Jarin Wiki-sivu

Ennakkonäkemys aihealueesta

Jouduin miettimään kohdaltani mitä aihealue oikeastaan sisältää vaikka termi tietoliikenne onkin tuttu. Tietoliikenteeseen kuuluu niin monia asioita. Tein myös muutamia googlehakuja aiheeseen liittyen. Ennen kurssia tietoliikenne tarkoitti minulle niitä tapoja, joilla tieto kulki erilaisten päätelaitteiden välillä. Aiheeseen liittyy erilaiset lähettimet ja vastaanottimet.

Tietoliikenne on jotakin, joka on läsnä kaikessa arkisessa toiminnassamme nykyisin. Tietoliikennettä tarvitaan esimerkiksi ihmisten välisessä kommunikoinnissa olipa kyse sitten puheella kasvotusten tapahtuvasta kommunikoinnista, tai puhelimitse tapahtuvasta kommunikoinnista aina virtuaalisiin webconferensseihin. TV ja radiolähetykset käyvät myös erinomaisesta esimerkistä. Tämänpäivän autot ovat myös varsin pitkälti tietoliikenteen varassa toimivia kuten liikenteessä monet asiat kuten esimerkiksi navigaattori hyödyntää GPS:ää joka ohjaa kuljettajia lähtöpisteestä päätepisteeseen.

Tietoliikenteessä yksinkertaistaen on kysymys datan siirtämisestä pisteestä toiseen ymmärrettävästi ja mahdollisimman pienellä datahävikillä. Protokollia tiedon siirtoon voi olla erilaisia, tärkeää olisi se, että lähettäjä ja vastaanottaja viestivät samaa protokollaa ja tiedosiirto standardia käyttäen.

Uskoisin saavani yksityiskohtaisempia tietoja aiheesta kurssilta. Kurssin tavoitteeksi päätän ottaa itselleni selkeän käsityksen muodostamista tietoliikenteestä kokonaisuutena. Kysymykseen “Mitä tietoliikenne minulle merkitsee kurssin alussa?” on helppo vastata. Tietoliikenne mahdollistaa mm. omassa ammatissa tuiki tarpeellisen etätyöskentelyn, virtuaaliset tiimit, asiakaspalvelun ilman fyysistä läsnäoloa sekä työn ulkopuolisen elämän osalta esim. tv viihteen seuraamisen.

Tietoliikenteeseen liittyviä termejä: ADSL, LTE, reititin, palvelin, päätelaite(kuten PC, läppäri, PDA, radio), modeemi, protokolla, datapaketti, wlan, lan, verkkopalvelu, palvelun tarjoaja, internet, mobiiliverkot ja tietoturva-aukot ym.

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1: 21.9.2012

Päivä kului työmatkalla enkä päässyt luennoille. Kävin materiaalin lävitse ja kirjasin havaintoja materiaalista seuraavasti.

Päivän aiheena on Tietoliikennetekniikka – pyritään saamaan yleiskuva kurssista. Kurssin tavoitteena on hahmottaa tietoliikennealue kokonaisuutena ja osata yhdistää aihealueen asioita toisiinsa. Kurssin jälkeen osaan todennäköisesti tiedonsiirron peruskäsitteet, kuten erilaiset siirtotiet, protokollat ja verkkotyypit sekä verkkojen yleiset toiminnot ja tiedonsiirrossa tarvittavat protokollat. Tavoitteena on myös ymmärtää kerrosmalli signaloinnista aina sovellustasolle asti.

Ensimmäisen luennon aiheena oli kokonaiskuvan muodostaminen tietoliikenteestä, kommunikointimalli sekä kerrosmallien ja erilaisten protokollien esittely. Päivän tärkeimmät asiat liittyivät tietoliikenneprosesseihin ja kerrosarkkitehtuuriin.

Erityisesti kommunikaatiomalleja käsittelevässä luentomateriaalissa on tärkeää perustietoa kommunikaatiosta. Kommunikointijärjestelmän pääasiallisena tehtävänä on kuvata informaation välitystä kahden osapuolen välillä. Kommunikaatiomalli itsessään on teoreettinen malli, joka kuvaa tietoliikenneprosessia (tiedonsiirtoa laitteiden välillä): Mallissa kuvataan – Tarvittavat laitteet – Toiminnot laitteissa ja niiden väleillä – Siirrettävän tiedon muoto – Siirrettävän tiedon eteneminen – Lähettäjän ja vastaanottajan päät kummatkin

Luentomateriaalin esimerkki kommunikaatiomallista: Lisää kuva

Verkkojen jaottelu • Käyttöalueen mukaan mukaan – BAN, PAN, LAN, MAN, WAN • Sovellusalueen mukaan – Paging, Trunking, Wireless Telephony, Cellular telephony, Satellite Communication systems, Wireless Access Networks • Verkkotyypin mukaan – P2P verkot, ad hoc verkot, Infrastruktuuriverkot, soluverkot…

Kommunikoinnin muodot • Kiinteä (fixed) – Kommunikoivat oliot kiinteästi paikalleen – Esim. pöytätietokone ja langaton tukiasema • Nomadi – Päätelaite pysyy kommunikoinnin aikana paikallaan, mutta voi vaihtaa paikkaa eri kommunikointitapahtumien välillä – Esim. kannettavan tietokoneen käyttö työmatkoilla langattomia tukiasemia hyödyntäen • Siirtyvä (Mobile) – Päätelaite voi liikkua kommunikoinnin aikana paikasta toiseen. – Tiedon kulkema reitti voi muuttua kommunikoinnin aikana. – Esim. matkapuhelimen käyttö – Vaatii kevyen päätelaitteen (PC on aika raskas siirreltävä)

Stallingsin malli:

Keskeiset asiat: Päivän aiheena oli kaksi muuta kokonaisuutta tietoliikenteen yleisesittelyn lisäksi. 1. kerrosmallit 2. protokollat. TETOLIIKENTEEN YLEISESITTELY: Tietoliikenne on monisyinen ala. Sen keskeisenä ongelmana on, miten toistaa yhdessä pisteessä täsmälleen tai riittävän täsmällisesti toisesta pisteestä lähetetty viesti (Claude Shannon). Yleisiä viimeaikaisia trendejä ovat olleet mobiliteetin lisääntyminen, internetin yleistyminen niin verkkoliikenteen kuin palveluiden määrän kasvuna sekä erilaisten verkkojen yhdistyminen. Tietoliikenteen innovaatiosykleissä on havaittavissa, että uudistukset tapahtuvat tasaisin väliajoin.

KOMMUNIKOINTIMALLIT Kommunikointi voidaan jakaa osatehtäviin: Siirtojärjestelmän hyödyntäminen Osoitteet Liityntä siirtotiehen Reititys Signaalin luonti Sanoman/ viestin muotoilu Synkronointi Virheestä toipuminen Yhteyden hallinta Turvallisuus Virheen havainnointi ja korjaus Järjestelmän-/verkonhallinta Vuon (liikenteen) valvonta Kommunikointimallit sisältävät termit: - informaatio: datan merkitys jossakin tietyssä tilanteessa - data: kommunikointiin sopiva esitysmuoto - signaali: tiedon fyysinen esitystapa Kommunikoinnissa pitää löytää järjestelmä, joka tarjoaa riittävän kapasiteetin, vaaditun luotettavuuden, hyväksyttävällä hinnalla. Yksinkertaisinta kommunikaatio on (point-to-point) kahden toisiinsa kytkeytyneen laitteen välistä. Tämä ei kuitenkaan ole kannattavaa jos laitteita on paljon tai ne ovat kaukana toisistaan. Ratkaisuna on kommunikointiverkon käyttö (WA, MAN, LAN, PAN).

Etäverkko voidaan muodostaa piirikytkennällä, pakettikytkennällä tai (ATM) solukytkennällä. Piirikytkentä Pakettikytkentä ATM (Asynchronous Transfer Mode) Muodostetaan varattu kommunikointipolku asemien välille verkon solmujen kautta (solmujen jono), esim puhelinlinja Ei varata erikseen kommunikointipolkua. Data lähetetään pieninä osina (paketteina) siirtyen solmusta toiseen kunnes päätyvät perille. kussakin solmussa paketit vastaanotetaan, talletetaan ja lähetetään eteenpäin. Erityisesti tietokoneiden välistä tiedonsiirtoa. Perustuu soluvälitykseen. kehysvälityksen evoluutio, kiinteän kokoiset paketit (solut). ATM on nopea tiedonsiirto, joka vähentää prosessointia. Yhdistää piirikytkentäajatuksen pakettikytkentään virtuaalipiireillä.

