Antti Vesala, TiPe, wiki-sivusto

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Ennakkotehtävä 1.

Tietoliikennetekniikka on ollut elämässäni olennainen osa jo pienestä taaperosta lähtien. Kuusi vuotiaana perheeseemme tuli ensimmäinen tietokone, mutta silloin aika vierähti koneella lähinnä pelaillessa. Yläasteikäisenä alkoi rautapuoli kiinnostamaan. Kokosin muutamat keskusyksiköt ja samalla tuli tutuksi verkkokaapelit reitittemet ja modeemit. Kuitenkin asiat jäivät lähinnä käytännön osaamisen puolelle, teoria ei niinkään kiinnostanut. Lappeenrantaan saapuessani yliopistolle tietotekniikka puolelle ajattelin meidän keskittyvän myös suurimmaksi osaksi rautapuoleen, mutta homma olikin päinvastainen. Käsittelimme pelkkää teoriaa ja softapuolta, joten tätä kautta tietoliikennetekniikka tuli tarkemmin tutuksi myös teoriapuolella. Kuitenkin ensimmäisten luentojen jälkeen huomasin, että tietoliikennetekniikan PERUSTEISSAKIN löytyy yllättävän paljon tietoaukkoja. Luentojen ensimmäisellä osalla kokosimme oppilaiden kanssa avainsanoja ja niistäkin osa oli tuntemattomia, jopa sellaisia joista en ollut kuullut. Omat avainsanani: ADSL-modeemi, HSPA, WLAN, Bluetooth

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

Ensimmäinen tunti vierähti luennoitsijan esitellessä itseään, kurssin järjestelyjä, kirjallisuutta ja sisältöä. Ymmärrän, että se on pakollista, mutta siihen käytettiin mielestäni turhan paljon aikaa. Mielestäni on oletettavaa, että opiskelijat selvittävät nämä asiat ennen ensimmäiselle luennolle saapumista. Kuitenkin kun päästiin varsinaiseen asiaan, eli johdantoon tietoliikennetekniista muuttui äänikellossa ja mielenkiinto heräsi. Tietoliikennetekniikan aiemman tuntemuksen kirjaaminen paperille oli ajatuksia herättävä veto professorilta. Itselle tuli yllätyksenä kuinka vähän aiheesta tiedän. Myöskin avainsanoja kerätessä mieleeni tuli naurettavan yksinkertaisia termejä verrattuna muiden vastaaviin. Kun päästiin johdatuksesta itse asiaan alkoi informaatiotulva: uutta asiaa tuli jatkuvalla syötöllä. Asioita kuunteli, mutta sisäistämisen kanssa oli vaikeuksia.

Tiedonsiirto laitteiden ja käyttäjien välillä hyödyntäen verkkomalleja:

  • WAN (Wide Area Network) maantieteellisesti laaja alue.
    • Piiri- ja pakettikytkennät sekä ATM (Asynchronous Transfer Mode). Piirikytkennässä varataan polku, kun taas pakettikytkennässä data lähetetään palasina.
  • LAN (Local Area Network) yleensä asuntokohtainen, myös kampus voi olla LAN.
  • MAN (Metropolitan Area Network) esim. kaupunki tai kylä, WANin ja LANin 'välimuoto'.

Kerrosarkkitehtuuri:

  • Jaetaan järjestelmän toiminnot pienempiin osiin
  • Yhden kerroksen muutokset eivät vaikuta toisiin kerroksiin (ideaalinen tapaus)
  • Kolmen kerroksen malli:
    • Sovellus-, Kommunikointi- ja Verkkomoduuli → kerrokset
  • TCP/IP:ssä (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) 5 kerrosta, alimmasta ylimpään
    • Fyysinen kerros (Siirtotien ja signaalin huolehtiminen, siirtonopeus)
    • Verkkokerros (Linkkitason osoite, päätelaite - verkko)
    • Internet-kerros (Useiden yhteenkytkettyjen verkkojen käyttö datansiirrossa ,IP mahdollistaa pakettien reitityksen IP-osoitteiden avulla)
    • Kuljetuskerros (TCP protokolla suosituin, luotettava tiedonsiirto järjestelmä - järjestelmä)
    • Sovelluskerros (Logiikka sovellusta varten, kullekin sovellukselle oma moduuli)
  • OSI:ssa 7 kerrosta, alimmasta ylimpään
    • Fyysinen kerros (Liittimet, jännitetasot, siirtotien ja lähteen välinen kommunikointi)
    • Linkkikerros (Virheiden korjaus, linkin aktivointi ja vapautus)
    • Verkkokerros (Tiedonsiirto, verkko-osoitteet, reititys, liityntä ylemmille kerroksille)
    • Kuljetuskerros (
    • Istuntokerros (
    • Esitystapa- ja sovelluskerros (Tiedon esitystapa eli syntaksi, salaus, sovelluksen liityntä OSI maailmaan: hallintafunktiot)

Protokolla:

  • Järjestelmien samanlaisten kerrosten kommunikointi toistensa kanssa tapahtuu protokollien avulla
  • Tiedonsiirtosovellukset käyttävät FTP (File Transfer Protocol) protokollaa
  • Verkkokerros parhaiten osuvaa verkkoprotokollaa, esim. Ethernet
  • Paketit sisältävät dataa ja ohjausinformaatiota protokollille

Luentopäivä 2:

Lisää Protokollista:

  • Eri järjestelmien oliot kommunikoivat keskenään protokollan eli yhteisen kielen avulla, jossa välittyy ainakin seuraavat asiat: MITÄ, KUINKA ja KOSKA
  • Protokollan osat:
    • Syntaksi (sanasto, tiedon muotoilu)
    • Semantiikka (toimintalogiikka)
    • Ajoitus (siirtonopeus, pakettien oikea järjestys)
  • Segmentointi = Datalohkojen pilkkominen osiin
  • Paketointi = Ohjausinformaation lisääminen
  • Yhteyden hallinta
    • Yhteydetön tai yhteydellinen kommunikointi (Postikortti vs. puhelin)
    • Yhteyden muodostus, tiedonsiirto, lopetus
    • Tietoyksiköiden numerointi
  • Vuon valvonta:
    • Vastaanottaja säätelee lähettäjän lähetysnopeutta, esim. stop and wait
  • Virheenkorjaus:
    • Virheen havainnointi ja uudelleen lähetys
    • Virheenhavainnointikoodi PDU:ssa

Tietoliikenteen standardeista:

  • Yhteensopivuudet järjestelmien välillä
  • Tietokonevalmistajat yrittävät standardeilla saada asiakkaat omille tuotteilleen
  • Verkoliikenteessä liittyen yhteistyö pakollista

Viimeisessä luentokalvopaketissa oli tiedonsiirrosta eri muodoissa. Näitä en pitänyt niin oleellisina, että kirjaisin oppimispäiväkirjaan. Tenttiä varten luultavasti lueskelen kuitenkin.

Luentopäivä 3:

Siirtotiet

  • Johtimelliset ja johdittomat = ohjatut ja ohjaamattomat = langalliset ja langattomat = esim. parikaapeli ja radiotie
  • Loput siirtotie kalvoista olivat mielestäni liian spesifejä ja enemmän nippelitietoa, kun tarpeellista faktaa

Loput kolmannen luentopäivän kalvot ovat lähes täysin englanniksi, mutta vaikuttavat sisältävän erilaisia linjakoodauksen muotoja ja jotain virheenkorjauksesta. Ei niin oleellista.

