viipalointi ja datan puskurointi lähetystä varten
    • digitaalinen data –> digi/analog signaali
    • synkroninen TDMA
      • yhdistää eri nopeuksilla toimivat lähteet
      • eri määrät aikaviipaleita kullekin yhteydelle nopeuden mukaan
      • kiinteä nopeus –> ei ohjausinformaatiota
      • tahdistus (framing) tarvitaan eli tunnistettava bittijono yhdessä viipaleessa
      • ISDN
      • SONET/SDH
      • GSM
    • tilastollinen (asynkroninen) TDMA
      • dynaaminen aikajaon allokointi
      • siirtotien kapasiteetti voi olla pienempi kuin lähteiden nopeuksien summa
      • tarve ohjausinformaatiolle
      • kaapelimodeemit
  • koodijako (CDMA, Code Division Multiple Access)
    • hyödyllinen langattomilla siirtoteillä
    • vastaanottajan pitää tietää käytetty koodaustekniikka
    • koodausavaimet, esim. laiteosoite (bluetooth)
    • hajaspektrit (spread spectrum)
      • kryptaus, vähähäiriöinen kaistanjako käyttäjien kesken
      • frequency hopping (FHSS)
        • vaihdetaan taajuutta jatkuvasti
      • direct sequence (DSSS)
        • each bit is represented by multiple bits
    • UMTS/3G verkoissa käytetään WCDMA
  • aallonpituusjako WDMA
    • eritaajuiset valonsäteet mahdollistavat useiden signaalien siirtämisen kuidussa
    • vrt. FDMA

Muita päivän aiheita:

  • piirikytkentä vs. pakettikytkentä
  • reititys
  • verkkojen ruuhkautuminen

Luentopäivä 5:

Matkaviestintäverkot

  • solut
  • Monitie-eteneminen
    • heijastuminen, sironta, diffraktio → vaikutus vastaanotettuun signaaliin
  • 4G (LTE ja 802.16)
    • OFDMA multipleksointi
    • OFDM/QPSK modulointi
    • IP-pohjainen

LAN

  • kehitetty korvaamaan point-to-point linkit
  • kotiverkko, backend networks (esim. SAN), toimistoverkot, runkoverkko
  • topologiat
    • väylä tai puu, rengas, tähti
    • parikaapeli-ethernet fyysisesti tähti, mutta loogisesti väylä
  • MAC-protokolla
    • keskitetty vs hajautettu toteutus
    • jakomenetelmät (channel partitioning)
    • vuoromenetelmät (taking turns)
      • esim. bluethooth
    • kilpailumenetelmät (random access)
      • esim. ethernet ja 802.11 (CSMA)
    • hoitaa siltauksen kahden LAN verkot välillä
  • Hub
    • tyhmä
    • jakaa tulevan liikenteen yhdestä linkistä muihin linkkehin samalla nopeudella
    • törmäyksiä
  • Switch
    • jakaa liikenteen MAC osoitteiden perusteella
    • CSMA/CD
    • näkymätön palvelimille
  • ALOHA
    • lähetä välittömästi
  • Slotted ALOHA
    • viipaloitu aikaviipaleisiin
    • synkronoitu
    • jos törmäys havaitaan lähetä todennäköisyydellä p
  • CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access, collision detection)
    • kuuntelee ja lähettää kun idle
    • jos ei saada ACK –> törmäys
    • 1-persistent
      • lähetä heti kun idle
      • jos kaksi asemaa kuuntelee ja lähettää kun idle → törmäys
    • p-persistent
      • lähetä tod. näk. p
    • collision detection
      • helppoa langallisissa, signaalin voimakkuuden tarkkailu
      • vaikeaa langattomissa

Email:

  • SMPT
    • palvelinten välillä
    • MIME: multimedia mail extension
  • mail access protocols
    • POP
      • viestien lataus asiakkaalle
    • IMAP
      • viestit palvelimella
    • HTTP

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kotitehtävä 1

Mikä on EGNOS ja sen suhde GPS järjestelmiin yleisesti? Satelliittilaajakaistan nopeudet ja viiveet suhteessa mm. 3G-laajakaistaan? Mitä keinoja palvelunestohyökkäyksien varalle on?