Muita tekniikoita ovat: Lähiverkkoteknikkana yleinen Ethernet myös WAN-tekniikkana – 802.3z Gigabit Ethernet, 802.3ae 10 gigabit Ethernet • Packet over SONET • xDSL (mm. ADSL)

Tiedonsiirtomalli

Kerrosarkkitehtuuri Protokolla OSI ja TCP/IP malli Kommunikointi järjestelmien välillä • Lähteen ja kohteen tehtävät jaetaan yleensä osakokonaisuuksiin (=kerrokset) • Esimerkki: postin lähetys – Johtaja kirjoittaa kirjeen – Sihteeri postittaa – Kuriiri toimittaa • Tämä osatehtäviin/vastuisiin jako muodostaa kerrosarkkitehtuurin/kerrosmallin

PROTOKOLLAT JA KERROSARKKITEHTUURI Liittyy kerrosarkkitehtuuriin. • Jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin, saadaan järjestelmästä hallittavampi • Tarkastellaan teoreettista kolmen kerroksen mallia, sekä kahta yleisesti tunnettua kerrosmallia: – OSI (Open System for Interconnection) – TCP/IP (eniten käytetty)

KERROSARKKITEHTUURI • Kerrosten suunnittelussa pohdittava: – kuinka monta kerrosta ( kerrosten hallinnan overhead) – mitä toimintoja kullakin kerroksella (toimintojen loogisuus) ⇒ OSI:ssa päädyttiin seitsemään kerrokseen, TCP/IP:ssä viiteen kerrokseen

• Ideaalitilanteessa kerrokset tulisi olla määritelty niin, että muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta toisten kerrosten määrittelyihin • Kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta (muilta kerroksilta ei suoraa yhteyttä) – alimmalla, fyysisellä, tasollakaan ei yhteyden tarvitse olla kiinteästi määritelty kahden järjestelmän välille Datan siirtämiseksi pitää: - Avata kommunikaatiokanava tai tiedottaa verkkoa määränpäästä - Varmistaa vastaanottajan valmius vastaanottamiseen - Vastaanottosovelluksen on varmistettava tietojärjestelmän valmius vastaanottaa ja tallentaa tiedosto - Tarvittaessa datan muodon muuttaminen vastaamaan käyttöjärjestelmän hyväksymää muotoa Protokolla-arkkitehtuuri jakaa tietokoneen toiminnot vertikaaleihin moduuleihin. Ylempi taso ”laskee sen varaan”, että alempi taso suorittaa omat toimintonsa. Näin ollen muutos yhdellä tasolla ei vaikuta muiden tasojen toimintoihin.

Kommunikointi toisen järjestelmän kanssa toteutetaan aina alimman kerroksen kautta. Sisältää 1 Sovellusmoduulin 2 Kommunikointimoduulin ja 3 Verkkomoduulin. Sovelluskerroksessa käytettävän sovelluksen määrittelee sovellusolioiden osoite, SAP (Service Access Point). Verkkokerroksessa huomioitava verkko-osoite (Network address, esim. IP-nro). Kerrokset toteuttavat omia tehtäviään keskustelemalla vastinolioidensa kanssa, kyseistä protokollaa käyttämällä (peer-to-peer).

Kommunikointi järjestelmien välillä Järjestelmät on jaettu kerroksiin • Kerrokset toteuttavat omia tehtäviään keskustelemalla vastinolioidensa (peer) kanssa • Tämä keskustelu tapahtuu kyseisen kerroksen protokollaa käyttämällä!! Protokolla on sääntökokoelma, jonka keskeiset osat ovat: - syntax, eli datapakettien muoto - semantics, eli kontrolli-informaatio koordinointiin ja vianhallintaan - timing, nopeuden yhteensovitus ja kommunikoinnin jaksotus Esim. tiedonsiirtoprotokolla: FTP File Transmission Protocol Esim. kuljetuskerroksen protokolla: TCP Transmission Control Protocol Esim. verkkokerroksen protokolla: Ethernet

Kunkin kerroksen paketit sisältävät sekä ohjausinformaatiota, että dataa. Paketteja kutsutaan nimellä PDU (protokollan tietoyksikkö). OSI Open Systems Interconnection – 7 kerroksinen malli • Perustuu kerrosten (7 kpl) käyttöön (modulaarisuus) • Kukin kerros toteuttaa joitakin funktioita ja tarjoaa palveluitaan ylemmille kerroksille • Muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta muihin kerroksiin (ideaalinen tapaus) • Kerrosten avulla suuri ongelma pilkotaan pienemmiksi

TCP/ IP Transport Control Protocol / Internet Protocol – 5 kerroksinen malli / OSI 3-kerrosmalli TCP/IP

Internet perustuu TCP/IP-arkkitehtuuriin. Vaihtoehto TCP:lle on UDP, User Datagram Protocol. Se on epäluotettavampi kuin TCP, mutta käytettävissä, jos hyväksyy sen ettei protokolla kerro bittien häviämisestä.

Ensimmäisen luentopäivän oppiminen jäi tosiaan oman opiskelun varaan työmatkan takia(siksi myös laaja wiki materiaali).

Luentopäivä 2: 5.10.2012

Päivän luennolla käsiteltiin: • Tietoliikenteen standardointia • Protokollien yleiset toiminnot • Erilaiset siirtotiet

STANDARDOINNIT

Standardien tarkoitus on varmistaa laitteiden yhteensopivuus. Tämä luo edellytykset massatuotannolle ja laskee sitä kautta kuluttajahintoja. Tärkeimpiä standardointiorganisaatioita ovat: • Internet society • ISO, International Organization for Standardisation - OSI-mallin kehittäminen • ITU-T, International Telecommunication Union - Telecommunications Standardization Sector • ATM Forum • IEEE, lähiverkot

PROTOKOLLIEN YLEISET TOIMINNOT Käsiteltiin protokollan toiminnan eri vaiheet.

Protokolla koostuu yleensä: • Syntaksista (sanasto, tiedon muotoilu ja signaalitasot) • Semantiikasta (toimintalogiikka, mitä tehdään paketin saapuessa, esim. virheenkorjaus) • Ajoituksesta (siirtonopeus, pakettien oikea järjestys ja siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet)

Protokollien perustoimintoja voivat olla: • Segmentointi ja kokoaminen (segmentation and reassembly) • Paketointi (encapsulation) • Yhteyden hallinta (connection control) • Toimitus oikeassa järjestyksessä (ordered delivery) • Vuon valvonta (flow control) • Virheen havainnointi (error control) • Osoitteet (adressing) • Kanavointi (multiplexing) • Kuljetuspalvelut (transmission services)

PROTOKOLLA TOTEUTTAA KERROKSEN TOIMINNAN, OHJAUSINFORMAATIO TOTEUTTAA PROTOKOLLAN

SIIRTOTIET Voidaan jakaa:

1. Johtimellisiin siirtoteihin • Parikaapeli • Koaksiaalikaapeli • Valokuitu • Sähköjohto

2. johtimettomiin siirtoteihin • Mikroaaltolinkit • Satelliittilinkit • Radiotie • Infrapunalinkit

Toisen luentopäivän oppiminen: Protokolla selkeytyi hieman paremmin. Protokollahan on sopimus siitä, kuinka tiedonsiirrossa erilaisia asioita tehdään niin, että vastaanottaja ja lähettäjä voivat toimia yhteen. Esimerkiksi web-selailussa käytettävä protokolla on http ja sähköpostilähetyksissä protokolla on SMTP.

Protokollan koostumus: MUOTO—TOIMINNOT—MITÄ TEHDÄÄN (syntax-semantics-timing)

Tiedonsiirrossa data segmentoidaan, siis pilkotaan pienemmiksi osasiksi ainakin silloin jos siirtokerros ei käsittele niin suurta datapakettia, jolloin se on pakko pilkkoa. Vastatoimenpide on paketointi. Dataan lisätään tällöin ohjausinformaatiota tyyliin osoitekortti tai tarkistuslipuke. Siirtoteistä — on siis siirtoteitä, joissa data siirtyy fyysisiä johtimia pitkin sekä siirtoteitä, joissa data siirtyy langattomasti oik. johtimettomasti.