Luentopäivä 4:

Kanavoinnista:

  • Yleisesti…..
  • Taajuusjakokanavointi (FDMA, Frequency Division Multiple Access)
    • Kullekin signaalille oma taajuuteensa = kanava
    • Kanavien väliin riittävän suuri varmuusväli
    • Televisio- ja radiolähetykset
  • Aikajakokanavointi (TDMA, Time-||-)
    • Signaalien viipalointi, aikajako
    • Synkroninen TDMA (Siirtotie jatkuvassa käytössä, lähteet varaavat aikaviipaleita)
    • Tilastollinen TDMA (Aikavälit varataan dynaamisesti, ohjausinformaatio [osoitteet] )
      • Kaapelimodeemit
  • Koodijakokanavointi (CDMA, Code-||-)
    • Johtimettomat siirtotiet
    • Käytetään koko taajuusalue ja aikaviipaleet
    • FHSS, DSSS (
  • Aallonpituusjakokanavointi (WDMA, Wavelenght-||-)
    • Useita signaaleja samassa kuidussa, eri taajuiset valonsäteet

Luentopäivä 5:

Viimeisillä luennoilla käsiteltiin solukkoverkkoja, OFDM multiplekseriin perustuvaa 4G-yhteyttä ja tutkittiin tarkemmin jo ensimmäisillä luennoilla esiin tulleita asioita kuten LANia, WLANia, niin sanottuja nopeita LANeja, internetin arkkitehtuuria ja tietoturvallisuutta. Avaan nämä myöhemmin oppimispäiväkirjaani harjoitellessani tenttiä varten.


Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

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

tipe_kotiteht_1_0358713.pdf

Kolme mielestäni tärkeää esille noussutta kysymystä:

1. Mitkä seikat vaikuttavat tietoliikenteen nopeuteen? Esimerkiksi estävätkö seinät WLAN-reitittimen ja kannettavan yhteyttä?

2. Miten estetään puheluiden meneminen ristiin, ettei mobiililaitteet mene rinnakkaisille taajuuksille ja mahdollista näin esimerkiksi salakuuntelua?

3. Kärsiikö äänenlaatu bluetooth mp3-soittimen ja bluetooth kuulokkeiden välillä kuinka paljon verrattuna normaaleihin kuulokkeisiin?

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.

TCP/IP on usean tietoverkkoprotokollan yhdistelmä, jota käytetään internet liikenteessä. http://fi.wikipedia.org/wiki/TCP/IP

HSPA (High Speed Packet Access) on matkapuhelinviestinnässä käytettyjen protokollien yhdistelmä. Se on päivitetty versio UMTS-protokollasta, jonka edeltäjiä olivat GSM ja NMT. http://fi.wikipedia.org/wiki/HSPA

FTP on tiedonsiirtoprotokolla, jolla data kulkee tietokoneen käyttäjältä toiselle. http://fi.wikipedia.org/wiki/FTP

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.

Kotitietokoneet muodostavat nykyään yhteyden internettiin käyttäen ADSL-tekniikkaa hyödyksi. Siirtotienä toimii parikaapeli ja koodauksena on DMT-modulointi (OFDM-muunnelma). Uusimpia ADSL standardeja edustaa ITU:n G.992.5, joka kykenee vanhan 1,1MHz maksimitaajuudeen sijaan 2,2MHz:iin.

Matkapuhelimet käyttävät muodostaessaan yhteyttä toisiinsa puhelutarkoituksessa GSM-verkkoa. Siirtotienä on ilma ja taajuutena toimii Suomessa joko 900MHz tai 1800MHz. Puheen koodauksena toimii 3GPP:n TS 23.038.

Kannettaviin, uudempiin matkapuhelimiin ja joihinkin pöytäkoneisiinkin internetyhteys voidaan muodostaa WLANin avulla. Tällöin siirtotienä toimii ilma, taajuutena on noin 2,4GHz, koodauksena myös OFDM ja standardina IEEE:n 802.11.

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.

