Janne Kurvisen WIKI-sivut

Oppimispäiväkirja

Oppimispäiväkirjaan kirjataan omalta osin omaan oppimiseen vaikuttavia tekijöitä.

Ennakkonäkemys aihealueesta

Tietoliikenne on rajapinta erilaisten teknisten järjestelmien välillä. Tietoliikenne on näiden järjestelmien “vuoropuhelua”, kommunikointia. Se ei ota kantaa (lähtökohtaisesti) siirrettävän informaation tai datan sisältöön ja varsinen merkitys (funktio) tulkitaan vastaanottavan järjestelmän toimesta.

Luentoyhteenvedot

Luentopäivä 1:

  • Päivän aihe:

Ensimmäisen luentokerran aiheena oli kurssin perusteet ja yleisen kuvan luonti aihepiiristä. Johdanto-osa käsitteli yleisesti tietoliikenne-käsitettä, siihen liittyviä erilaisia teknologioita, trendejä ja kehitysnäkymiä. Toisessa osiossa esiteltiin teoreettinen kommunikointimalli kuvaamaan tietoliikenneprosessia. Ja päivän jälkimmäisessä osiossa käytiin läpi kerrosarkkitehtuuri ja sen rakenne.

  • Päivän tärkeimmät asiat:

Luentojen tärkeimpinä asioina oli mielestäni seuraavat asiat - ymmärtää ja hahmottaa tietoliikenteen kokonaisuus eri näkökulmista sekä rajapinnat eri tasojen tai ympäristöjen kanssa - ymmärtää kerrosmalli, sen rakenne ja toiminta, koska internet pohjatuu tähän - ymmärtää protokollan toiminta ja tehtävät, koska protokollat luovat perustan kerrosmallin eri tasojen kommunikoinnille

  • Mitä opin tällä kertaa:

Tietoliikenne-käsite on kokonaisuus, joka rakentuu useista eri tasoista, rajapinnoista ja menetelmistä.

  • Jäi epäselväksi:

-

Luentopäivä 2:

  • Päivän aihe:

Toisen luentokerran päätavoitteena oli ymmärtää se, miten eri järjestelmät pystyvät kommunikoimaan toistensa kanssa. Lisäksi käsiteltiin myös standardeja ja siirtoteitä.

  • Päivän tärkeimmät asiat ja mitä opin tällä kertaa:

Eri järjestelmät voivat sisäisiltä toiminnoiltaan poiketa toisista hyvinkin paljon, mutta silti ne voivat saada ohjaus- tai muuta dataa ulkopuolelta ja hyödyntää sitä. Tähän erilaisten järjestelmärajapintojen yli tapahtuvaan kommunikointiin käytetään protokollia, joiden avulla järjestelmien sisäinen toiminta tulkitaan yleiseen tai jonkin tietyn standardin mukaiseen muotoon. Järjestelmä itsessään voi koostu alijärjestelmistä, olioista. Myös nämä voivat erota toisistaan ja näidenkin välillä tarvitaan yhteinen kommunikointitapa ja –kieli eli protokolla.

Protokolla rakentuu syntaksista, semantiikasta ja ajoituksesta. Syntaksi vastaa lyhyesti tiedon muodosta tai paketoinnista. Semantiikka huolehtii toimintalogiikasta eli miten paketteja käsitellään. Ajoituksen avulla puolestaan pidetään käytännössä huoli siitä, että paketit voidaan koota oikeassa järjestyksessä vastaanottopäässä.

Standardeilla tarkoitetaan vakioituja ja sovittuja menetelmiä toimintojen eri järjestelmien välillä. Standardien kehittäminen ja käyttöönotto voi joko vahvistaa ao. teknologian leviämistä tai huonossa tapauksessa näivettää ja marginalisoida jonkin tekniikan. Standardointia varten on olemassa useita kansainvälisiä organisaatioita.

Siirtoteillä tarkoitetaan tietoliikenteen sitä osa-aluetta, jonka välityksellä tietoa siirretään. Nämä voidaan jakaa kahteen päämenetelmään: langallisiin/johtimellisiin ja langattomiin/johtimettomiin. Langallisia siirtoteitä ovat esim. pari- ja koaksaali sekä valokaapelit. Langattomat siirtotiet hyödyntävät puolestaan mm. eritaajuisia radioaaltoja. Tiedonsiirron laatuun vaikuttavat merkittävästi siirtotien ja käytettävän signaalin ominaisuudet.