Protokollamäärittelyjä: Sähköpostissa: http://www.faqs.org/rfcs/rfc2821.html IP-verkkoprotokolla: http://www.faqs.org/rfcs/rfc791.html TCP-siirtoprotokolla: http://www.faqs.org/rfcs/rfc793.html

WLAN artikkeli Mimo. Spatiaalinen limitys. Monitie-eteneminen. Nämä kaikki ”avainkäsitteet” jäivät kyllä pääosin aukeamatta. Mitä tarkoittaa ”kahdeksan tietovirtaa”? Kaiken kaikkiaan koko artikkelin ydinasiat, taajuusalue; kaistanleveys; siirtonopeus, jäävät minulle vaille konkretiaa. Mihin näitä nopeuksia ja taajuuksia ja leveyksiä tarvitaan? Millaiset yhteydet ovat tulevaisuudessa tarpeellisia?

Luentopäivä 3:26.10.2012

Kotitehtävän läpikäynti: Monitie eteneminen Spatiaalinen limitys MiMu GB yhteysnopeus kaistan leveys taajuusalueet

Artikkelista käsitteitä: - Monitie-eteneminen > signaali tulee laitteelle eri aikaan ja eri vaiheissa - spatiaalinen limitys > hyödyntää monitie-etenemistä

- MIMO > multiple input multiple output, hyödynnetään monitie-etenemistä - taajuusalueet > - standardit > - kaistan leveydet > 20 MHz > 50 FHz Lähetyspää ja vastaanottopää, joissa kummassakin kerrospinot. Useampi käyttäjä voi käyttää samaa siirtotietä, (johon tänään ei keskitytä). Oikeanlaiset signaalit siirtotiestä riippuen, jonka takia on muutettava analogista signaalia digitaaliseksi ja toisin päin. Signaalin laatuun voidaan vaikuttaa ottamalla huomioon siirtotie ja sen ominaisuudet. Johtimelliset (parikaapeli, koaksaalikaapeli, valokuitu) ja johtimettomat siirtotiet (ilma, vesi).

Tänään puhutaan suoraan laitteelta laitteelle yhteydestä ei point-to-point. Simplex on yhteen suuntaan tapahtuvaa kommunikaatiota, half duplexissa voidaan kummastakin lähettää mutta vain toinen kerrallaan, full duplex yhtäaikainen lähetys ja vastaanotto esim. puhelin.

Analoginen ja digitaalinen tieto. Analoginen signaali voi saada mitä tahansa arvoja minimin ja maksimin välillä. Digitaalinen signaali on jaettu vertikaalisesti ja horisontaalisesti tasoihin. Tasoja voi olla useampia. Esim. neljän tason mallissa luetaan kukin kahdella bitillä. Digitaalisen tietoliikenteen etu on se, että signaali voidaan sitoa johonkin tasoon, jota taas analogisessa signaalissa ei voida tehdä. Jaksollinen signaali: sini-aalto. kanttiaalto, joissa tietty jakso toistuu tietyllä kaavalla. Jaksoton signaali, jossa ei ole selkeää jaksoa vaan signaali vaihtelee jatkuvasti eri lailla.

Amplitudi on signaalin voimakkuus, taajuus on signaalin muutosnopeus ja vaihe on kyseisen signaalin suhteellinen sijainti ajan suhteen. Monitie-etenemisessä signaalit summataan, joten lopputulos voi vaihdella, koska signaalit voivat vahvistaa tai vaimentaa toisiaan.

Taajuuskaista eli spektri on kaikki taajuudet, jotka signaalit sisältävät. Absoluuttinen kaistanleveys … Tehollinen kaistanleveys, jota voidaan käyttää. Tasavirtakomponentti.

Kaistanleveys on aina rajoitettu. Kun siis yhdistetään erilaisia aaltoja eri vaiheissa, saadaan tilanne, jossa aalto alkaa muistuttaa kanttiaaltoa. Caset, jotka osoittavat, miten tiedonsiirtoa voidaan nopeuttaa. Tuplaamalla kaistanleveys saadaan tuplattua tiedonsiirtonopeus, kun käytetään kolmea taajuutta.

Data on tietoa, jota verkossa siirretään (analoginen, digitaalinen) signaali, joka kuljettaa dataa verkossa, siirtotie, jossa signaali siirtyy.

Audiosignaalit 100 Hz-7 kHz. Audiosignaali on helposti muutettavissa elektromagneettisiksi signaaleiksi. Esim. puhelin analogisella signaalilla ei muuttanut taajuutta. Analogista signaalia voidaan muuttaa digitaaliseen muotoon. Ilmatiellä joudutaan käyttämään analogista signaalia.

Digitaalisen signaalin edut: halvempia, vähemmän häiriöherkkiä Digitaalisen haitat: vaimeneminen.

Signaalin häiriötekijät: Koskaan signaali vastaanottopäässä ei ole sama kuin lähetyspäässä johtuen juuri häiriötekijöistä. Suurimmat häiriötekijät ovat vaimeneminen, vaimenemisen vääristymä, viivevääristymä ja kohina. Kaapelissa ja ilmatiellä vaimeneminen on tietenkin erilaista. Eri laitteilla on määritelty niiden herkkyys, joka tarkoittaa sitä, minkä tasoista signaalia pitää pystyä vastaanottamaan. Kohinasta on erotettava signaalit. Jos tiputetaan siirtonopeutta, bitin leveys levenee, jolloin siirrossa tapahtuu vähemmän virheitä.

Lämpökohina: sähköjohtimessa tapahtuvassa kulkevassa virrassa tapahtuu satunnaisvaihtelua intermodulaatiokohina: Samaa siirtotietä käyttävät eritaajuudella olevat signaalit häiritsevät toisiaan

Ylikuuluminen: Signaali kuuluu toiselta linjalta toiselle häiriten signaalia

Impulssikohina: Elektromagneettiset häiriöt aiheuttavat impulssikohinaa (korkea aallonpituus, jossa on lyhyt kesto)

Nyquistin kaava: C=2B Log2M Jos kaistan leveys on B, suurin mahdollinen signaalin siirtonopeus on 2B

Siirtonopeutta hidastavat kohina ja kaistanleveys.

Digitaalinen data ja signaali: - yksinapainen unipolar - polaarinen polar - datan nopeus - kesto - modulaation nopeus - 1 tai 0

Modulointinopeus on se nopeus, jolla signalointi tehdään. Olennaista on tietää signaalielementtien ajastus ja kuinka monta tasoa on käytössä.

Signaalin käyttämä kaistanleveys mahdollisimman keskelle kaistanleveyttä, jolloin informaatioelementit saadaan mahdollisimman vähillä virheillä toimitettua. Synkronointi on tärkeää koodauksessa. Virheiden korjaus. Häiriöiden sietokyky.

Koodauksessa 0 on jännitteetön taso ja 1 jännitteellinen taso.

NRZ-L ja NRZI: näissä synkronointi vastaanottajapäässä on vaikeaa. Bipolar-AMI: sama ongelma kuin yllä mutta etuna on virheiden helpompi löytäminen Pseudotermary: Manchester: Tilasiirtymän aina keskellä. Synkronointi on helpompaa. Differential Manchester: Kun on monta 0 tai 1 bittiä peräkkäin, se on ongelma. Sekoituksella (scrambling) voidaan saada aikaan jännitemuutoksia. Tekee bittijonoon tarkoituksella virheitä, jolloin ne huomataan silloin, kun on monta 0 tai 1 peräkkäin.

Digitaalinen data analoginen signaali. Modulaatiotekniikat: havainnoidaan amplitudia, taajuutta tai vaihetta.

DPSK: Muutos kertoo bitin ei vaihe. QPSK: kukin vaihe sisältää kaksi bittiä QAM: yhdistetään vaihemodulaatio ja amplitudimodulaatio

Analoginen data digitaalinen signaali. Analoginen data muunnetaan eli digitoidaan digitaalisiksi signaaleiksi. Pulssikoodimodulaatio PCM: 16 tasoa y-akselilla ja signaali saa aina tason perusteella jonkin tietyn tason arvon, joka esitetään neljällä bitillä. Delta koodi modulaatio DCM: Tässä modulaatiomallissa kuvataan muutosta ei sinänsä tiettyjä tasoja. Delta on yksinkertaisempi kuin PCM mutta toisaalta se on herkempi kohinalle. PCM käytetään analogiselle datalle mieluummin kuin DCM.