Kotitehtävä 2

Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvititte laitteita ja palveluita. Tässä kotitehtävässä selvitetään laitteiden ja palveluiden käyttämiä protokollia. Selvittäkää 3 eri protokollaa joita omassa ympäristössänne on käytössä ja etsikää protokollan standardi/määritelmä ja liittäkää kotitehtäväänne linkki ko. protokollaan.

HTTP

  • (Hypertext Transfer Protocol)
  • sovelluskerroksen yleinen protokolla erityyppisen hypermedian, datan, ohjelmien, kuvien hakuun ja jakamiseen

IPv6

TLS

Kotitehtävä 3

ADSL

  • siirtotie: parikaapeli
  • koodaus: QAM

Ethernet

  • siirtotie: parikaapeli
  • koodaus: Manchester

WLAN - 801.11n

  • koodaus: QPSK/QAM/BPSK
  • taajuusalue 2.4GHz/5GHz

Kotitehtävä 4

ADSL

  • alue varattu puheelle, joten mahdollistaa samanaikaisen puhelinlinjan käytön
  • enemmän downstream nopeutta kuin upstream, joten vastaa käyttöä (yleensä asiakkailla enemmän lataus kuin upload tarvetta)
  • modeemi priorisoi parhaat kanavat käytölle

802.11

  • 4 eri modulointi tapaa mahdollistaa hyvän nopeuden erilaisissa ympäristöissä
  • korkeat taajuudet mahdollistaa suuren kaistan
  • hajaspektri DSSS auttaa monitiehäiriöissä ja kohinan esiintymisessä

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. 

Email POP

PC ISP ja www Palvelin
POP POP
TCP Reititin TCP
IP IPIP IP
801.11n 801.11nADSL
ilmatie–>ilmatieparikaapeli–>

Postinhaku palvelimelta. Voidaan käyttää POP, IMAP tai HTML protokollia riippuen mitä palvelu tukee. Esimerkiksi käyttäjän ollessa kannettavalla tietokoneella voidaan yhdistää ensin 801.11n protokollalla ADSL-reitittimeen, josta edelleen ISP:n verkkoon. 801.11n moduloi signaalinsa käyttäen OFDM tekniikkaa ja kanavointi tapahtuu CSMA/CA:n avulla. CSMA/CA pyrkii estämään törmäykset ja datan korruptoitumisen lähetyksessä. Reititin dekoodaa tämän ja lähettää edelleen QAM moduloituna signaalina puhelinparikaapelia pitkin. Lukuisten verkkojen ja reitittimien kautta lopulta päästään palvelimelle. Paketin saavuttua palvelimelle TCP portin perusteella käyttöjäjestelmä osaa osoittaa sen oikealle ohjelmalle.

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

Tietojensalaamiseen kehitetty erilaisia protokollia. Jotkut toimivat TCP-protokollan päällä esimerkiksi SSL ja TLS. Toisaalta jokin protokollista on parempi korvata toisella salatulla protokollalla kuten esim. telnet SSH:lla.

Koska tietojenkalastelua on kahta lajia passiivista sekä aktiivista, tarvitaan suojaukset verkon yli lähetettävään liikenteeseen sekä itse laitteelta lähetettävien tietojen turvaamiseen. Vaikka lähettäisikin tiedot hyvin salattuna AES:llä verkon yli se ei takaa etteikö itse tiedot olisi turvassa palvelimella.

  • IPSec
  • SSL ja TLS
  • SSH
  • WEP ja WPA2

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 5 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen: 0
    • Kotitehtävät: 2h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus: 5 h
    • Valmistautumista lähiopetukseen: 1 h
    • Kotitehtävät: 1 h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus: 4
    • Valmistautumista lähiopetukseen: 0
    • Kotitehtävät: 1
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus: 0
    • Valmistautumista lähiopetukseen: 3
    • Kotitehtävät: 1
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus: 5
    • Valmistautumista lähiopetukseen: 0
    • Kotitehtävät: 3

Pääsivulle