  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 3:

  • Päivän aihe:

Luentojen pääaiheena oli syventää tietoja tiedonsiirron yhden keskeisimmän perusasian eli signaalin käsittelyn osalta.

  • Päivän tärkeimmät asiat ja mitä opin tällä kertaa:

Tiedonsiirtoon vaikuttavat tärkeimmät tekijät ovat signaalin laatu ja siirtokanavan ominaisuudet. Itse siirtokanava voi olla joko johdollinen tai johtimeton. Tiedon- tai signaalinsiirto voi tapahtua yksisuuntaista tai esim. vuoroperiaatteella toimivaa monisuuntaista. Tiedonsiirtonopeus riippuu suoraan siitä mikä on siirtokanavan kaistanleveys. Digitaalisen signaalin etun on mm. parempi häiriönsieto; ts. häiriöt voidaan suodattaa teknisesti. Riippuen signaalin perusominaisuuksista (analoginen tai digitaalinen) riippuen sen muuntamiseen ja koodaukseen käytetään erilaisia tekniikoita.

  • Jäi epäselväksi:

Luentopäivä 4:

  • Päivän aihe:

Luentojen päätavoitteena oli ymmärtää erilaisten verkkojen (piiri- ja pakettikytkentäiset) toimintaa ja tekniikoita.

  • Päivän tärkeimmät asiat ja mitä opin tällä kertaa:

Kanavoinnin avulla voidaan hyödyntää samaa siirtotietä usean tiedonsiirron toteuttamiseksi. Kanavointiin on käytettävissä monia erilaisia tekniikoita (esim. ADSL). Piiri- ja pakettikytkentäisen verkon keskeisin ero on siinä, että piirikytkentäisessä yksi kanava valmistellaan ja varataan yhtä datasiirtoa varten, kun taas pakettikytkentäisessä data on pilkottu ennen varsinaista siirtoa ja datapaketit siirretään eri reittien kautta vastaanottajalle. Muodostetut paketit pitävät datan lisäksi sisällään myös muuta infoa, mm. osoitetietoa.

Luentopäivä 5:

  • Päivän aihe:

Luennoilla käsiteltiin aiheina olivat Stallingsin teoksen kappaleet 14-19 ja 23, jotka sisältävät erilaisten tietoliikenneverkkojen perusrakenteita (matkapuhelinverkko, LAN yms.) ja tietoturvaa.

  • Päivän tärkeimmät asiat ja mitä opin tällä kertaa:

Itse asiassa viimeisimmän luennon aiheet sitoivat ja kokosivat aikaisemmat aiheet käytännön esimerkeiksi, kuten matkapuhelin- tai lähiverkko.

  • Jäi epäselväksi:

Mitä opin kurssin aikana

Valitettavasti yrityksestä huolimatta, en ehtinyt yhdellekään luennolle. Sinänsä tämä aiheuttanut yöunien menettämistä, koska aiheet ja käsitteet ovat ennestään tuttuja niin opiskelun kuin työn kautta. Kurssi toimi erinomaisena kertauksena ja ainahan sitä jotain uutta oppi tai muistui mieleen, kun tutustui luentomateriaaliin.

Kotitehtävät

Kotitehtävä 1

Kysymykset: - miten toisistaan poikkeavat järjestelmät voivat kommunikoida keskenään? - mitä tapahtuu eri rajapinnoilla tietoliikenteen näkökulmasta? - mitkä tekijät toimivat tietoliikenteessä rajoittavina?

Kotitehtävä 2

Tehtäväkuvaus: Valitse haluamasi aihealue ja etsi siihen liittyvä protokolla. Tutustu protokollaan ja mieti kuinka protokolla vaikuttaa valitsemasi aihepiirin toimintaan. Esitä www-osoite käyttämääsi protokollaan.

Kuvaamassani ympäristössä tarvittavista protokollista valitsin IPv4, DHCP ja IMAP

IPv4 (Internet Protocol version 4) Protokolla on yksi TCP/IP-mallin perusprotokolleista. Sen avulla voidaan reitittää IP-paketit siirtotien kautta päätelaitteisiin. Kyseessä on siis verkkotasonprotokolla. Pakettien rakenteeseen kuuluu osoitekenttä, jonka avulla reitittäminen tapahtuu. Protokollan kuvaus löytyy: http://tools.ietf.org/html/rfc791

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Kotiverkossa (lähiverkko, LAN ja WLAN) eri päätelaitteet tarvitsevat oman verkko-osoitteen tietoliikenteen mahdollistamiseksi. Verkko-osoitteen määrittäminen tapahtuu DHCP-protokollan avulla. Verkko-osoite voi olla dynaaminen (esim. aikaan sitoen vaihtuva) tai pysyvä/kiinteä. Protokollan kuvaus löytyy: https://tools.ietf.org/html/rfc1531

IMAP (Internet Message Access Protocol) Kyseessä on sähköpostien lukemiseen tarkoitettu protokolla. Sen avulla käyttäjä voi hallinnoida palvelimella oleviaan sähköpostiviestejä. Protokollan kuvaus löytyy: http://tools.ietf.org/html/rfc3501

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.