Analoginen data analoginen signaali: voidaan muuttaa amplitudia, taajuutta ja vaihetta. Mitä modulaatiota käytetään: • Bluetooth – FSK • 802.11 – BPSK/QPSK/FSK • 802.11a - BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM • ADSL - 8-QAM/PSK • Fast Eth – 8B6T • GigaEth – 8B/10B • DVB-S – Q-PSK

Asynkroninen tiedonsiirto vs. synkroninen tiedonsiirto Data link control protocol. Linkkikerros tarjoaa muutamia asioita: - Hallintaprotokolla - synkronointi - vuon valvonta - virheiden hallinta - osoitteet - valvonta ja data - linkin hallinta

Puhutaan kummassakin päässä samalla tavalla.

Stop and wait -protokolla: lähde lähettää, vastaanottaja vastaanottaa ja kuittaa lähetyksen, lähde vastaanottaa kuittauksen ennen kuin lähettää uudelleen.

Liukuva ikkuna: lähetetään W kpl kehyksiä ennen kuin tarvitaan kuittaus. Kuittauksen jälkeen taas voidaan lähettää lisää. Siis jokin skaala kehyksiä lähetetään ja sitä mukaan, kun kuittauksia tulee, voidaan ikkunaa liu’uttaa eteenpäin.

Hävinneiden kehysten varalta tarvitaan ajastimia eli jos ei tule kuittausta lainkaan, niin tietyn ajan jälkeen lähetetään kehys uudelleen.

Automatic Repeat Request (ARQ).

Stop and wait ARQ on yksinkertainen mutta tehoton.

Go back N liittyy liukuvan ikkunan menetelmään. Jos matkan varrella tapahtuu virheitä, mitä tehdään, lähetetäänkö kaikki vai vain jotkut. Go back N heti, kun tulee virheellinen kehys, lähetetään virheestä lähtien kaikki uudelleen. Vahingoittunut kuittaus tai hävinnyt kuittaus.

Kolmannen luentopäivän oppiminen: ”pyöreä” analogista signaalia kuvaava käyrä saa kaikki arvot minimin ja maksimin välillä, kun taas ”kantikas” digitaalinen signaali on nollaa ja ykköstä. Esimerkkinä tutkailtiin siniaallon jaksollista signaalia. Käsitteinä käytettiin A – amplitudi, f – taajuus, t – aika sekä delta - vaihe. Muutettiin parametreja ja nähtiin, miten siniaalto lainehti välillä taajana välillä harvana. Miten kaikki edellä mainittu sitten vaikuttaa tiedonsiirtonopeuteen? Siitähän tässä on kyse. Luulisin. Katsotuissa esimerkeissä tuplattiin kaistanleveys ja tiedonsiirtonopeus tuplaantuu. Jos signaalin laadusta tinkii – siinä esimerkissä kuvaajakäyrä oli hieman pyöreämpi – saadaan taas tiedonsiirtonopeutta parannettua.

Sitten oltiinkin jo tiedonsiirron häiriötekijöissä. Rajoitteina ovat kanava, kohina ja häiriöt. Nyqvistin kaava vilahti parilla dialla, joissa signaali-kohina –suhde oli esitetty ja sen mukaan tuli mahdolliseksi laskea teoreettinen maksimikapasiteetti tiedonsiirrolle. Seuraavaksi tutkailtiin tekniikoita, joilla signaaleja laitetaan siirtoteille. Käsite signalointikoodi tarkoittaa yhtä tai useampaa bittiä kimpassa. Jos yksi signaalielementti pitää sisällään useamman bitin, tiedonsiirronnopeus kasvaa.

Käytiin läpi tiedonsiirtoa (D = digitalinen, A=analoginen) D – D, D – A, A – D, A – A

Virhetyypit ja niiden korjausprosessi –esimerkissä katseltiin tarkistussumman laskemista jakokulmassa, jossa ykköset ja nollat muodostivat hauskan kuvion. Käytiin läpi vielä virheenkorjaustekniikoita: virheen havainnointia, kuittauksia ja ajastimia. Miten siis voi varmistaa, että vastaanottaja saa saman tiedon? Se saadaan Kontrollibitillä.

Luentopäivä 4: 2.11.2012

Puhutaan:

• Kanavointi • Teleliikenne vs. Dataliikenne • Piirikytkentä & Pakettikytkentä • Reititys kytketyissä verkoissa • Ruuhkat tietoliikenne verkoissa

Yleistä kanavoinnista Usein kahden järjestelmän välinen kommunikointi ei vie koko siirtojärjestelmän kapasiteettia ⇒ Siirtokapasiteettia voidaan jakaa useamman siirrettävän signaalin kesken • Tätä jakoa kutsutaan multipleksoinniksi eli kanavoinniksi • Käytetään esim. kuituihin, koaksiaalikaapeliin tai mikroaaltolinkkeihin perustuvissa runkoverkoissa – myös radiotiellä kuten esim. matkaviestinverkoissa

Kanavointi perustuu ns. multipleksereiden käyttöön (n syötettä yhdistetään yhdelle linjalle lähetyspäässä ja vastaanottopäässä ne jälleen puretaan) • Yhdellä linjalla monta kanavaa käytössä • Multipleksoinnin perusteet: – Kustannustehokkuus: mitä suurempi kokonaisdatanopeus, sitä pienempi hinta per bps – Yksittäiset sovellukset tarvitsevat vain osan siirtojärjestelmän kaistasta

Kanavoinnin jaottelu: • Kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin: – Taajuusjakokanavointi (FDMA, Frequency DivisionMultiple Access), esim. Television radio- ja kaapelilähetys toimii FDMperiaatteella. – Aikajakokanavointi (TDMA, Time Division Multiple Access) • Synkroninen • Asynkroninen (tilastollinen) – Koodijakokanavointi (CDMA, Code Division Multiple Access) – Aallonpituusjakokanavointi (WDMA, Wavelength Division Multiple Access)

Taajuusjakokanavointi

ADSL jossa tyypilliseen Internet-käyttöön asymmetriset kaistat sopivia – http-pyynnöt palvelimelle (upstream) – www-sivut palvelimelta (downstream) • Käyttää taajuusjakokanavointia – 25 kHz varattu puheelle (sis. suojakaistan) – kaiun poistolla tai taajuusjakokanavoinnilla upstream/downstream –jako – käytetään FDM:ää vielä sisäisesti downstream- ja upstream –kanavilla • Toimintamatka noin 5,5 km

Luentopäivä 5: 16.11.2012

Reititys strategiat ja algoritmit

Ruuhkatilanne verkossa paitsi hidastaa liikennettä, niin hävittää dataa. Reititin saattaa päätyä lähettämään saman datan uudelleen ja itse asiassa pahentaa ruuhkaa

Congestion control – ruuhkan hallinta (Ruuhka –Congestion) -Pakettien lukumäärä ylittää verkon käsittelykyvyn.

Lähettävän datan kuorman kasvaessa lähelle maksimia läpipäässeen datan määrä putoaa radikaalisti. Kalvo Effects of Congestion – No Control (sarja 4-4)

Liikenteen ja Ruuhkan hallinta (4-4, slide 13) fairness • provide equal treatment of various flows quality of service • different treatment for different connections reservations • traffic contract between user and network • excess traffic discarded or handled on a besteffort basis

4 pakettien lähetykseen viivettä aiheuttavaa asiaa (kalvo 16) Prosessointiaika Jonotusaika Lähetysaika Etenemisviive

Caravaani Analogia (kalvo 18) Kauanko aikaa kuluu autokaravaanin läpipääsyyn lähtöpisteestä päätepisteeseen kun matkalla on kaksi tietulliasemaa johon on hetkeksi pysähdyttävä?

Traceroute esimerkki: Dos komentona tracert www.kymp.net

Mobiiliverkot (kalvosarja 5_1) Mobiiligeometriassa mennään yhä pienempiin soluihin jotta siirtonopeudet saadaan kasvamaan. Jos nostetaan nopeutta siirrossa niin lähetyksen matka lyhenee.