ADSL-tekniikka käyttää hyödykseen OFDM-modulointia, joka nopeuttaa tiedonsiirtoa. Se perustuu datan pilkkomiseen ja palasten lähettämiseen eri taajuuksilla samanaikaisesti. Taajuuksien samanaikainen käyttö eri asemien välillä estetään FHSS ja DSSS kanavanvarausjärjestelmillä. FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) perustuu algoritmiin, jonka avulla vaihdellaan taajuuksia satunnaisesti lähettäjän ja vastaanottajan kuitenkin tietäessä nämä. DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) menetelmässä lähetettävä data pilkotaan osiin ja lähetetään koko taajuusalueella yhtenä signaalina.

GSM-verkot käyttävät hyväkseen aikajakokanavointia soitettaessa puheluita (TDMA, Time Division Multiple Access). Aikajakokanavointi on kanavanvarausjärjestelmä, joka perustuu signaalin viipalointiin ja viipaleiden lähettämiseen jaksoissa.

WLANia käytettäessä rinnakkaiset yhteydet estetään CSMA/CD-kanavanvarausjärjestelmällä (Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance). Se varaa siirtotien lähettämällä signaalin ennen datan lähetystä, jolloin rinnakkaisuuksia ei muodostu.

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.

Kuvitellaan Martin olevan juhlissa, jossa CD-soitin hajoaa. Ongelma ei ole tämän näköinen, koska Martilla on mukanaan kannettava tietokone ja USB-modeemi eli mokkula. Käytössä on langaton yhteys, jossa siirtotienä toimii tietysti ilma. USB-modeemit yhdistävät samoihin matkapuhelinverkkoihin kuin älypuhelimet eli nykyään UMTS-verkkoon, jonka uusimpia protokollia on HSPA, jolla päästään teoriassa 14,4MBit/s nopeuksiin ja taajuuksina toimii sijainnista riippuen 900MHz tai 2100MHz. Martti yhdistää aluksi mokkulaansa syöttäen itse valitsemansa PIN-koodin. Hänen yhteydensä on salattu esimerkiksi Windowsin omilla ohjelmilla, jolloin ulkopuoliset eivät pääse yhdistämään siihen (ainakaan helposti).

Seuraavaksi Martti avaa Spotify ohjelman, jolla pystytään toistamaan musiikkia omista soittolistoista kirjautumalla käyttäjätunnuksilleen olinpaikasta ja laitteesta riippumatta. Spotifylla on käytössään pääpalvelimet, jonka kautta osa tiedonsiirrosta tapahtuu, mutta sen toimivuus on paljolti vertaisverkkotekniikassa. Tässä tekniikassa käyttäjät itse jakavat materiaalia ja kaistaansa toisille käyttäjille, jolloin ohjelma toimii sitä paremmin mitä enemmän käyttäjiä on. Kuitenkin nykyisissä vertaisverkkotekniikkaa hyödyntävissä sovelluksissa, jotka ovat laajassa käytössä, on huippu salaustoimet. Käyttäjät eivät pääse suoraan käsiksi toisten käyttäjien materiaaleihin, vaan saavat käyttöönsä osan toisten käyttäjien resursseista. Martin tapauksessa hän yhdistää Spotify ohjelmaan ja Spotifyn omiin palvelimiin. Kuitenkin kuunnellessaan musiikkia kappaleita tallentuu hänen tietokoneen väliaikaismuistiin ja sitä kautta hän jakaa muille käyttäjille ulospäin näitä kappaleita nopeuttaen palvelun toimintaa.


Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1
    • Lähiopetus: 7h
    • Lähiöopetukseen valmistautuminen: 1h
    • Kotitehtävien tekoa: 4h
  • Luentoviikko 2
    • Lähiopetus 6h
    • Kotitehtävien tekoa: 4h
  • Luentoviikko 3
    • Lähiopetus 6h
    • Kotitehtävien tekoa: 3h
  • Luentoviikko 4
    • Lähiopetus 3h
    • Kotitehtävien tekoa 5h
  • Luentoviikko 5
    • Lähiopetus 2h
    • Kotitehtävien tekoa 6h

Tietoliikennetekniikan perusteet -kurssin wiki-sivulle