1. WLAN (Wireless LAN, langaton lähiverkko) Siirtotienä toimii radioaallot ja käytettyjä taajuuksia ovat 2,4 ja 5,2 GHz. Käytettävä koodaus noudattaa 802.11n -standardia. Lisäksi tiedonsiirto voidaan salata (WPA, WPA2).

2. LAN (lähiverkko)/ Ethernet Siirtotienä toimii yleensä kuparikaapeli, mutta myös valokaapelia on mahdollista käyttää. Kaistanvarausmenetelmänä käytetään CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)-algoritmia.

3. Matkapuhelinverkko Siirtotienä toimii radioaallot ja yleisesti käytettyjä taajuksia ovat 900 ja 1800 MHz. GSM-verkoissa puheenpakkaukseen käytetään useita erilaisia pakkausstandardeja, esim. moninopeuskoodekki (AMR, GSM 06.90).

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.

Hahmottelemassani kuvassa keskeisenä solmukohtana toimii ADSL-modeemi/verkkokytkin. Tämän kautta muut kotiverkkoni laitteet ovat yhteydessä internettiin. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) tarkoittaa verkkokytkintekniikka, jolla on mahdollista siirtää jop 8 Mb/s kuparikaapelia (puhelinkaapelia) pitkin. Tekniikka perustuu korkeiden taajuuksien hyväksikäyttöön.

ADSL-tekniikan ominaispiirre on tiedonsiirron epäsymmetrisyys. Epäsymmetrisyys syntyy siitä, että erisuuruinen lataussuuntaan (korkeampi) kuin lähetyssuuntaan (matalampi). ADSL -tekniikassa käytetään DMT:tä, OFDM:n kantataajuista muunnelmaa. Tiedonsiirto perustuu kehyksiin, joissa kussakin on yksi tavu jokaista kanavaa kohden. ADSL:n kehys moduloidaan yhtenä symbolina DMT:tä käyttäen. ADSL-tekniikan avulla käytettävää siirtotien potentiaali voidaan hyödyntää varsin tehokkaasti.

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.

Yksittäisenä sovelluksena tarkastelen viimeisessa tehtävässsä sähköpostia. Sähköpostijärjestelmä koostuu käyttöliittymästä eli s-postisovelluksesta (esim. Outlook tai web-pohjainen), sähköpostipalvelimesta ja siirtoprotokollasta. Käyttäjä operoi eli lähettää ja lukee s-postiviestejä erillisen sovelluksen avulla. Sovelluksen kautta viestit välitetään sähköpostipalvelemien käsiteltäväksi. Käytännössä lähetettäessä viesti sähköpostipalvelin analysoi s-postiosoitteen perusteella minne viesti on lähetettävä ja mikä on vastaanottajan s-postipalvelin. Lähettämiseen käytetään SMTP-protokollaa (Simple Mail Transfer Protocol; RFC-821). Vastaanottamiseen käytetään POP ja IMAP -protokollia. POP-protokolla (Post Office Protocol) osaa vain hakea viesti s-postipalvelimelta, kun taas IMAP-protokollassa viestit pidetään palvelimella keskitetysti; ts. viesti säilyvät palvelimella ja ovat luettavissa millä tahansa päätelaitteella (esim. web-mailit).

S-postiviestien tietoturvallisuuteen liittyy monia haasteita. Ensiksilähtökohtaisesti viesti kulkevat salaamattomina palvelimien välillä, mitä käyttäjät eivät yleisesti tiedosta tarpeeksi hyvin. Toiseksi kuka tahansa voi lähettää postia kenelle tahansa ja millä identiteetillä tahansa tai jopa anonyyminä.

Viikoittainen ajankäyttö

  • Luentoviikko 1

Lähiopetus: 6 h

  • Luentoviikko 2
  • Luentoviikko 3
  • Luentoviikko 4

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