Mobiiligeometriassa on mahdollista käyttää samoja taajuuksia uudelleen kun sovitetaan etäisyys tukiasemien kesken riittävän pitkäksi. Tätä on mahdollista optimoida ja optimoidaan häiriöiden minimoimiseksi. (kalvot 6-8)

Kapasiteetin kasvattaminen (kalvot 7-11) Kun puhutaan matkapuhelinverkoista, niin tukiasemat kommunikoivat ainoastaan matkaviestimien suuntaan langattomasti. Itse asemat on kytketty toisiinsa kiinteällä verkolla.(kalvot 6-13) Häipymätyypit on käyty lävitse (kalvo 20) Nopea, hidas, tasainen ja valikoiva häipyvä

UMTS = WCDMA USA:n järjestelmä = CDMA2000 3G = CDMA (Käytännössä) 4G tullee olemaan käytännössä LTE. (Kalvo 28)

Koko matkaviestintäteknologian evoluutio sukupolvittain on kuvattu kalvolla 29

Lähiverkot

Esimerkkejä sovelluksista, jotka vaativat nopeita LAN:eja *”palvelinfarmit” erityisesti kuvan- ja videonkäsittelyssä *”tehotyöryhmät”, esim. työryhmissä tapahtuva CAD-työskentely *paikalliset runkoverkot

Lähiverkkojen käyttökohteet

1.PC-LAN yleinen LAN-kokoonpano, yhdistää PC-koneet ja yhteiset resurssit (esim. tulostin) kriteerinä edullisuus ja laitteiden liittämisen helppous

2. Taustaverkot (Backend networks) yhdistää suurien järjestelmien osia toisiinsa (keskustietokoneet, supertietokoneet, tallennusverkot) piirteenä suurien tietomäärien siirto pienellä alueella, hyvä luotettavuus perusvaatimuksena edullinen hinta (tosin ei tärkein)

3. Nopeat toimistoverkot perinteisten yhteistyötoimintojen lisäksi toimistoissa nykyään usein nopeita verkkoja vaativia toimintoja videon-/kuvankäsittely Yleensä toiminta-ala laajempi kuin taustaverkossa

4. Runkoverkko-LAN Korkeakapasiteettinen LAN yhdistämässä useita eri rakennusten tai osastojen LAN:t toisiinsa etuina yhteen LAN:iin nähden skaalattavuus, hinta, luotettavuus

5. Tallennuverkko Erottaa tallennuslaitteet tietyistä palvelimista, kaikki palvelimet voivat käyttää samaa tallennusverkkoa Siirtotie toteutettu yleensä valokuidulla Parantaa asiakaslaitteen ja tallennuslaitteen välistä tehokkuutta ja tallennuslaitteiden välistä yhteistyötä (varmuuskopio, monistus)

LAN TOPOLOGIAT

IOBase-T (RJ-45) - Parikaapeli ethernet

LAN Arkkitehtuuri

IEEE 802 referenssimalli määrittää ethernet kerrosten arkkitehtuuria LAN PROTOKOLLAT 1.Fyysinen Kerros 2. Linkkikerros

Kerrosmallin kerrokset(alhaalta ylöspäin): Ethernet IP TCP FTP

LOUNAS Tässä kohden työpuhelu langatonta viestintä käyttäen katkaisi hetkeksi yhteyden luennoijaan.

45 minuutin katko luentoon osoittautui yllättävän haasteelliseksi kuroa kiinni ja hypätä ikäänkuin liikkuvaan junaan.

(Kalvosetti 5_3/Kalvo setti 5_4)

Langattomasta ympäristöstä on muistettava että fyysinen ympäristö on AINA epäluotettava ja voi vaikuttaa siihen miten tieto menee perille.

FFE Four Frame exchangessa (kalvo 24) Pyydetään lähetyslupa otetaan vastaus, lähetetään ja päätetään lähetys. Muut mahdolliset lähettäjät odottaa sillä aikaa omaan vuoroaan.

802.11 Fyysinen kerros (kalvo 34)

802.16 WiMAX (kalvo 47)

Tietoturva - Avaintavoitteet Saatavuus Eheys Luottamuksellisuus (data luottamuksellisuus + yksityisyys)

Mitä opin kurssin aikana

Joitakin kurssin keskeisiä avainsanoja: Verkkotopologia, TCP, IP, TCP/IP, WLAN, LAN, Ethernet, Internet, OSI

Kurssin keskeisiä asioita

  1. Kommunikointimalli
  2. Verkot
  3. Verkon konfigurointi
  4. TCP/IP
  5. Siirtoprotokollat

Kurssi oli varsin kattava peruspaketti tietoliikennetekniikasta. Erinomainen paketti kaiken kaikkiaan. Itse aiheen lisäksi kurssi opetti tehokkaasti käyttämään Wikiä dokumentointiin.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Luo kuva työpaikan/kodin/kämpän/jonkin tutun paikan tietoliikenteeseen kuuluvista laitteista, niiden käytöstä ja jopa yhteen linkittymisestä sekä niissä käytetyistä palveluista. Valitse selkeästi erillisiä laitteita tyyliin tietokone, puhelin, sykemittari, gps, televisio, … ja erilaisista palveluista tyyliin urho-tv, facebook, …. Ajatuksena on, että tässä vaiheessa luodaan kuva tietoliikennetarpeista ja sovelluksista ilman, että vielä pohditaan alla olevia teknologioita. Tämän kuvan olisi hyvä herättää ajatuksia ja kysymyksiä siitä kuinka kaikki toimiikaan. Kirjaa näkyville kolme mielestäsi tärkeintä kysymystä, jotka haluat selvittää. Kurssin edetessä tätä kuvaa laajennetaan sitä mukaan kun uusia osia malliin ilmenee ja lopulta arvioimme saatiiko kysymyksiin vastaukset kurssin aikana.

Kysymyksiä tehtävään liittyen: 1. Miten langaton tiedonsiirto toimii? 2. Miksi ADSL yhteys hidastuu iltaa kohti? 3. Kuinka GPS kommunikoi Satelliitin kanssa?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Ensimmäisten luentojen kotitehtävissä selvitettiin laitteita ja palveluita. Tässä kotitehtävässä selvitetään vastaavasti 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

Kodin tietoverkossa on käytössä TCP/IP joka on useamman internet liikennöinnissä käytettävän verkkoprotokollan yhdistelmä. TCP/IP- protokollista vastaa IETF_standardointiorganisaatio (http://www.ietf.org/). Sovellus-, kuljetus, ja verkkokerrosten protokollat määritellään IETF:n hyväksymissä RFC-sarjan dokumenteissa. IP protokolla vastaa päätelaitteiden osoitteistamisesta ja sen päällä pyörii muita verkko/kuljeuskerroksen protokollia, joista TCP lienee yleisin. TCP vastaa kahden päätelaitteen välisestä tiedonsiirtoyhteydestä, pakettien järjestämisestä ja hukkuneiden pakettien uudelleenlähetyksestä. TCP/IP-protokollia ja protokollaperheeseen kuuluvat/liittyvät kerrokset:

sovellukset: esimerkkinä internet explorer selain(HTML,XML) sovelluskerrokset: HTTP, SMTP,IRC kuljetuskerros: TCP, UDP verkkokerros: IP, ARP, DHCP peruskerros: IEEE 802-lähiverkot, PPP, GPRS

IP

IP-protokolla(Internet protocol, RFC791 - http://www.faqs.org/rfcs/rfc791.html) on TCP/IP-protokollan ydin, verkossa olevat reitittimet välittävät vain IP-paketteja, pakettien perille toimittamista sanotaan reitittämiseksi. IP-paketit toimitetaan IP-osoitteiden perusteella. Protokollaperheen toiseksi tärkein protokolla on TCP-protokolla(RFC793 - http://www.faqs.org/rfcs/rfc793.html), joka luo yhteydet tietokoneiden sovellusten välille käyttäen IP-paketteja. TCP huolehtii vuonhallinnasta, luotettavuudesta, kuittauksista ja pakettien laittamisesta oikeaan järjestykseen. Vaikka TCP/IP-protokollaperheeseen kuuluu monia muitakin protokollia, pääosa liikennöinnistä tapahtuu TCP-yhteyksinä IP-protokollien päällä. Tämän takia protokollaperhe yleensä tunnetaan nimellä TCP/IP.

Peruskerroksen protokollat eivät kuulu TCP/IP-protokollaperheeseen vaan ne ovat IEEE-standardointiorganisaation määrittelemiä.

Bluetooth protokollat

Kolmantena päätin tutustua bluetooth:iin, langattomaan tiedonsiirtostandariin joka pitää sisällään kokoelman erilaisia/tasoisia protokollia. Tärkeimmät näistä on määritelty kaupallisen organisaation Bluetooth SIG:n toimesta. Wikipedian mukaan Bluetooth on avoin standardi laitteiden langattomaan kommunikointiin lähietäisyydellä. Se sai alkunsa, kun ruotsalainen Ericsson (nykyinen Sony Ericsson) alkoi tutkia erilaisia menetelmiä langattomaan tiedonsiirtoon matkapuhelimien ja niiden oheislaitteiden välillä vuonna 1994. Ericssonin aloitteesta perustettiin v. 1998 Bluetooth SIG (Special Interest Group), jonka perustajiin kuuluivat myös Nokia, IBM, Intel ja Toshiba. Tavoitteena oli luoda de facto -standardi. Vuonna 2009 SIG:ssa oli jäseniä yli 12000. Bluetoothin nimelliset siirtonopeudet ovat symmetrisessä siirrossa 432,6 kilobittiä ja asymmetrisessä lähtevässä 721 kilobittiä ja saapuvassa 57,6 kilobittiä sekunnissa. Bluetoothilla korvataan myös infrapunayhteyksiä, koska se on toimintavarmempi ja monipuolisempi siirtotekniikka eikä tarvitse esimerkiksi optista kontaktia yhteyslaitteiden välillä. Bluetooth-teknologia mahdollistaa myös yhteyslaitteiden autentikoinnin ja tiedonsalauksen.

Esimerkkejä ylemmän tason protokollista, joita voidaan käyttää Bluetooth-yhteydellä: vCard/vCalendar, WAE, OBEX, WAP, AT-Commands, UDP/TCP (RFC1791 -http://www.faqs.org/rfcs/rfc1791.html), IP, PPP. Bluetooth-spesifiset protokollat: Controller-pinossa: ACL, SCO,LMP, HCI (Host/Controller Interface) ja LE LL Host-pinossa: L2CAP, BNEP (Bluetooth Network Encapsulation Protocol), RFCOMM, SDP, TCP, AVCTP, AVDTP, OBEX,ATT ja SMP. Erilaisia tiedonsiirtoon liittyviä protokollia on melko runsaasti. Löytyy mm. reitittimien ja erilaisten isojen pääeohjaimien välisiä protokollia, käyttöoikeuksiin liittyviä protokollia sekä muuhun tietoturvaan kuuluvia protokollia jne.

Muutamia muita protokollia

Satelliittitv:n kautta vastaanotettava tvkuva: DiSEqC: 2.0 Digital Satellite Equipment Control http://www.eutelsat.com/satellites/4_5_5.html

MTP Media Transfer Protocol http://msdn.microsoft.com/en-us/windows/hardware/gg585602

HTTP Hypertext Transfer Protocol http://www.w3.org/Protocols/#Specs

== Artikkelitehtävä ==

Tutustukaa WLAN artikkeliin (wikissä pääsivulla kohdassa muuta materiaalia) ja pohtikaa mikä on kurssin kannalta tärkeää, millaisia kysymyksiä, epäselvyyksiä artikkeli herättää ?

Mimo? Spatiaalinen limitys? Monitie-eteneminen? Nämä kaikki ”avainkäsitteet” jäivät artikkelin lukemisen jälkeen pääosin aukeamatta. Googlaus toki auttaa asiassa. Mitä tarkoittaa ”kahdeksan tietovirtaa”? Kaiken kaikkiaan koko artikkelin ydinasiat, taajuusalue; kaistanleveys; siirtonopeus, jäävät minulle hieman epäselviksi. Millaiset yhteydet ovat tulevaisuudessa todella tarpeellisia?

Artikkeli kuvaa kuinka entistä tehokkaampia tiedonsiirtokanavia on tulossa myös tavallisille kuluttajille tarjolle. Itse asun kaupunkikeskuksen ulkopuolella ja hankin vastikään mobiilisti toimivan Huawein LTE modeemin jonka nopeus viisinkertaisti entisen yhteyden. Kuitenkin artikkelin lupauksia herättävät siirtonopeudet tarkoittavat sitä, että myös päätelaitekantaan on tulossa lähivuosina merkittäviä muutospaineita. Tarvitaanko tätä kehitystä todella? Toki datan määrä verkossa kasvaa ja loppukäyttäjät ovat kiinnostuneita enenevässä määrin sekä audio että video muotoisen datan jakamisesta. Lukaisin artikkelin pikaisesti samana päivänä kun se ensi kerran luennoilla jaettiin. Moni asia jäi hämäräksi. Luin artikkelin vielä uudelleen kaikkien luentojen jo päätyttyä, jolloin selkeästi huomasin saavani tekstistä enemmän irti.

Kotitehtävä 3

Tehtäväkuvaus: 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.

Tässä kotitehtävässä olen lähteenä käyttänyt pääasiallisesti wikipediaa ja muita nettilähteitä joiden luotettavuus ei aina ole täydellistä.

Digiboksi

Digiboksi, joka toimii digitaalisten televisiolähetysten vastaanottimena. Kun digiboksi vastaanottaa digitaalisen signaalin, se muuntaa sen analogiseksi ja lähettää sen edelleen televisioon, voi toki olla TV:n sisäinenkin. Televisiolähetys voidaan siirtää vastaanottimiin ilmateitse radiomastojen ja satelliittien kautta tai sähköisenä signaalina kaapelia pitkin. Siirtotie vaihtoehtoja on monia, mutta koaksaalikaapelia pitkin analoginen signaali siirtyy lopulta vastaanottimeen. Kyseessä on digitaalisen signaalin muuntaminen analogiseen muotoon. Käytössä on Topfield TF-5500PVR jossa käytetään DVB-S2 tiedonsiirtotapaa, jossa siirtotienä käytetään satelliitteja ja satelliittivastaanottimia, sekä vanhempi Topfield 5100PVRt joka on antenniverkon DVB tiedonsiirtotapaa käyttävä digiboxi. DVB-S2 tarjoaa jopa 30 prosenttia enemmän tiedonsiirtokapasiteettia vanhempaan DVB-S-standardiin verrattuna, joka yhdessä parantuneiden koodekkejen kanssa antaa paremmat mahdollisuudet teräväpiirto-ohjelmien lähettämiseen. Digiboxien välittämän kuvanlaadussa onkin merkittävä ero samalta TV:ltä katsellessa. Digitaaliset lähetykset eivät ole kaikki omilla taajuuksillaan vaan sen sijaan useita televisio- ja radiolähetyksiä välitetään yhden kanavanipun avulla yhdellä laajakaistataajuudella. Analogiset lähetyksethän käyttävät kukin omaa taajuuttaan. En löytänyt mistään kyseisten laitteiden modulointiin liittyvää tietoa, mutta oletan luentomateriaaliin liittyen että DVB-S käyttää QPSK modulointia.

LTE modeemi

Toisena laitteena käsittelen Huawein LTE CPE B593 langatonta modeemia joka tarjoaa nopean internetyhteyden mobiiliverkon välityksellä kotiverkoksi. LTE on tekniikka jossa tiedonsiirtoon tukiasemalta päätelaitteeseen ja päätelaitteelta tukiasemaan käytetään eri radiotekniikkaa. Modeemi hyödyntää LTE 2600/2100/1800/900/800 MHz taajuuksia tai DC-HSPA+/HSPA+/UMTS 2100/900 Mhz taajuuksia tai GSM/GPRS/EDGE 850/900/1800/1900 MHZ taajuuksia sijainnissa saatavilla olevasta palvelusta riippuen. Laite muodostaa yksilöidysti salatun (joko WPA/WPA2 standardiin perustuvan) WLAN verkon. WLAN perustuu WiFi 802.11 b/g/n standardiin. Laitteessa on sisäänrakennettun pakettisuodattimella varustettu palomuuri. Siirtotienä kyseisellä laitteella on WAN (ilmatie) sisään ja joko RS-45 verkkokaapeli tai WLAN (ilmatie) ulos. Jälleen osoittautui hankalaksi löytää itse laitteen modulointiin liittyvää yksityiskohtaista tietoa, mutta netistä löytämäni Ville Vartiomäen päättötyö 3GPP LONG TERM EVOLUTION kertoi LTE:ssä käytettävän OFDM-tekniikkaan pohjautuvia modulointitekniikoita. Tukiasemassa ja päätelaitteessa käytetään itse asiassa eri modulointitekniikkaa. Tukiasemassa käytetään OFDMA-modulointitekniikkaa, jolla voidaan siirtää tietoa usealle käyttäjälle samaan aikaan.

Lähetteen tehovaihteluista aiheutuvien ongelmien vuoksi päätelaitteessa käytetään vähemmäntehoa käyttävää SC-FDMA-modulointitekniikkaa. Toisaalta luentomateriaalissa kerrottiin OFDMA kanavointitekniikasta joka on erityisesti 4G käyttöön suunniteltu ja käyttää QPSK modulointia, mutta luotan Vartiomäkeen tässä asiassa sillä hän käsittelee nimenomaan LTE tekniikkaa. Laite käyttää WiFi802.11 n standardin pohjalta MIMO-tekniikkaa (multiple-input, multiple-output), jossa käytetään useampaa antennia ja useampaa ilmatien kanavaa yhtä aikaa. MIMO-tekniikkaa voidaan hyödyntää pääasiassa kahdella eri tavalla: maksimoimaan tiedonsiirtonopeus tai parantamaan tiedonsiirron luotettavuutta. Tiedonsiirtonopeuden maksimointiin käytetään tilallista limitystä (engl. spatial multiplexing, joskus myös MIMO-SM). Kun vastaanottajalla on käytettävissään vähintään yhtä monta antennia kuin lähettäjällä, voidaan kutakin lähettäjä-vastaanottaja-antenniparia käyttää yksilöllisesti. Tällöin lähettäjä pilkkoo sarjamuotoisen sähkeen useammalle antennille, jotka lähettävät yksilöllisen osan signaalista rinnan samanaikaisesti samalla lähetyskanavalla. Vastaanottopäässä eri aikoihin saapuvat signaalit kootaan jälleen yhdeksi tietovirraksi. Usean lähetys- ja vastaanottoantennin käytöllä voidaan saavuttaa huomattavasti suurempi tiedonsiirtokapasiteetti kuin yhdellä antennilla.

Tiedonsiirron luotettavuuteen pyritään käyttämällä aika-tila-koodausta (engl. space time coding, diversity coding), jolla minimoidaan häipymisestä aiheutuvia haittoja kuten viivettä. Siinä sama signaali lähetetään useammasta antennista samanaikaisesti. Näin saavutetaan parempi virheensieto, eli pystytään luomaan yksiantennijärjestelmää luotettavampi verkko. Usein samalla paranee myös kantama. Laite kykenee käyttämässäni kohteessa suurempaan nopeuteen kuin kohteeseen puhelinverkon kautta tuleva ADSL linja joka käyttää modulointiin 8-QAM/PSK.

Bluetooth (mm. handsfree kuuloke)

Jo aikaisemmassa esimerkissä käsittelin Bluetoothia. Siinä käytetty siirtotie on ilma. Wikipedian mukaan Bluetoothin taajuusalue: 2.4000 – 2.4835 GHz ja taajuushyppyalue on f = 2402 + k MHz, jossa k = 0, …, 78.Bluetooth vaihtelee siis lähetystaajuutta. Modulaatio: GFSK taajuussiirtokorjaus (lyhenne sanoista Gaussian frequency shift keying). GFSK-modulaatiossa binäärinen 1 ja 0 sisällytetään kantoaallon pituuteen poikkeuttamalla kantoaallon perustaajuutta. Taajuuden muutos on +-500kHz ja sen virhe saa olla maksimissaan +-75kHz. Virheen liukuma saa olla: 1 slotin paketissa +-25 kHz, 3 slotin (lähetysjakson) paketissa +-40 kHz ja 5 slotin paketissa +-40 kHz Enimmäisliukuma on siis mikrosekunnissa 400 Hz. Bluetoothin käyttämän taajuushyppelyn takia tietoliikenne on periaatteessa pakettikytkentäistä. Taajuutta vaihdetaan 1600 kertaa/s ja yhden paketin lähetysaika (slot) on noin 625 mikrosekuntia.

Kotitehtävä 4

Tehtäväkuvaus: Tarkastellaan 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?

Digiboksi, digitaalisten televisiolähetysten vastaanottimena:

Siirtotien/siirtoverkon tehokas käyttö, käsittele kanavointi ja verkkotekniikat joilla tehokkuus ja yhtäaikainen käyttö saadaan aikaan. Luennoilla esimerkkinä oli juuri TV-kanavien lähettäminen FDMA:ta käyttäen: kanavat erotellaan toisistaan (noin 6 MHz per kanava). Vastaanottopäässä on kaistanpäästösuodattimia, jotka erottelevat oikeat signaalit. Televisioissa siis radio- ja kaapeli lähetykset toimivat FDMA-periaatteella. FDMA:ssa kantoaaltojen taajuudet on valittava niin, että signaalien kaistanleveydet eivät ylitä toisiaan merkittävästi.

LTE modeemi

Huawein LTE CPE B593 langaton modeemi käyttää WiFi802.11 n standardin pohjalta MIMO-tekniikkaa (multiple-input, multiple-output), jossa käytetään useampaa antennia ja useampaa ilmatien kanavaa yhtä aikaa. Uusi MIMO-tekniikka antaa tasaisemman kantaman ja mahdollistaa useat ilmakanavat. MIMO-tekniikkaa voidaan hyödyntää pääasiassa kahdella eri tavalla: maksimoimaan tiedonsiirtonopeus tai parantamaan tiedonsiirron luotettavuutta. Tiedonsiirtonopeuden maksimointiin käytetään tilallista limitystä (engl. spatial multiplexing, joskus myös MIMO-SM). Kun vastaanottajalla on käytettävissään vähintään yhtä monta antennia kuin lähettäjällä, voidaan kutakin lähettäjä-vastaanottaja-antenniparia käyttää yksilöllisesti. Tällöin lähettäjä pilkkoo sarjamuotoisen sähkeen useammalle antennille, jotka lähettävät yksilöllisen osan signaalista rinnan samanaikaisesti samalla lähetyskanavalla. Vastaanottopäässä eri aikoihin saapuvat signaalit kootaan jälleen yhdeksi tietovirraksi. Usean lähetys- ja vastaanottoantennin käytöllä voidaan saavuttaa huomattavasti suurempi tiedonsiirtokapasiteetti kuin yhdellä antennilla.

Tiedonsiirron luotettavuuteen pyritään käyttämällä aika-tila-koodausta (engl. space time coding, diversity coding), jolla minimoidaan häipymisestä aiheutuvia haittoja kuten viivettä. Siinä sama signaali lähetetään useammasta antennista samanaikaisesti. Näin saavutetaan parempi virheensieto, eli pystytään luomaan yksiantennijärjestelmää luotettavampi verkko. Usein samalla paranee myös kantama. Laite kykenee käyttämässäni kohteessa suurempaan nopeuteen kuin kohteeseen puhelinverkon kautta tuleva ADSL linja. ADSL-modeemista oli puhetta luennoilla jossa kerrottiin modeemin tarkistavan alikanavien kohinasuhteen ennen datan jakamista, jolloin parempiin kanaviin tulee enemmän dataa. Dataa saadaan siirrettyä tässä nopeammin, koska linjaa hyödynnetään mahdollisimman tehokkaasti. ADSL-modeemi käyttää tekniikkana myös taajuusjakokanavointia (FDMA) jossa 25 kHz varattu puheelle (sis. suojakaistan). Kaiun poistolla tai taajuusjakokanavoinnilla on upstream/downstream -jako. Tässä käytetään FDM:ää vielä sisäisesti downstream- ja upstream –kanavilla ja päästään 5,5 km etäisyyksiin. ADSL käyttää Discrete Multitone tekniikkaa (DMT). ADSL/DMT –suunnittelussa on käytössä 256 downstreamalikaistaa jossa teoreettinen datanopeuden maksimi 15,36 Mbps (256x60k). Siirtotien haittatekijät huomioon ottaen maksimi käytännössä kuitenkin 1,5 Mbps - 9 Mbps.

Bluetooth

Bluetoothissa käytetty siirtotie on ilma eli radiotie. Bluetoothin nimelliset siirtonopeudet ovat symmetrisessä siirrossa 432,6 kilobittiä ja asymmetrisessä lähtevässä 721 kilobittiä ja saapuvassa 57,6 kilobittiä sekunnissa. Bluetooth koostuu kolmesta osasta, jotka ovat radio-osa (Bluetooth-radio), radiolinkin hallintaosasta (engl. link controller) ja yhteydenhallinnasta (engl. link manager). Uusi Bluetooth 3.0 standardi on aiempaa nopeampi ja toimii 802.11 PAL (Protocol Adaptation Layer), joka hyödyntää 802.11 WLAN -yhteyttä. Suuria tietomääriä siirrettäessä Bluetooth 3.0 käyttää automaattisesti apunaan WLAN-yhteyttä, jolloin siirtonopeus on jopa 24 Mbit/s (3 Mt/s). Bluetooth-spesifikaatio mahdollistaa, että laite voi olla jäsenenä kahdessa eri verkossa (nykyiset laitteet tukevat vain yhtä aktiivista yhteyttä kerrallaan). Näin laitteita ja verkkoja voidaan ketjuttaa toisiinsa. Bluetooth-laitteet jakautuvat verkoissa isänniksi (engl. master) ja orjiksi (engl. slave). Kun piconet-verkot yhdistyvät suuremmiksi, kutsutaan niitä scatternet-verkoiksi, joissa on useita isäntiä ja orjia. Verkot erottaa toisistaan niiden käyttämä taajuus sekä kanavahyppiminen. Bluetooth-laitteet jakautuvat verkoissa isänniksi (engl. master) ja orjiksi (engl. slave). Kun piconet-verkot yhdistyvät suuremmiksi, kutsutaan niitä scatternet-verkoiksi, joissa on useita isäntiä ja orjia. Verkot erottaa toisistaan niiden käyttämä taajuus sekä kanavahyppiminen. Bluetooth käyttää CDMA, koodinjakokanavointia jossa kanavoinnista huolehtii signaalin lähettävä päätelaite. Vastaanottajan pitää olla puolestaan tarkasti selvillä käytetystä koodaustekniikasta voidakseen vastaanottaa saapuvan signaalin. Koodausavaimena on yksilöllinen tieto, esim. Bluetoothin laiteosoite.

Yleisesti kanavointi voidaan jakaa seuraaviin luokkiin: - Taajuusjakokanavointi (FDMA, Frequency Division Multiple Access), esimerkki TV lähetykset – Aikajakokanavointi (TDMA, Time Division Multiple Access) • Synkroninen, esimerkki ISDN, GSM • Asynkroninen (tilastollinen), esimerkki kaapelimodeemi, jossa palveluntarjoaja varaa 2 kanavaa (yksi molempiin suuntiin) datakäyttöä varten – Koodijakokanavointi (CDMA, Code Division Multiple Access) esimerkiksi Bluetooth – Aallonpituusjakokanavointi (WDMA, Wavelength Division Multiplexing Access), käytetään yksimuotokuidussa. WDMA:n esimerkkinä Alcatel laboratorio-oloissa: 256 sädettä, 39,8 Gbps per säde ⇒ 10,1 Tbps (yli 100 km matkan), nykyään kaupallisia sovelluksia luokassa 160 sädettä, 10 Gbps per säde

– Laajakaistainen koodijakokanavointi (WCDMA, Wideband Code Division Multiple Access), tästä esimerkkinä UMTS/3G Ongelmat/Haitat kanavointitekniikoissa 1. FDMA:ssa on 2 yleistä ongelmaa – kanavien ylikuuluminen, mikäli kantoaaltojen taajuudet liian lähellä toisiaan – pitkillä matkoilla signaalia vahvistettaessa toisen kanavan vahvistus voi luoda taajuuskomponentteja myös toisiin kanaviin 2. Synkr. TDMA soveltuu huonosti tietokonekäyttöön

Kotitehtävä 5

Tehtäväkuvaus: a)Kokonaiskuva sovelluksen käyttäytymisestä eli pohtikaa yksittäisen sovelluksen (oma valinta) toimintaa aina sovellustasosta varsinaiseen bittien siirtoon. Pyrkikää luomaan kokonaiskuva, jossa kurssilla käydyt asiat nivoutuvat yhteen.

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

a) Internet Explorer selain sovelluksena josta Yle.fi websovelluksen avaaminen IE 9 on HTML-selain, josta haku tehdään ennalta tunnetun URL osoitteen syöttöä hyväksikäyttäen osoitteeseen www.yle.fi. Kuvataan toiminto OSI-kerrosmallilla. Käyttäjä avaa selaimen ja hakee osoitetta URL kentässä kirjoittamalla osoitteen ja painamalla lähetä komennon näppiksen ENTER:llä. Osoitetieto lähtee sovelluskerroksesta XML muodossa (HTTP-protokollaa käyttäen) ja kulkee esitystapakerroksen (vastaa merkistökoodauksesta) ja istuntokerroksen kautta, jolloin dataan lisätään ohjausinformaatiota Data saapuu kuljetuskerrokselle (TCP, ruuhkan ja vuonhallinta), joka huolehtii datapakettien oikeasta järjestelystä lähetyksessä/vastaanotossa. Verkkokerros välittää ylempien kerrosten tietoliikennepaketin tietokoneiden välillä. Kerroksessa liitetään lisää Internet protokollan(IP) tarvitsemaa ohjausinformaatiota. Verkkokerros (LLC ja MAC) kehystävät omilla headereillä lopulta datapaketin fyysisen kerroksen siirtoa varten. Fyysinen kerros määrittelee siirtotien datalle. Kotiverkon tapauksessa kysely lähtee LTE reittitimeltä kohti mobiiliverkon tukiasemaa, josta edelleen verkon muiden tukiasemien kautta Ylen palvelimelle. Ylen sovelluspalvelimen vastaanottavat kerrokset purkavat osoitepaketin niin että sivuston pääsivu osataan palauttaa minun selaimelleni vastauksena kyselyyn. Myös tietokantapalvelimet osallistuvat tiedonsiirto kyselyyn vastaamiseen. Saan ylen pääsivuston auki selaimessa. Tähän kuluu 0.4 sekunttia. Täältä voin saman kommunikointimallin ja käytössä olevien protokollien mukaan jatkaa esimerkiksi kotimaan uutisiin jolloin minun sovellukseni ja ylen palvelin käyvät uuden kierroksen kerrosmallin mukaisesti.

b)Tietoturvan keskeisimmät asiat ovat luottamuksellisuus, saatavuus ja eheys. Luottamuksellisuus jakautuu kahteen osaan: tiedon luottamuksellisena pysymiseen ja yksityisyyteen. Tiedon (datan) pysyminen luottamuksellisena on lähinnä tietotekninen asia. Tähän voidaan vaikuttaa vaikkapa erilaisilla salaustekniikoilla. Yksityisyydessä on kyse siitä, että yksilö voi päättää, mitä tietoa hänestä kerätään ja tallennetaan sekä ketkä tietoa voivat käyttää. Eheys koostuu sekin kahdesta osasta: datan ja järjestelmän eheydestä. Datan eheys varmistaa että tieto ja ohjelmistot ovat muuttuneet ainoastaan tietyllä prosessilla ja siihen valtuutettujen henkiöiden toimenpiteistä johtuen. Systeemin eheys puolestaan varmistaa että järjestelmä suoriutuu sille tarkoitetusta tehtävästä moitteettomasti sekä niin ettei systeemiä ole tahallisesti eikä tahattomasti luvattomasti muokattu. Saatavuus tarkoittaa sitä, että ohjelmia ja järjestelmiä saavat käyttää vain ne, joilla siihen on oikeus ja että oikeutetuilla käyttäjillä on ollut mahdollisuus muokata tietoa paikansapitäväksi/ajan tasalle. Tietoturvan osa-alueita ovat mm. työasemien tietoturva, palvelinten tietoturva, tietoverkon tietoturva ja sovellusten turvallisuus. Tietoturvaan liittyvät kiinteästi erilaiset tietoturvaa varantavat uhkat, kuten virukset, madot, bot:it jne. On kuitenkin mainittava että usein pahimmat tietoturvaa vaarantavat uhkat syntyvät huolimattomien käyttäjien toiminnan seurauksena.

Viikottainen ajankäyttö

Luentoviikko 1

  Lähiopetus: 0 h
  Itseopiskelu 12 h

Luentoviikko 2

  Lähiopetus: 7 h
  Wiki:       2 h
  Tehtävät:   1 h
  Itseopiskelu 8 h
  

Luentoviikko 3

  Lähiopetus:  7 h
  Wiki:        1 h
  Tehtävät:    2 h
  Itseopiskelu 8 h
  

Luentoviikko 4

  Lähiopetus:  7 h
  Wiki:        1 h
  Tehtävät:    3 h
  Itseopiskelu 8 h
  

Luentoviikko 5

  Lähiopetus:  7 h
  Wiki:        5 h
  Tehtävät:    3 h
  Itseopiskelu 8 h
  

Tentti

  Valmistautuminen 10 h
  Tentin suoritus  3 h

http://www2.it.lut.fi/wiki/doku.php/courses/ct30a2001/start